While communication systems that employ millimeter wave (mmWave) frequency bands can support extremely high data rates, they must use large antenna arrays in order to overcome the severe propagation loss of mmWave signals. As the cost of traditional fully-digital beamforming at baseband increases rapidly with the number of antennas, hybrid beamforming that requires only a small number of radio frequency (RF) chains has been considered as a key enabling technology for mmWave communications. Intelligent reflecting surface (IRS) is another innovative technology that has been proposed as an integral element of future communication systems, establishing the favorable propagation environment in a timely manner through the use of low-cost passive reflecting elements. In this paper, we study IRS-aided mmWave multiple-input multiple-output (MIMO) systems with hybrid beamforming architectures. We first propose the joint design of IRS reflection pattern and hybrid beamformer for narrowband MIMO systems. Then, by exploiting the sparsity of frequency-selective mmWave channels in the angular domain, we generalize the proposed joint design to broadband MIMO systems with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation. Simulation results demonstrate that the proposed joint designs can significantly enhance the spectral efficiency of the systems of interest and achieve superior performance over the existing designs.


翻译:虽然使用毫米波(mmWave)频率波段的通信系统可以支持极高的数据率,但它们必须使用大型天线阵列,以克服毫米波波信号的严重传播损失。随着基带传统全数字波束随着天线数量的增加而迅速增加,只需要少量无线电频率(RF)链的混合波束成型被视为毫米波段通信的关键赋能技术。智能反射表面(IRS)是作为未来通信系统组成部分而提出的另一个创新技术,通过使用低成本被动反射元素及时建立有利的传播环境。在本文中,我们用混合波段结构研究IRS-辅助型MWave多输出(MIMO)系统的成本迅速增加。我们首先建议联合设计IRS反射模式和窄波段MIMO系统混合成型。然后,通过利用未来通信系统中频率选择毫米瓦的紧张性能,我们将拟议的联合设计推广到宽带MSIMO系统的联合设计,或高频谱级平流系统的现有高分辨率设计,以展示现有的超频度平流系统。

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