动态敏捷可重构智能表面天线（DARISA）MIMO：自由度分析与有效自由度优化

本文提出一种集成到多输入多输出（MIMO）收发器中的动态敏捷可重构智能表面天线（DARISA）阵列。每个DARISA包含多个通过并行馈电网络同时激活的超表面单元。所提出的系统能够在单个符号持续时间内对每个超表面单元实现快速、智能的相位响应调整，从而支持一种动态敏捷相位响应调整（DAAPR）策略。通过分析DAAPR框架下DARISA MIMO系统的理论自由度（DoF），我们推导出DoF与关键系统参数之间的显式关系，这些参数包括敏捷频率（即一个符号周期内超表面单元的相位调整次数）、无线信道的簇角度扩展、DARISA阵列尺寸以及发射/接收DARISA的数量。DoF结果揭示了一个重要结论：当接收DARISA数量小于发射DARISA数量时，DARISA MIMO的DAAPR策略提升了整个系统的DoF。此外，仅依靠DoF来衡量信道容量是不够的，因此我们分析了有效自由度（EDoF），它反映了DoF和信道矩阵奇异值分布对容量的影响。我们证明了信道容量随EDoF单调递增，并利用分数规划（FP）和半定松弛（SDR）算法优化超表面单元的敏捷相位响应以最大化EDoF。仿真验证了理论DoF增益，并揭示增加敏捷频率、超表面单元密度和相位量化精度可以提升EDoF。此外，密集部署的单元可以补偿由较低相位量化精度导致的通信性能损失。