Reconfigurable intelligent surface has recently emerged as a promising technology for reshaping the wireless environment by leveraging massive low-cost passive elements. Prior works mainly focus on a single-layer metasurface that lacks the capability of suppressing inter-user interference. By contrast, we propose in this paper a stacked intelligent metasurfaces (SIM)-enabled transceiver design for multiuser multiple-input single-output downlink communications. Specifically, a SIM having a multilayer structure is deployed at the base station to perform the transmit beamforming directly in the electromagnetic wave domain. As a result, the conventional digital beamforming and high-resolution analog-to-digital converters as well as the excessive number of radio-frequency chains are fully removed, which sharply reduces the hardware cost and energy consumption, while substantially decreasing the precoding delay benefiting from the computation at the speed of light. To this end, we formulate an optimization problem for maximizing the sum rate of all users by jointly designing the transmit power allocated to different users and the wave-based beamforming. Finally, numerical results based on a customized alternating optimization algorithm corroborate the effectiveness of our SIM-enabled wave-based beamforming design as compared to various benchmark schemes. Most notably, the wave-based beamforming is capable of decreasing the precoding delay by eight orders of magnitude compared to its digital counterpart.


翻译:重新配置的智能表面最近成为利用大规模低成本被动元素改造无线环境的有前景的技术。 先前的工作主要侧重于单层的元表面,缺乏抑制用户间干扰的能力。 相反,我们在本文件中提议为多用户多投入单输出下链接通信设计堆积智能的元表(SIM),同时大量减少从光速计算中受益的预编码延迟。为此,我们提出一个优化问题,以便通过联合设计分配给不同用户和以波为基础的波状成型的传输能力,最大限度地实现所有用户的总和率。最后,基于定制的交替式模拟数字转换器和高分辨率模拟数字转换器以及过多的无线电频率链条被完全删除,这大大降低了硬件成本和能源消耗量,同时大大缩短了从光速计算中受益的预编码延迟。我们为达到这一目的,我们制定了一个优化问题,通过联合设计分配给不同用户和以波为基础的波状成型传输能力来直接进行传输。 最后,基于定制的交替式转换和高分辨率的模拟模拟模拟转换算法的数据结果,以及无线电频率链链链条被完全消除,大大降低硬件成本成本成本成本,同时通过不断调整前的SIM可测量。 。 将证实以各种基建模变换制为以各种波状的系统。

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