This paper introduces a novel approach of utilizing the reconfigurable intelligent surface (RIS) for joint data modulation and signal beamforming in a multi-user downlink cellular network by leveraging the idea of backscatter communication. We present a general framework in which the RIS, referred to as modulating intelligent surface (MIS) in this paper, is used to: i) beamform the signals for a set of users whose data modulation is already performed by the base station (BS), and at the same time, ii) embed the data of a different set of users by passively modulating the deliberately sent carrier signals from the BS to the RIS. To maximize each user's spectral efficiency, a joint non-convex optimization problem is formulated under the sum minimum mean-square error (MMSE) criterion. Alternating optimization is used to divide the original joint problem into two tasks of: i) separately optimizing the MIS phase-shifts for passive beamforming along with data embedding for the BS- and MIS-served users, respectively, and ii) jointly optimizing the active precoder and the receive scaling factor for the BS- and MIS-served users, respectively. While the solution to the latter joint problem is found in closed-form using traditional optimization techniques, the optimal phase-shifts at the MIS are obtained by deriving the appropriate optimization-oriented vector approximate message passing (OOVAMP) algorithm. Moreover, the original joint problem is solved under both ideal and practical constraints on the MIS phase shifts, namely, the unimodular constraint and assuming each MIS element to be terminated by a variable reactive load. The proposed MIS-assisted scheme is compared against state-of-the-art RIS-assisted wireless communication schemes and simulation results reveal that it brings substantial improvements in terms of system throughput while supporting a much higher number of users.


翻译:本文介绍了一种新颖的方法,即利用可重新配置的智能表面(RIS),在多用户下行链路手机网络中利用反向散射通信的理念,将一组不同用户的数据输入到联合数据调节和信号束中。我们提出了一个总体框架,在这个框架中,将本文中称为智能表面(MIS)的调制工具(MIS)用于:(一) 将数据调制已经由基站(BS)进行的数据调制的一组用户的信号束化成,同时,二) 被动地将一组不同用户的数据嵌入一组用户的数据中,将BS-服务用户故意发送的承运人信号调制成一个从BS到IRIS。为了最大限度地提高每个用户的光谱效率,联合非电流优化的优化问题是在最低平均值(MIS)中形成一个联合的,同时将IMIS的正值前期(IMIS) 和后期(IMIS) 最优化前期(IMIS) 和后期(IMIS) 最优化的系统前期(IMIS) 和后期(IMIS) 最优化的系统化的系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化为正常化为正常化的升级),同时通过适当的系统化升级和升级的系统化的系统化的系统化系统化系统化的系统化系统化的系统化,通过升级和升级的系统化变压变压变压化的系统化的系统升级化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化系统化,在采用后,在使用前和升级的系统升级的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统升级化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化的系统化,在

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