单极化可重构智能表面的宽带与频谱高效波束赋形

可重构智能表面（RIS）由低成本元件组成，这些元件通过智能地施加相位移来操控入射信号的反射，从而操控传输环境。本文探讨了一种面向向多个跨越宽角区域的用户终端设备（UE）传输相同信号的单极化 RIS。为实现均匀覆盖，单极化 RIS 被设计为发射具有空间类似平坦阵列因子的宽带且频谱高效波束，这与传统狭窄波束方法截然不同。为实现此目标，我们首先推导了 UE 所需平均频谱效率（SE）的概率下界和上界。基于下界的洞见，我们聚焦于优化 azimuth 角范围从 $-\frac{\pi}{2}$ 到 $\frac{\pi}{2}$ 内阵列因子功率域最小值（PDAF）。我们采用连续遗传算法（CGA）完成此优化任务，以提升 UE 所需的 SE 同时实现宽波束。开展了大量仿真实验来评估所提出方案的性能，关注关键指标包括 PDAF 的最小值和平均值以及 UE 所需的 SE。我们的发现表明，所提出方案在保持宽波束属性的同时显著提升了 UE 所需的最小 SE 性能，这一性能优于已 established 的方案，包括 Barker、Frank 和 Chu 码。