通过迹最大化优化可重构智能表面

可重构智能表面（RIS）近来作为未来无线网络中增强连接性、容量和能效的一项创新而受到显著关注。近期工作表明，此类RIS增强通信可通过智能塑造多径传播环境特性，将能量聚焦于期望方向并规避阻塞等障碍，从而显著提升性能，尤其在毫米波（mmW）、太赫兹（THz）及更高频率的通信中。本文研究点对点多径MIMO链路中的优化（幅度与相位）RIS设计，并在发射端（TX）、接收端（RX）和RIS处具有完美信道状态信息的假设下研究其对链路容量的影响。具体而言，我们提出基于复合TX-RIS-RX链路矩阵迹最大化的RIS设计，该迹是RX处平均功率的度量。我们提出两种RIS设计：对角RIS矩阵，以及代表更先进架构的一般RIS矩阵。两种情况下的最优设计均对应于计算由分量信道矩阵诱导的某些Hermitian矩阵的主特征向量。我们展示了优化RIS设计的容量性能，并将其与基线设计（随机幅度与相位）以及近期提出的低复杂度仅相位设计进行比较。我们给出了稀疏与丰富多径下的结果，并考虑了视距路径的影响。结果表明，尽管所有设计在高信噪比（SNR）下容量相当，但所提出的最优设计在较低SNR下带来了显著增益。