A simultaneously transmitting and reflecting surface (STARS) aided terahertz (THz) communication system is proposed. A novel power consumption model depending on the type and the resolution of individual elements is proposed for the STARS. Then, the system energy efficiency (EE) and spectral efficiency (SE) are maximized in both narrowband and wideband THz systems. 1) For the narrowband system, an iterative algorithm based on penalty dual decomposition is proposed to jointly optimize the hybrid beamforming at the base station (BS) and the independent phase-shift coefficients at the STARS. The proposed algorithm is then extended to the coupled phase-shift STARS. 2) For the wideband system, to eliminate the beam split effect, a time-delay (TD) network implemented by the true-time-delayers is applied in the hybrid beamforming structure. An iterative algorithm based on the quasi-Newton method is proposed to design the coefficients of the TD network. Finally, our numerical results reveal that i) there is a slight performance loss of EE and SE caused by coupled phase shifts of the STARS in both narrowband and wideband systems, and ii) the conventional hybrid beamforming achieved close performance of EE and SE to the full-digital one in the narrowband system, but not in the wideband system where the TD-based hybrid beamforming is more efficient.


翻译:在窄带和宽频带THZ系统中,将系统能源效率(EE)和光谱效率(SES)最大化。 1 对于窄带和宽带THZ系统,将基于惩罚的双重分解法的迭代算法建议以双重分解法为基础,共同优化基站的混合波束成形和STARS的独立分级系数。拟议的算法随后扩展至相配的阶段式STARS。2对于宽带系统来说,为了消除波束分离效应,在混合波束结构中应用了由实时脱层执行的时间跨值(TD)网络。对于以准Newton方法为基础的迭代算法,以设计TD网的系数。最后,我们的数字结果显示,在STARS和SE系统中,由于在小型和全局间混合波段内实现的小型和全局性能和全局性能系统,使EEE和SE系统在较窄波段内实现的小型和全局性、小型的混合级间间和全局,使STARS-S-D-D-D-D-D-S-S-S-D-S-S-D-S-D-S-S-S-D-S-S-S-S-S-D-S-S-S-D-S-S-S-S-D-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-T-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-T-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S

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