This work focuses on designing a power-efficient network for Dynamic Metasurface Antennas (DMAs)-aided multiuser multiple-input single output (MISO) antenna systems. The main objective is to minimize total transmitted power by the DMAs while ensuring a guaranteed signal-to-noise-and-interference ratio (SINR) for multiple users in downlink beamforming. Unlike conventional MISO systems, which have well-explored beamforming solutions, DMAs require specialized methods due to their unique physical constraints and wavedomain precoding capabilities. To achieve this, optimization algorithms relying on alternating optimization and semi-definite programming, are developed, including spherical-wave channel modelling of near-field communication. The dynamic reconfigurability and holography-based beamforming of metasurface arrays make DMAs promising candidates for power-efficient networks by reducing the need for power-hungry RF chains. On the other hand, the physical constraints on DMA weights and wave-domain precoding of multiple DMA elements through reduced number of RF suppliers can limit the degrees of freedom (DoF) in beamforming optimizations compared to conventional fully digital (FD) architectures. This paper investigates the optimization of downlink beamforming in DMA-aided networks, focusing on power efficiency and addressing these challenges.


翻译:本研究致力于为动态超表面天线辅助的多用户多输入单输出天线系统设计功率高效网络。主要目标是在下行链路波束赋形中,确保多用户获得保障的信干噪比的同时,最小化动态超表面天线的总发射功率。与已有深入波束赋形解决方案的传统多输入单输出系统不同,动态超表面天线因其独特的物理约束和波域预编码能力,需要专门的方法。为此,本研究开发了基于交替优化和半定规划的优化算法,并包含近场通信的球面波信道建模。超表面阵列的动态可重构性和基于全息的波束赋形能力,通过减少对高功耗射频链的需求,使动态超表面天线成为功率高效网络的有力候选方案。另一方面,与传统全数字架构相比,动态超表面天线的权重物理约束以及通过减少射频供给数量实现的多单元波域预编码,可能限制波束赋形优化中的自由度。本文研究了动态超表面天线辅助网络中的下行链路波束赋形优化,重点关注功率效率并应对这些挑战。

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