The novel concept of simultaneously transmitting and reflecting (STAR) reconfigurable intelligent surfaces (RISs) is investigated, where the incident wireless signal is divided into transmitted and reflected signals passing into both sides of the space surrounding the surface, thus facilitating a full-space manipulation of signal propagation. Based on the introduced basic signal model of `STAR', three practical operating protocols for STAR-RISs are proposed, namely energy splitting (ES), mode switching (MS), and time switching (TS). Moreover, a STAR-RIS aided downlink communication system is considered for both unicast and multicast transmission, where a multi-antenna base station (BS) sends information to two users, i.e., one on each side of the STAR-RIS. A power consumption minimization problem for the joint optimization of the active beamforming at the BS and the passive transmission and reflection beamforming at the STAR-RIS is formulated for each of the proposed operating protocols, subject to communication rate constraints of the users. For ES, the resulting highly-coupled non-convex optimization problem is solved by an iterative algorithm, which exploits the penalty method and successive convex approximation. Then, the proposed penalty-based iterative algorithm is extended to solve the mixed-integer non-convex optimization problem for MS. For TS, the optimization problem is decomposed into two subproblems, which can be consecutively solved using state-of-the-art algorithms and convex optimization techniques. Finally, our numerical results reveal that: 1) the TS and ES operating protocols are generally preferable for unicast and multicast transmission, respectively; and 2) the required power consumption for both scenarios is significantly reduced by employing the proposed STAR-RIS instead of conventional reflecting/transmiting-only RISs.


翻译:同时发送和反映(STAR)可重新配置智能表面的新概念(RIS)得到调查,事件无线信号被分为传输和反映信号进入表面周围空间的两侧,从而便利对信号传播进行全空间操纵。根据“STAR”引入的基本信号模型,为STAR-RIS提出了三个实用操作协议,即能源分割(ES)、模式转换(MS)和时间转换(TS)。此外,还考虑为单向和多向传输建立Star-RAS辅助下链路通信系统,其中多离子无线基站(BS)向两个用户发送信息,即向Star-RIS的每侧发送一个信号,从而便利对BStar-RIS主动组合进行联合优化的耗能最小化消耗问题,为Star-RIS提议的每个操作协议的被动传输和反射镜,但用户的通信节率限制。对于ES-SAR-LIS来说,由此导致的高度交错的运行不同步优化问题,通常通过一个迭代版本的S-Restal-ralalal-alalal-alalalal-lage dal-lax lax lax deval-lax dal dald dald dald dald dald dald dald lax daldaldaldald lax lax lax lax lautd laut lautd lautd lax laut lax lax, lax laut 。Slation 。Slation,, 一种将Slation 和Slevaldal-s disx disgal-s disgal-s dowdaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldald,, 一种使用, 和Slvaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldald

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