Large-scale antenna arrays employed by the base station (BS) constitute an essential next-generation communications technique. However, due to the constraints of size, cost, and power consumption, it is usually considered unrealistic to use a large-scale antenna array at the user side. Inspired by the emerging technique of reconfigurable intelligent surfaces (RIS), we firstly propose the concept of user-side RIS (US-RIS) for facilitating the employment of a large-scale antenna array at the user side in a cost- and energy-efficient way. In contrast to the existing employments of RIS, which belong to the family of base-station-side RISs (BSS-RISs), the US-RIS concept by definition facilitates the employment of RIS at the user side for the first time. This is achieved by conceiving a multi-layer structure to realize a compact form-factor. Furthermore, our theoretical results demonstrate that, in contrast to the existing single-layer structure, where only the phase of the signal reflected from RIS can be adjusted, the amplitude of the signal penetrating multi-layer US-RIS can also be partially controlled, which brings about a new degree of freedom (DoF) for beamformer design that can be beneficially exploited for performance enhancement. In addition, based on the proposed multi-layer US-RIS, we formulate the signal-to-noise ratio (SNR) maximization problem of US-RIS-aided communications. Due to the non-convexity of the problem introduced by this multi-layer structure, we propose a multi-layer transmit beamformer design relying on an iterative algorithm for finding the optimal solution by alternately updating each variable. Finally, our simulation results verify the superiority of the proposed multi-layer US-RIS as a compact realization of a large-scale antenna array at the user side for uplink transmission.


翻译:基站(BS)使用的大型天线阵列构成了关键的下一代通信技术。然而,由于规模、成本和电力消耗的限制,通常认为在用户方面使用大型天线阵列是不现实的。在重新配置智能表面(RIS)这一新兴技术的启发下,我们首先提出用户-侧RIS(US-RIS)的概念,以促进在用户方面以成本和节能的方式使用大型天线阵列。与目前使用RIS的雇用情况形成对照的是,RIS是属于基站-端多级RIS(BS-RIS-RIS)的组合的,因此,在定义上使用大型天线阵列阵列时使用大型天线阵列概念,首次在用户方面为使用RIS(RIS)的新兴技术。此外,我们的理论结果表明,与现有的单层结构相比,只有从RIS反映的信号阶段可以调整。 RIS(美国-上层-级的高级智能通信的信号进化多级关系)的信号进化结构(BS-S-Oirion)的进化多级阵列结构结构结构(S-liver)的进化,也通过对用户的进化设计的进化的进化的进化的进化结果进行新的改进。

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