将Meta-Fiber引入堆叠智能天线阵列用于MIMO通信：一种仅需两层的低复杂度设计
信息论
2025-09-17 v2 信号处理
math.IT
摘要
堆叠智能天线阵列（SIM）将多个可编程天线阵列层集成在一起，最近作为先进波域信号处理技术而崛起。SIM受益于灵活的空间自由度（DoF），同时减少了对高成本射频（RF）链的需求。然而，当前的SIT设计面临相位优化复杂化和多层能量衰减的问题。为解决这些问题，我们提出将meta-fiber引入SIM，以降低层数并提升能效。首先，我们引入一种meta-fiber连接的2层SIM，具备与传统多层结构相同的灵活信号处理能力，并阐述了工作原理。随后，我们构建并求解了最小均方误差（MSE）的优化问题，以实现SIM信道与期望信道矩阵之间的接近。具体而言，通过设计与发送SIM和接收SIM相关的meta原子相位移位，建立一个非干扰的平行子信道系统。为降低计算复杂度，本文提出每个迭代中每个相位移位的闭式表达式。我们表明该算法同样适用于传统多层SIM。最后，分析了信道容量界限和计算复杂度，为设计提供了洞察。数值结果表明，本文提出的两层SIM相较于传统七层SIM，在信道容量提升超过25%的同时，将meta原子数量降低59%。
关键词
引用
@article{arxiv.2507.09575,
title = {Introducing Meta-Fiber into Stacked Intelligent Metasurfaces for MIMO Communications: A Low-Complexity Design with only Two Layers},
author = {Hong Niu and Jiancheng An and Tuo Wu and Jiangong Chen and Yufei Zhao and Yong Liang Guan and Marco Di Renzo and Merouane Debbah and George K. Karagiannidis and H. Vincent Poor and Chau Yuen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.09575},
year = {2025}
}
备注
17 pages