摘 要：研究了一種透射反射雙功能可重構(gòu)智能表面（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｕｒｆａｃｅ，ＳＴＡＲ-ＲＩＳ） 輔助的無(wú)線攜能通信（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，ＳＷＩＰＴ） 系統(tǒng)。部署ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 以輔助從多天線接入點(diǎn)（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ，ＡＰ） 到多個(gè)單天線信息解碼接收器（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ，ＩＤＲ） 和能量收集接收器（Ｅｎｅｒｇｙ Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ，ＥＨＲ） 的信息或功率傳輸。目標(biāo)是通過(guò)聯(lián)合優(yōu)化其發(fā)射預(yù)編碼矩陣及ＳＴＡＲ-ＲＩＳ的反射和透射系數(shù)矩陣，在ＩＤＲ 可實(shí)現(xiàn)通信速率和ＥＨＲｓ 的能量收集量約束下，使ＡＰ 的發(fā)射功率最小化。然而，這個(gè)優(yōu)化問(wèn)題是非凸的，變量之間有著復(fù)雜的耦合。為了解決這一問(wèn)題，采用交替優(yōu)化算法解耦耦合的變量，對(duì)發(fā)射預(yù)編碼矩陣及ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 的反射和透射系數(shù)矩陣可以分別使用半正定松弛（Ｓｅｍｉｄｅｆｉｎｉｔｅ Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ，ＳＤＲ） 算法和基于懲罰的算法進(jìn)行優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 系統(tǒng)方案可以獲得比傳統(tǒng)的僅反射或僅透射ＲＩＳ 更好的性能。

關(guān)鍵詞：透射反射雙功能；可重構(gòu)智能表面；無(wú)線攜能通信；交替優(yōu)化

中圖分類號(hào)：ＴＮ９２５＋． ２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（ＯＳＩＤ）：

文章編號(hào)：１００３－３１０６（２０２４）０７－１６６０－０８

０ 引言

無(wú)線攜能通信（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，ＳＷＩＰＴ）系統(tǒng)可確保未來(lái)無(wú)線供電物聯(lián)網(wǎng)（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ，ＩｏＴ）中眾多低功耗設(shè)備同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和能源［１－２］。然而，由于路徑損耗大，ＳＷＩＰＴ 系統(tǒng)的傳輸效率和傳輸范圍在長(zhǎng)距離傳輸中并不理想［３］。利用可重構(gòu)智能表面（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕ-ｒａｂｌｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ，ＲＩＳ）可以減輕長(zhǎng)距離通信引起的傳輸損耗問(wèn)題［４］。作為６Ｇ 潛在的關(guān)鍵技術(shù)之一，ＲＩＳ 配備了大量低成本的被動(dòng)元件［５－６］。借助連接在ＲＩＳ 上的智能控制器，可以調(diào)整ＲＩＳ 上無(wú)線信號(hào)的傳播［７－９］。為此，文獻(xiàn)［１０］提出了一種ＲＩＳ輔助ＳＷＩＰＴ 系統(tǒng)的聯(lián)合預(yù)編碼方案，以增強(qiáng)無(wú)線功率傳輸?shù)男?。與不包含ＲＩＳ 的ＳＷＩＰＴ 系統(tǒng)相比，該方案具有顯著的性能增益。文獻(xiàn)［１１］提出了一種交替迭代算法來(lái)聯(lián)合優(yōu)化ＲＩＳ 輔助的ＳＷＩＰＴ 多輸入多輸出（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ，ＭＩＭＯ）系統(tǒng)基站端的發(fā)射預(yù)編碼矩陣和ＲＩＳ 處的無(wú)源波束成形矩陣，以使無(wú)線系統(tǒng)的加權(quán)和速率最大化，并同時(shí)滿足能量信號(hào)接收器的能量收集要求。文獻(xiàn)［１２］從完美和不完美信道狀態(tài)信息（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎ-ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＣＳＩ）２ 個(gè)不同的角度研究了ＲＩＳ 輔助的ＳＷＩＰＴ 系統(tǒng)，將最大化最小速率作為一個(gè)非凸約束優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了研究。這些研究結(jié)果表明，ＲＩＳ 輔助的ＳＷＩＰＴ 系統(tǒng)可以進(jìn)一步提高無(wú)線系統(tǒng)的頻譜效率。

然而現(xiàn)有的研究主要集中在考慮僅反射ＲＩＳ 的情況，僅反射ＲＩＳ 的基板對(duì)于處于其工作頻率的無(wú)線信號(hào)是不透明的?？烧{(diào)諧元件集成在不透明基底上，防止無(wú)線信號(hào)穿透ＲＩＳ，使得沒(méi)有能量泄漏到ＲＩＳ 后面的空間中。因此，發(fā)射器和接收器必須位于ＲＩＳ 的同一側(cè)，從而導(dǎo)致僅利用半空間智能無(wú)線電環(huán)境，嚴(yán)重限制了ＲＩＳ 的靈活性和有效性。為了克服ＲＩＳ 的限制，文獻(xiàn)［１３］提出了透射反射雙功能可重構(gòu)智能表面（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ａｎｄＲｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ，ＳＴＡＲ-ＲＩＳ）的新概念。ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 的基板必須在其工作頻率下對(duì)無(wú)線信號(hào)透明。此外，為了促進(jìn)同時(shí)透射和反射，ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 依賴于更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。從表面的任一側(cè)入射到ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 元件上的無(wú)線信號(hào)被分成兩部分［１４］：一部分（反射信號(hào)）被反射到與入射信號(hào)相同的空間，即反射空間；另一部分（透射信號(hào)）被透射到與入射信號(hào)相對(duì)的空間，即透射空間。通過(guò)操縱ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 元件的電流和磁流，可以通過(guò)２ 個(gè)通常獨(dú)立的系數(shù)（透射系數(shù)和反射系數(shù)）重新配置透射和反射信號(hào)［１３］。由于傳統(tǒng)的僅反射ＲＩＳ 僅實(shí)現(xiàn)半空間覆蓋，因此從接入點(diǎn)（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ，ＡＰ）出現(xiàn)的信號(hào)可能需要多跳反射到達(dá)目標(biāo)用戶。通過(guò)利用透射和反射，所得到的全空間覆蓋可以減小傳播距離，從而增加接收信號(hào)功率。文獻(xiàn)［１５］提出了能量分割（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ，ＥＳ ）、模式選擇（ＭｏｄｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ，ＭＳ）和時(shí)間切換（Ｔｉｍｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，ＴＳ）三種協(xié)議，用于在多輸入單輸出網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行ＳＴＡＲ-ＲＩＳ，并考慮了功率最小化設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)［１６］研究了ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 輔助ＭＩＭＯ 網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)合預(yù)編碼矩陣、透射和反射系數(shù)優(yōu)化，以最大化加權(quán)和率。研究結(jié)果驗(yàn)證了ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 技術(shù)的優(yōu)越性。與傳統(tǒng)的僅反射的ＲＩＳ 優(yōu)化問(wèn)題相比，ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 的主要挑戰(zhàn)總結(jié)如下：首先，ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 需要優(yōu)化２ 種類型的無(wú)源波束成形（透射和反射波束成形），而對(duì)于常規(guī)的僅反射的ＲＩＳ，僅須設(shè)計(jì)反射波束成形。在數(shù)學(xué)上，傳統(tǒng)的僅反射的ＲＩＳ 的優(yōu)化問(wèn)題是ＳＴＡＲ-ＲＩＳ的優(yōu)化問(wèn)題的特殊情況，其中透射功能被關(guān)閉并且僅服務(wù)反射區(qū)用戶。其次，對(duì)于所提出的ＥＳ 和ＭＳ 協(xié)議，透射和反射波束成形耦合在一起，這與傳統(tǒng)的僅反射的ＲＩＳ 相比進(jìn)一步復(fù)雜化資源分配。因此，ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 所考慮的問(wèn)題比傳統(tǒng)的僅反射的ＲＩＳ 更難解決。

上述工作在ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 輔助無(wú)線通信和ＲＩＳ 輔助ＳＷＩＰＴ 系統(tǒng)中分別取得了良好的效果，但將ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 與ＳＷＩＰＴ 結(jié)合起來(lái)的工作卻很少。如文獻(xiàn)［１７］研究了ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 輔助的無(wú)線供電的ＩｏＴ 網(wǎng)絡(luò)以最大化系統(tǒng)的吞吐量。文獻(xiàn)［１８ ］研究了ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 輔助ＳＷＩＰＴ 系統(tǒng)中的和速率最大化問(wèn)題。以上研究均基于ＴＳ 模式，未考慮到反射和透射系數(shù)矩陣的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及用戶間干擾。此外，在滿足各項(xiàng)通信指標(biāo)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)低功率傳輸是未來(lái)綠色通信的重要目標(biāo)，以上研究并未涉及聯(lián)合能量收集量約束、信息傳輸速率約束以及ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 的２ 種耦合的反射和透射系數(shù)矩陣約束等條件下的發(fā)射功率優(yōu)化研究。鑒于此，本文研究了一個(gè)ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 輔助的ＳＷＩＰＴ 系統(tǒng)中的功率最小化問(wèn)題。采用交替優(yōu)化（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＡＯ）算法解耦耦合的變量，對(duì)發(fā)射預(yù)編碼矩陣及ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 的反射和透射系數(shù)矩陣分別使用半正定松弛（Ｓｅｍｉｄｅｆｉｎｉｔｅ Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ，ＳＤＲ）算法和基于懲罰的算法進(jìn)行優(yōu)化。仿真對(duì)比了ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 不同協(xié)議以及傳統(tǒng)的僅反射或僅透射ＲＩＳ。結(jié)果表明，ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 可以獲得比傳統(tǒng)的僅反射或僅透射ＲＩＳ 更好的性能。

１ 系統(tǒng)模型

如圖１ 所示，考慮一個(gè)窄帶ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 輔助的ＳＷＩＰＴ 系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作在頻率平坦信道上。其中Ｎ 天線ＡＰ 通過(guò)一個(gè)包含Ｍ 個(gè)元素的ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 輔助為多個(gè)信息解碼接收器（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ Ｒｅ-ｃｅｉｖｅｒｓ，ＩＤＲ）和能量收集接收器（Ｅｎｅｒｇｙ ＨａｒｖｅｓｔｉｎｇＲｅｃｅｉｖｅｒｓ，ＥＨＲ）提供服務(wù)。分別用＝ ｛１，２，…，ＫＩ｝和＝ ｛１，２，…，ＫＥ ｝表示。假設(shè)ＡＰ 和用戶之間的直接通信鏈路被障礙物阻塞。部署的ＳＴＡＲ-ＲＩＳ通過(guò)建立額外的透射和反射鏈路，為信號(hào)盲區(qū)的用戶提供通信服務(wù)和滿足能量收集需求。設(shè)Ｇ ∈CＭ×Ｎ ，ｆＨｒ，ｊ∈ C１×Ｍ ，ｆＨｔ，ｉ∈C １×Ｍ 分別表示從ＡＰ 到ＳＴＡＲ-ＲＩＳ、ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 到第ｉ 個(gè)ＩＤＲ 用戶，ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 到第ｊ 個(gè)ＥＨＲ 用戶的窄帶準(zhǔn)靜態(tài)衰落信道。為了能夠揭示ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 所實(shí)現(xiàn)的最大性能增益，假設(shè)在ＡＰ 中可以獲得所有信道的完美ＣＳＩ。簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在ＡＰ 處考慮線性傳輸預(yù)編碼，并假設(shè)每個(gè)ＩＤＲ 或ＥＨＲ 分配一個(gè)單獨(dú)的信息或能量波束。

圖２ 為所考慮的仿真模型，其中ＡＰ 和ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 分別位于（０，０，０）ｍ 和（０，１０，０）ｍ。ＩＤＲ 和ＥＨＲ 用戶隨機(jī)位于以ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 為中心的半圓上，半徑分別為ｄｒ ＝ ２ ｍ 和ｄｔ ＝ ２０ ｍ。小尺度衰落信道Ｇ 建模為：

式中：萊斯因子ＫＡＲ ＝ ３ ｄＢ，αＡＲ 表示相應(yīng)的路徑損耗指數(shù)，ρ０ ＝ －３０ ｄＢ 表示參考距離為１ ｍ 時(shí)的路徑損耗，ＧＬｏＳ 表示確定性視線分量（Ｌｉｎｅ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ，ＬｏＳ），ＧＮＬｏＳ 表示采用瑞利衰落建模的隨機(jī)非視距（Ｎｏｎ Ｌｉｎｅ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ，ＮＬｏＳ）分量，其余信道可以用類似的方法獲得。

其他所需參數(shù)設(shè)置如下：用戶數(shù)ＫＥ ＝ ２，ＫＩ ＝ ２。初始化懲罰因子η ＝１０－４ ，等式約束的精度ε１ ＝１０－７ ，交替優(yōu)化算法的收斂容差ε２ ＝１０－３ ，算法最大迭代次數(shù)ｎｍａｘ ＝３０，ｒｍａｘ ＝３０。用戶噪聲功率σ２ｉ＝ －９０ ｄＢｍ，基于懲罰算法的放縮因子ω ＝ １０。假設(shè)ＩＤＲ 具有相同的ＱｏＳ 要求，即：Ｒｉ ＝Ｒ０△"=ｌｂ（１＋Υ０ ），Υ０ 是所需的最小信干噪比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ，ＳＩＮＲ）。同樣，ＥＨＲ 能量收集要求為Ｅｊ ＝Ｅ０ ＝１ ｍＷ。

將所提出的設(shè)計(jì)方案與一些基準(zhǔn)進(jìn)行比較［１１］：① 均勻能量分割（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ，ＵＥＳ）方案，例如：固定βｔｍ ＝ βｒｍ ＝ ０． ５，只優(yōu)化θｔｍ 和θｒｍ ；② 傳統(tǒng)的ＲＩＳ 方法，其中一個(gè)僅反射ＲＩＳ 的Ｍ ／ ２ 個(gè)元件和一個(gè)僅透射ＲＩＳ 的Ｍ ／ ２ 個(gè)元件被部署在與ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 相同的位置處，并且彼此相鄰。這種配置可以提供ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 和常規(guī)ＲＩＳ 之間的公平比較。

首先分析所提出的方法的收斂性。圖３ 繪制了所需發(fā)射功率與迭代次數(shù)的關(guān)系圖，其中Υ０ ＝１０ ｄＢ。從圖中可以看到，經(jīng)過(guò)２０ 次迭代發(fā)射功率傾向于收斂到一個(gè)穩(wěn)定的值。此外，較大的Ｍ 以較慢的收斂速度為代價(jià)實(shí)現(xiàn)較低的發(fā)射功率，因?yàn)樾枰獌?yōu)化更多的變量。

圖４ 展示了所需功耗與ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 元素個(gè)數(shù)Ｍ之間的關(guān)系，其中Ｎ ＝ ２，Υ０ ＝ １０ ｄＢ。從圖中可以看出，所有方案所需的功耗隨著Ｍ 的增加而降低。因?yàn)楦蟮模?能夠?qū)崿F(xiàn)更高的透射或反射波束成形增益，進(jìn)而降低了ＡＰ 的所需功耗。由于ＴＳ 模式每個(gè)用戶的無(wú)干擾通信，即在每個(gè)時(shí)刻僅服務(wù)一個(gè)用戶，ＴＳ 達(dá)到較優(yōu)的性能。但是元件的周期性切換引入了對(duì)時(shí)間同步的嚴(yán)格要求，需要更高的硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。還可以觀察到，ＥＳ 優(yōu)于ＭＳ 模式。因?yàn)樵跀?shù)學(xué)上ＭＳ 是ＥＳ 的特殊情況。由于傳統(tǒng)的ＲＩＳ 采用固定數(shù)量的透射和反射元件，因此不能利用與ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 可用的相同的自由度［１５］（Ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ Ｆｒｅｅ-ｄｏｍ，ＤｏＦ）來(lái)增強(qiáng)期望的信號(hào)強(qiáng)度并減輕用戶間干擾。因此，傳統(tǒng)的ＲＩＳ 總是性能最差。

圖５ 比較了不同協(xié)議下的所需功耗與ＡＰ 天線的數(shù)量Ｎ 的關(guān)系，其中Ｍ ＝ １０，Υ０ ＝ １０ ｄＢ?？梢钥闯?，由于較高的主動(dòng)波束成形增益，所有方案需要的功耗均隨著Ｎ 的增加而降低。同樣ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 性能優(yōu)于常規(guī)的ＲＩＳ，因?yàn)榭梢岳酶嗟挠糜谕干浜头瓷湓O(shè)計(jì)的ＤｏＦ。還能觀察到由于基準(zhǔn)方案ＵＥＳ缺少逐元素控制的ＤｏＦ，ＥＳ 性能優(yōu)于ＵＥＳ 模式。

圖６ 展示了所需功耗與最小所需ＳＩＮＲ 的關(guān)系，其中Ｍ ＝ １０，Ｎ ＝ ２?？梢钥闯?，隨著最小所需ＳＩＮＲ 的增加，所有方案的所需功耗均增加。還可以觀察到ＴＳ 模式對(duì)于小Υ０ 實(shí)現(xiàn)最佳性能（當(dāng)Υ０ ≤１０ｄＢ 時(shí)），但是對(duì)于大的Υ０ ，其他方案優(yōu)于該方案。這是因?yàn)椋裕?的無(wú)干擾通信是以通信時(shí)間的低效使用為代價(jià)實(shí)現(xiàn)的，這對(duì)于大Υ０ 來(lái)說(shuō)成為主要的性能瓶頸。相比之下，由于對(duì)于ＥＳ、ＭＳ、ＵＥＳ 和傳統(tǒng)ＲＩＳ，在整個(gè)通信時(shí)間期間服務(wù)所有用戶，因此盡管存在用戶間干擾，但是對(duì)于大Υ０ ，實(shí)現(xiàn)了比ＴＳ 更高的性能。

圖７ 為所需功耗與每個(gè)ＥＨＲ 最小接收功率的關(guān)系，其中Ｍ ＝ １０，Ｎ ＝ ２，Υ０ ＝ １０ ｄＢ。為了進(jìn)一步揭示ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 對(duì)ＡＰ 處的發(fā)送預(yù)編碼器設(shè)計(jì)的影響，對(duì)于ＥＳ 方案和傳統(tǒng)ＲＩＳ 方案，考慮不發(fā)送專用能量波束的對(duì)比方案。從圖中可以看出，對(duì)于具有和不具有能量波束的情況，ＥＳ 模式性能優(yōu)于傳統(tǒng)ＲＩＳ。通過(guò)部署ＳＴＡＲ-ＲＩＳ，發(fā)送專用能量波束節(jié)省的發(fā)射功率明顯降低。因此，在ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 輔助的ＳＷＩＰＴ系統(tǒng)中，發(fā)送專用能量波束的必要性被削弱。這表明如果沒(méi)有發(fā)送能量波束，ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 的部署可以潛在地簡(jiǎn)化ＡＰ 以及ＩＤＲｓ 處的發(fā)射波束成形設(shè)計(jì)，因?yàn)椴恍枰芰啃盘?hào)消除組件。

４ 結(jié)束語(yǔ)。

本文研究了透射反射雙功能ＲＩＳ 輔助的無(wú)線攜能通信系統(tǒng)。通過(guò)聯(lián)合優(yōu)化發(fā)射預(yù)編碼矩陣及ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 的反射和透射系數(shù)矩陣，在ＩＤＲ 可實(shí)現(xiàn)通信速率和ＥＨＲ 的能量收集量約束下實(shí)現(xiàn)ＡＰ 的發(fā)射功率最小化。對(duì)于ＥＳ 方案，提出了基于ＳＤＲ算法和基于懲罰算法的交替優(yōu)化算法來(lái)解決聯(lián)合波束成形優(yōu)化問(wèn)題。仿真結(jié)果驗(yàn)證了在ＳＷＩＰＴ 系統(tǒng)下，ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 在節(jié)省發(fā)射功率方面的有效性。此外，使用ＳＴＡＲ-ＲＩＳ 能夠有效地減少ＳＷＩＰＴ 系統(tǒng)所需的能量束的數(shù)量。

參考文獻(xiàn)

［１］ ＣＬＥＲＣＫＸ Ｂ，ＺＨＡＮＧ Ｒ，ＳＣＨＯＢＥＲ Ｒ，ｅｔ ａｌ． Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｏｆ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ： Ｆｒｏｍ ＲＦＥｎｅｒｇｙ Ｈａｒｖｅｓｔｅｒ Ｍｏｄｅｌｓ ｔｏ Ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎｓ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１９，３７（１）：４－３３．

［２］ ＶＫＲＩＫＩＤＩＳ Ｉ，ＴＩＭＯＴＨＥＯＵ Ｓ，ＮＩＫＯＬＡＯＵ Ｓ，ｅｔ ａｌ． Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎＭｏｄｅｒｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］． ＩＥＥＥ ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＭａｇａｚｉｎｅ，２０１４，５２（１１）：１０４－１１０．

［３］ ＡＳＨＲＡＦ Ｎ，ＳＨＥＩＫＨ Ｓ Ａ，ＫＨＡＮ Ｓ Ａ，ｅｔ ａｌ． ＳｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓＷｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｗｉｔｈ ＣｏｏｐｅｒａｔｉｖｅＲｅｌａｙｉｎｇ ｆｏｒ Ｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ａｃｃｅｓｓ，２０２１，９：７１４８２－７１５０４．

［４］ ＨＵＭ Ｓ Ｖ，ＰＥＲＲＵＩＳＳＥＡＵＣＡＲＲＩＥＲ Ｊ． ＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＲｅｆｌｅｃｔａｒｒａｙｓ ａｎｄ Ａｒｒａｙ Ｌｅｎｓｅｓ ｆｏｒ Ｄｙｎａｍｉｃ ＡｎｔｅｎｎａＢｅａｍ Ｃｏｎｔｒｏｌ：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，２０１４，６２（１）：１８３－１９８．

［５］ ＬＩＵ Ｙ Ｗ，ＬＩＵ Ｘ，ＭＵ Ｘ Ｄ，ｅｔ ａｌ． Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｕｒｆａｃｅｓ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｕｒｖｅｙｓ ａｎｄ Ｔｕｔｏｒｉａｌｓ，２０２１，２３（３）：１５４６－１５７７．

［６］ ＷＵ Ｑ Ｑ，ＺＨＡＮＧ Ｒ． Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｖｉａ Ｊｏｉｎｔ Ａｃｔｉｖｅ ａｎｄ ＰａｓｓｉｖｅＢｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１９，１８（１１）：５３９４－５４０９．

［７］ ＷＵ Ｑ Ｑ，ＺＨＡＮＧ Ｒ． Ｔｏｗａｒｄｓ Ｓｍａｒｔ ａｎｄ ＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ：Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｉｄｅｄ ＷｉｒｅｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋ ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｍａｇａｚｉｎｅ，２０２０，５８（１）：１０６－１１２．

［８］ ＨＵＡＮＧ Ｃ Ｗ，ＺＡＰＰＯＮＥ Ａ，ＡＬＥＸＡＮＤＲＯＰＯＵＬＯＳ Ｇ Ｃ，ｅｔ ａｌ． Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ｆｏｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１９，１８（８）：４１５７－４１７０．

［９］ ＢＡＳＡＲ Ｅ，ＲＥＮＺＯ Ｍ Ｄ，ＲＯＳＮＹ Ｊ Ｄ，ｅｔ ａｌ． ＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅｓ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ａｃｃｅｓｓ，２０１９，７：１１６７５３－１１６７７３．

［１０］ ＷＵ Ｑ Ｑ，ＺＨＡＮＧ Ｒ． Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｓｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｉｄｅｄ ＳＷＩＰＴ ［Ｊ］． ＩＥＥＥＷｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０２０，９（５）：５８６－５９０．

［１１］ ＰＡＮ Ｃ Ｈ，ＲＥＮ Ｈ，ＷＡＮＧ Ｋ Ｚ，ｅｔ ａｌ． ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＲｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｉｄｅｄ ＭＩＭＯ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ［Ｊ］． ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０２０，３８（８）：１７１９－１７３４．

［１２］ ＹＡＮＧ Ｚ Ｙ，ＺＨＡＮＧ Ｙ． Ｏｐｔｉｍａｌ ＳＷＩＰＴ ｉｎ ＲＩＳａｉｄｅｄ ＭＩＭＯＮｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ａｃｃｅｓｓ，２０２１，９：１１２５５２－１１２５６０．

［１３］ ＸＵ Ｊ Ｑ，ＬＩＵ Ｙ Ｗ，ＭＵ Ｘ Ｄ，ｅｔ ａｌ． ＳＴＡＲＲＩＳｓ：ＳｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓＴｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅｓ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０２１，２５ （９ ）：３１３４－３１３８．

［１４］ ＺＨＵ Ｂ Ｏ，ＣＨＥＮ Ｋ，ＪＩＡ Ｎ，ｅｔ ａｌ． Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＰｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｉｎｓｐｉｒｅｄ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅ［Ｊ］． Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ，２０１４，４：４９７１．

［１５］ ＭＵ Ｘ Ｄ，ＬＩＵ Ｙ Ｗ，ＧＵＯ Ｌ，ｅｔ ａｌ． Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ （ＳＴＡＲ）ＲＩＳ Ａｉｄｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０２２，２１（５）：３０８３－３０９８．

［１６］ ＮＩＵ Ｈ Ｈ，ＣＨＵ Ｚ，ＺＨＯＵ Ｆ Ｈ，ｅｔ ａｌ． Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｓｕｍ ＲａｔｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＳＴＡＲＲＩＳａｓｓｉｓｔｅｄ ＭＩＭＯ Ｓｙｓｔｅｍ ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２２，７１（２）：２１２２－２１２７．

［１７］ ＤＵ Ｗ Ｎ，ＣＨＵ Ｚ，ＣＨＥＮ Ｇ Ｊ，ｅｔ ａｌ． ＳＴＡＲＲＩＳ ＡｓｓｉｓｔｅｄＷｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒｅｄ ＩｏＴ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２３，７２（８）：１０６４４－１０６５８．

［１８］ ＺＨＡＯ Ｐ Ｆ，ＺＵＯ Ｊ Ｋ，ＷＥＮ Ｃ Ｃ． Ｐｏｗｅｒ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄＢｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ Ｖｅｃｔｏｒｓ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ＳＴＡＲＲＩＳ ＡｓｓｉｓｔｅｄＳＷＩＰＴ［Ｃ］∥２０２２ ＩＥＥＥ ２２ｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （ＩＣＣＴ）． Ｎａｎｊｉｎｇ：ＩＥＥＥ，２０２２：１１７４－１１７８．

［１９］ ＸＵ Ｊ，ＬＩＵ Ｌ，ＺＨＡＮＧ Ｒ． Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ ＭＩＳＯ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｆｏｒＳｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ，２０１４，６２（１８）：４７９８－４８１０．

［２０］ ＬＩ Ｑ，ＬＩＮ Ｊ Ｒ． Ｏｐｔｉｍａｌ ＳＷＩＰＴ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｆｏｒ ＭＩＳＯ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉｔｙｐｅ Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ［Ｃ］∥２０１８ ２６ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＥＵＳＩＰＣＯ）． Ｒｏｍｅ：ＩＥＥＥ，２０１８：１２７７－１２８１．

［２１］ ＴＡＮＧ Ｙ Ｚ，ＭＡ Ｇ Ｇ，ＸＩＥ Ｈ Ｌ，ｅｔ ａｌ． Ｊｏｉｎｔ Ｔｒａｎｓｍｉｔ ａｎｄＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ＩＲＳａｓｓｉｓｔｅｄ ＭｕｌｔｉｕｓｅｒＭＩＳＯ ＳＷＩＰＴ Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｃ］∥ＩＣＣ ２０２０－２０２０ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ （ＩＣＣ）． Ｄｕｂｌｉｎ：ＩＥＥＥ，２０２０：１－６．

［２２］ ＧＲＡＮＴ Ｍ，ＢＯＹＤ Ｓ． ＣＶＸ：Ｍａｔｌａｂ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ＤｉｓｃｉｐｌｉｎｅｄＣｏｎｖｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ［ＥＢ ／ ＯＬ］． （２０１４－０３－０６）［２０２３－０７－０７］． ｈｔｔｐ：∥ｃｖｘｒ． ｃｏｍ ／ ｃｖｘ．

作者簡(jiǎn)介

賈瑞霞 女，（１９９８—），碩士研究生。主要研究方向：可重構(gòu)智能表面技術(shù)。

（*通信作者）岳殿武 男，（１９６５—），博士，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向：無(wú)線通信與信息理論。

陳 滎 女，（１９９８—），碩士研究生。主要研究方向：可重構(gòu)智能表面技術(shù)。

李 琦 男，（１９９８—），碩士研究生。主要研究方向：可重構(gòu)智能表面技術(shù)。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（６１９７１０８１）