用于增强MIMO通信的灵活智能超表面

灵活智能超表面（FIMs）在改善无线网络容量方面展现出巨大的潜力，且能有效节能。FIM是一种由多个低成本辐射元件组成的软阵列。每个元件可以独立发射电磁信号，同时灵活调节其位置，即使是垂直于整体表面，以“变形”其3D形状。更明确地说，与传统刚性天线阵列相比，FIM能够找到一种最佳的3D表面形状，以提供更好的信号质量。在本文中，我们研究了一对FIM之间的点对点多输入多输出（MIMO）通信。为了表征在频率平坦衰落信道上FIM辅助的MIMO传输的容量极限，我们构建了一个传输优化问题，旨在通过联合优化发送和接收FIM的3D表面形状以及MIMO传输协方差矩阵，来最大化MIMO信道容量，同时受总发射功率约束和FIM的最大垂直变形范围限制。为了解决这个问题，我们开发了一种高效的块坐标下降（BCD）算法。BCD算法迭代更新FIM的3D表面形状和传输协方差矩阵，同时保持其他不变，以寻找局部最优解。数值结果验证了FIM能够实现比传统刚性阵列更高的MIMO容量。特别是在某些设置下，MIMO信道容量可以通过所提出的BCD算法翻倍。