Reconfigurable intelligent surfaces (RISs) have emerged as a candidate technology for future 6G networks. However, due to the "multiplicative fading" effect, the existing passive RISs only achieve a negligible capacity gain in environments with strong direct links. In this paper, the concept of active RISs is studied to overcome this fundamental limitation. Unlike the existing passive RISs that reflect signals without amplification, active RISs can amplify the reflected signals via amplifiers integrated into their elements. To characterize the signal amplification and incorporate the noise introduced by the active components, we verify the signal model of active RISs through the experimental measurements on a fabricated active RIS element. Based on the verified signal model, we formulate the sum-rate maximization problem for an active RIS aided multi-user multiple-input single-output (MU-MISO) system and a joint transmit precoding and reflect beamforming algorithm is proposed to solve this problem. Simulation results show that, in a typical wireless system, the existing passive RISs can realize only a negligible sum-rate gain of 3%, while the active RISs can achieve a significant sum-rate gain of 62%, thus overcoming the "multiplicative fading" effect. Finally, we develop a 64-element active RIS aided wireless communication prototype, and the significant gain of active RISs is validated by field test.


翻译:重新配置的智能表面(RIS)已成为未来6G网络的候选技术。然而,由于“倍增式退缩”效应,现有被动的RIS在具有强大直接联系的环境中只能取得微不足道的能力。在本文件中,对主动的RIS概念进行了研究,以克服这一基本限制。与现有的反映信号而没有放大的被动性RIS(RIS)概念不同,活跃的RIS可以通过放大器放大信号放大信号,将活跃部分引入的噪音纳入其中。为了描述信号放大特征,并纳入活跃部分引入的噪音,我们通过对一个编造活跃的RIS元素进行实验测量,来核查活跃的RIS信号模型的信号模型。根据经核实的信号模型,我们为主动的RIS多用户多投入一次性投入(MU-MISO)系统和联合传输前导和反映的算法以解决这一问题。模拟结果表明,在典型的无线系统中,现有的被动性IRS通过模拟测量,只能实现3%的微总和3 %的实验增量率,因此,主动的RISS-RISRIS最终能够实现一个显著的实地测试结果。

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