In this paper, we study two novel massive multiple-input multiple-output (MIMO) transmitter architectures for millimeter wave (mmWave) communications which comprise few active antennas, each equipped with a dedicated radio frequency (RF) chain, that illuminate a nearby large intelligent reflecting/transmitting surface (IRS/ITS). The IRS (ITS) consists of a large number of low-cost and energy-efficient passive antenna elements which are able to reflect (transmit) a phase-shifted version of the incident electromagnetic field. Similar to lens array (LA) antennas, IRS/ITS-aided antenna architectures are energy efficient due to the almost lossless over-the-air connection between the active antennas and the intelligent surface. However, unlike for LA antennas, for which the number of active antennas has to linearly grow with the number of passive elements (i.e., the lens aperture) due to the non-reconfigurablility (i.e., non-intelligence) of the lens, for IRS/ITS-aided antennas, the reconfigurablility of the IRS/ITS facilitates scaling up the number of radiating passive elements without increasing the number of costly and bulky active antennas. We show that the constraints that the precoders for IRS/ITS-aided antennas have to meet differ from those of conventional MIMO architectures. Taking these constraints into account and exploiting the sparsity of mmWave channels, we design two efficient precoders; one based on maximizing the mutual information and one based on approximating the optimal unconstrained fully digital (FD) precoder via the orthogonal matching pursuit algorithm. Furthermore, we develop a power consumption model for IRS/ITS-aided antennas that takes into account the impacts of the IRS/ITS imperfections, namely the spillover loss, taper loss, aperture loss, and phase shifter loss.


翻译:在本文中,我们研究了两个新型的大型多投多投多投多发(IMIMO)发射机结构,用于毫米波(mmWave)通信,由几个活跃天线组成,每个天线都配备了专用无线电频率链,在附近展示了一个大型智能反射/传输表面(IRS/ITS),这些天线结构由大量低成本和节能的低成本被动天线元素组成,能够反映(传输)事件电磁场的分阶段变异版本。类似透镜天线、IRS/ITS辅助天线结构,由于运行天线与智能表面之间几乎无损的超空连接,因此具有节能性天线结构。 IRS/ITS天线结构的快速变异(即非智能天线性)由于非再解变异变前的ISRFIFS变异(即非硬性变异性变异性变异性变异性)、IRSS/ICS/SA值天线变异性变异性天线,而不断变异的天线性天线性天线性天线节能节线系也逐渐变换。

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