Reconfigurable intelligent surfaces (RISs) represent a new technology that can shape the radio wave propagation and thus offers a great variety of possible performance and implementation gains. Motivated by this, we investigate the achievable sum-rate optimization in a broadcast channel (BC) in the presence of an RIS. We solve this problem by exploiting the well-known duality between the Gaussian multiple-input multiple-output (MIMO) BC and the multiple-access channel (MAC), and we correspondingly derive three algorithms which optimize the users' covariance matrices and the RIS phase shifts in the dual MAC. The optimal users' covariance matrices are obtained by a dual decomposition method with block coordinate maximization (BCM), or by a gradient-based method. The optimal RIS phase shifts are either computed sequentially by using a closed-form expression, or are computed in parallel by using a gradient-based method. We present a computational complexity analysis for the proposed algorithms. Furthermore, we extend the use of these methods to the case of a system with multiple RISs. Simulation results show that the proposed algorithms converge to the same achievable sum-rate, although the gradient-based optimization methods are generally more time efficient. In addition, we demonstrate that the proposed algorithms can provide a gain in the RIS-assisted BC assisted by multiple RISs and that the gain depends on the placement of the RISs.


翻译:重新配置的智能表面(RIS)代表着一种能够影响无线电波传播的新技术,因此提供了各种可能的绩效和执行收益。我们为此而研究在RIS的出现下,在广播频道(BC)中可以实现的超速优化。我们通过利用高萨多投入多输出输出(MIMO) BC和多接入频道(MAC)之间的众所周知的双重性来解决这个问题。我们相应地得出三种算法,这些算法可以优化用户的常变矩阵和双MAC的RIS阶段变化。最佳用户的共变矩阵是用双相异法获得的,有块协调最大化(BCMM)或基于梯度的方法。最佳的RIS阶段变化要么通过使用闭式表达法按顺序进行计算,要么同时使用基于梯度的方法进行计算。我们为拟议的算复杂度分析。此外,我们将这些方法的使用扩大到一个基于多个RIS的系统。模拟结果显示,在采用双相协调(BCRIS)的双轨算法中,拟议的递增后算法可以使我们的递归为可实现的递增率。

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