The intelligent omni-surface (IOS) is a dynamic metasurface that has recently been proposed to achieve full-dimensional communications by realizing the dual function of anomalous reflection and anomalous refraction. Existing research works provide only simplified models for the reflection and refraction responses of the IOS, which do not explicitly depend on the physical structure of the IOS and the angle of incidence of the electromagnetic (EM) wave. Therefore, the available reflection-refraction models are insufficient to characterize the performance of full-dimensional communications. In this paper, we propose a complete and detailed circuit-based reflection-refraction model for the IOS, which is formulated in terms of the physical structure and equivalent circuits of the IOS elements, as well as we validate it against full-wave EM simulations. Based on the proposed circuit-based model for the IOS, we analyze the asymmetry between the reflection and transmission coefficients. Moreover, the proposed circuit-based model is utilized for optimizing the hybrid beamforming of IOS-assisted networks and hence improving the system performance. To verify the circuit-based model, the theoretical findings, and to evaluate the performance of full-dimensional beamforming, we implement a prototype of IOS and deploy an IOS-assisted wireless communication testbed to experimentally measure the beam patterns and to quantify the achievable rate. The obtained experimental results validate the theoretical findings and the accuracy of the proposed circuit-based reflection-refraction model for IOSs.


翻译:智能聚光表面(IOS)是一个动态的元表面,最近有人提议通过实现反射反射和反反射的双重功能,实现全方位通信。现有的研究工作仅提供了IOS反射和反射反应的简化模型,这些模型并不明确取决于IOS的物理结构和电磁波的发生角度。因此,现有的反射模型不足以说明全方位通信的性能。在本文件中,我们提议为IOS提供一个完整和详细的基于电路的反射模型,该模型是以IOS元素的物理结构和等效电路模式来设计的,我们用全波EM模拟来验证它。我们根据IOS的拟议电路模型分析反射和电磁波发生率之间的不对称。此外,拟议的电路偏差模型用于优化基于IOS的反射成像模型,从而改进系统的业绩。核查基于电路模型、理论结果和对IOS元素的对应电路路路路路路结构,并根据全波EM模拟进行验证,我们用IOS的实验性可实现的试度模型,将IOS的机路路路路路段结果转变为一个全维的试算。

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