Hybrid Beamforming für reconfigurable intelligente Oberflächen basierte Multi-User-Kommunikation: Erreichbare Raten mit begrenzten diskreten Phasenverschiebungen

Reconfigurable intelligente Oberflächen (RISs) haben in letzter Zeit erhebliche Aufmerksamkeit von der Forschungsgemeinde auf sich gezogen. RISs schaffen günstige Ausbreitungsbedingungen, indem sie die Phasenverschiebungen der reflektierten Wellen an der Oberfläche steuern und somit drahtlose Übertragungen verbessern. In diesem Papier untersuchen wir ein Downlink-Multi-User-System, bei dem die Übertragung von einer Multi-Antenne-Basisstation (BS) zu verschiedenen Benutzern durch ein RIS erfolgt, das die einfallenden Signale der BS in Richtung der Benutzer reflektiert. Im Gegensatz zu den meisten bestehenden Arbeiten betrachten wir den praktischen Fall, in dem nur eine begrenzte Anzahl diskreter Phasenverschiebungen von einer begrenzten RIS-Größe realisiert werden kann. Ein hybrides Beamforming-Schema wird vorgeschlagen und das Problem der Maximierung der Summenrate wird formuliert. Insbesondere werden kontinuierliches digitales Beamforming und diskretes, RIS-basiertes analoges Beamforming an der BS und am RIS durchgeführt, und ein iterativer Algorithmus wird entworfen, um dieses Problem zu lösen. Sowohl theoretische Analysen als auch numerische Validierungen zeigen, dass das RIS-basierte System eine gute Summenratenleistung erreichen kann, indem eine angemessene Größe des RIS und eine geringe Anzahl diskreter Phasenverschiebungen festgelegt werden.