In next-generation wireless networks, reconfigurable intelligent surface (RIS)-assisted multiple-input multiple-output (MIMO) systems are foreseeable to support a large number of antennas at the transceiver as well as a large number of reflecting elements at the RIS. To fully unleash the potential of RIS, the phase shifts of RIS elements should be carefully designed, resulting in a high-dimensional non-convex optimization problem that is hard to solve. In this paper, we address this scalability issue by partitioning RIS into sub-surfaces, so as to optimize the phase shifts in sub-surface levels to reduce complexity. Specifically, each subsurface employs a linear phase variation structure to anomalously reflect the incident signal to a desired direction, and the sizes of sub-surfaces can be adaptively adjusted according to channel conditions. We formulate the achievable rate maximization problem by jointly optimizing the transmit covariance matrix and the RIS phase shifts. Under the RIS partitioning framework, the RIS phase shifts optimization reduces to the manipulation of the sub-surface sizes, the phase gradients of sub-surfaces, and the common phase shifts of sub-surfaces. Then, we characterize the asymptotic behavior of the system with an infinitely large number of transceiver antennas and RIS elements. The asymptotic analysis provides useful insights on the understanding of the fundamental performance-complexity tradeoff in RIS partitioning design. We show that in the asymptotic domain, the achievable rate maximization problem has a rather simple form. We develop an efficient algorithm to find an approximate optimal solution via 1D grid search. By applying the asymptotic result to a finite-size system with necessary modifications, we show by numerical results that the proposed design achieves a favorable tradeoff between system performance and computational complexity.


翻译:在下一代无线网络中,可重新配置的智能表面(RIS)辅助多输入多输出(MIIMO)系统可以预见地支持收发器的大量天线以及RIS的大量反射元素。要充分释放RIS的潜力,RIS元素的阶段转移应当谨慎设计,从而导致难以解决的高度非对流优化问题。在本文中,我们通过将RIS分为地下表面,解决这一可缩放问题,以便优化地下水平的阶段转变,降低复杂性。具体地说,每个地下的值使用线性变化结构,以反向预期方向反映事件信号,而次表层的大小可以根据频道条件进行调整。我们通过联合优化传输变异矩阵和RIS阶段的转变,将RIS阶段转换为对子表层的必要大小的操纵,将地平面的易变速度变化优化,将Silentrial-loral-lational-lational-liveral-listal-listal-deal-liforal-liforal-listal-deal-ligal-listal-ligal-ligal-listal-de-de-ligal-de-de-de-de-de-liforvical-de-de-de-de-de-de-de-de-deal-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-deal-to-de-de-to-一个我们系统,我们系统,我们制变变变变变变的系统,我们系统,我们系统,我们系统,一个变变变变变变变的系统,我们系统,一个变变变变的系统,一个变的系统,一个变的系统的系统,一个变的系统,一个变的系统,一个变变变的系统,一个变的系统,一个变的系统,一个变的系统,一个变的系统,一个变的系统,一个变变的系统,一个变的系统,一个变的系统,一个变的系统的系统,一个变的系统,一个变的系统,一个变的系统,一个变的系统,一个变的系统,一个变变的系统,一个变的系统,一个变的系统,一个变的系统,一个变变的

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