In strong line-of-sight millimeter-wave (mmWave) wireless systems, the rank-deficient channel severely hampers spatial multiplexing. To address this inherent deficiency, distributed reconfigurable intelligent surfaces (RISs) are introduced in this study to customize the wireless channel. Capitalizing on the ability of the RIS to reshape electromagnetic waves, we theoretically show that a favorable channel with an arbitrary tunable rank and a minimized truncated condition number can be established by elaborately designing the placement and reflection matrix of RISs. Different from existing works on distributed RISs, the number of elements needed for each RIS to combat the path loss and the limited phase control is also considered in this research. On the basis of the proposed channel customization, a joint transmitter-RISs-receiver (Tx-RISs-Rx) design under a hybrid mmWave system is investigated to maximize the downlink spectral efficiency. Using the proposed scheme, the optimal singular value decomposition-based hybrid beamforming at the Tx and Rx can be easily obtained without matrix decomposition for the digital and analog beamforming. The bottoms of the sub-channel mode in the water-filling power allocation algorithm, which are conventionally uncontrollable when the noise power is fixed, are proven to be independently adjustable by RISs. Moreover, the transmit power required for realizing multi-stream transmission is derived. Numerical results are presented to verify our theoretical analysis and exhibit substantial gains over systems without RISs.


翻译:在强视直线辐射波(mmWave)无线系统中,低级低级信道严重阻碍了空间多路传输系统。为解决这一内在缺陷,本研究引入了分布式可重新配置的智能表面(RIS),以定制无线信道。利用RIS改造电磁波的能力,我们理论上表明,通过精心设计RIS的定位和反射矩阵,可以建立一个有利的频道,该频道具有任意的金枪鱼级和最小短程状态。不同于分布式RIS的现有工作,每个RIS打击路径丢失和有限阶段控制所需的元素数量也被纳入本研究。根据拟议的频道定制,我们利用混合毫米Wave系统进行联合发射机-RIS-Revister设计,以最大限度地提高下链光谱效率。使用拟议的办法,在分布式RIS和Rx上最优的单值解析混合组合组合系统,可以轻松取每个RIS的元素数量,而每个RIS的理论损失和有限阶段控制器所需的元素数量,在不独立分析中,在常规级稳定电压下变变电法中,通过稳定电压法进行非稳定变压,可以轻易地进行。

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