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# Ingegneria elettrica e scienze dei sistemi # Elaborazione del segnale # Sistemi e controllo # Sistemi e controllo

Sviluppi nei Sistemi di Comunicazione Full-Duplex

Esplorando l'impatto del BD-RIS non reciproco sulla comunicazione.

Ziang Liu, Hongyu Li, Bruno Clerckx

― 5 leggere min


Prospettive sulla Prospettive sulla comunicazione di nuova generazione tecnologia innovativa. Rivoluzionare lo scambio di segnali con
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Immagina di essere a una festa e vuoi parlare con il tuo amico mentre ascolti anche un altro amico nello stesso momento. Sembra complicato, giusto? Nel mondo delle comunicazioni, questo è quello che chiamiamo comunicazione Full-duplex (FD). È come fare multitasking, ma per i segnali. Invece di parlare a turno (come nel half-duplex), la comunicazione FD permette ai dispositivi di inviare e ricevere segnali contemporaneamente. Questo è super utile, specialmente considerando il chiacchiericcio frenetico del nostro mondo wireless.

La Magia delle Superfici Intelligenti Riconfigurabili (RIS)

Adesso, introduciamo qualcosa chiamato Superfici Intelligenti Riconfigurabili (RIS). Immagina un pannello magico che può cambiare forma e dimensione per aiutare i tuoi segnali a raggiungere meglio la loro destinazione. Queste superfici possono controllare come i segnali rimbalzano, assicurandosi che arrivino dove devono andare senza perdersi nel rumore. Questo è particolarmente utile nei nostri sistemi di comunicazione FD, poiché può migliorare la qualità dei segnali, rendendo le conversazioni più chiare.

Che Cos'è il Beyond Diagonal (BD)-RIS?

Ora ci addentriamo nel mondo del Beyond Diagonal RIS, o BD-RIS per gli amici. Pensa al BD-RIS come al fratello smart del RIS normale. Mentre le superfici RIS normali possono solo regolare certi angoli, il BD-RIS è dotato di upgrade seri. Non solo può controllare gli angoli, ma può anche regolare la forza dei segnali, rendendolo ancora più efficace nel guidare i segnali dove devono andare.

Il BD-RIS usa connessioni tra i suoi componenti in modi intelligenti per assicurarsi che i segnali vengano trasmessi e ricevuti al meglio. Questo è fantastico per i sistemi FD perché può gestire sia i segnali in entrata che in uscita senza confusione.

Perché il Non-Reciprocal BD-RIS?

Ed ecco il colpo di scena: il non-reciprocal BD-RIS. Questo termine fancy significa che le regole della riflessione e della direzione del segnale non sono le stesse per inviare e ricevere. Immagina una strada a due corsie dove una corsia va sempre in una direzione e l'altra può andare nell'altra direzione. Questo tipo di setup aiuta i segnali a funzionare meglio nei nostri sistemi di comunicazione, specialmente nei sistemi FD.

In breve, il non-reciprocal BD-RIS rompe le regole tradizionali del traffico di segnali. Questo gli dà la capacità di brillare quando si tratta di gestire comunicazioni full-duplex, specialmente in ambienti affollati dove i segnali rimbalzano ovunque.

Le Basi del Nostro Studio

Abbiamo deciso di dare un'occhiata più da vicino a come funziona il non-reciprocal BD-RIS nei sistemi full-duplex. Volevamo vedere quanto potesse migliorare le nostre comunicazioni.

  1. Utenti Singoli vs. Utenti Multipli: Abbiamo esaminato situazioni con un solo mittente e ricevente, e poi abbiamo mescolato le cose con più mittenti e ricevitori. Dopotutto, non abbiamo mai solo una persona che parla a una festa, vero?

  2. Tipi di RIS: Abbiamo confrontato il non-reciprocal BD-RIS con i suoi fratelli meno flessibili: il BD-RIS normale e il RIS diagonale.

  3. Forza del segnale: Abbiamo considerato vari fattori che potrebbero influenzare la forza del segnale, come il design del sistema di comunicazione e quanti componenti aveva il RIS.

  4. Magia Matematica: Ok, abbiamo usato un po' di matematica per analizzare come si comportavano questi diversi sistemi. I numeri possono essere come magia per trovare soluzioni nella tecnologia!

Cosa Abbiamo Scoperto?

Le Performance del Non-Reciprocal BD-RIS

Ecco dove diventa divertente. Abbiamo scoperto che il non-reciprocal BD-RIS sa davvero come destreggiarsi. In vari setup, questo sistema ha superato sia il BD-RIS normale che il RIS diagonale in termini di come riusciva a trasmettere segnali. Era come vedere un performer talentuoso a un circo, che passa da un trucco all'altro senza sforzo.

Effetti della Posizione degli Utenti

Posizione, posizione, posizione! La posizione degli utenti gioca un ruolo grande in come avviene la comunicazione. Il non-reciprocal BD-RIS era particolarmente bravo a mantenere segnali forti, anche quando gli utenti erano posizionati strategicamente per creare confusione. Era come avere un GPS che non perde segnale, indipendentemente da quanto tortuose siano le strade.

Aggiungere Più Elementi RIS

Quando abbiamo aggiunto più componenti al non-reciprocal BD-RIS, i risultati sono stati impressionanti. Più componenti significava migliori performance. Era come avere più amici che ti aiutano a quella festa, assicurandosi che tutti vengano ascoltati.

Connessioni di Gruppo vs. Connessioni Singole

Abbiamo anche esplorato diversi stili di connessione all'interno del RIS. Gli setup con connessione di gruppo, dove più componenti lavorano insieme, hanno battuto le semplici connessioni. Immagina una squadra che lavora insieme rispetto a un atto solista. Il lavoro di squadra fa funzionare il sogno!

L'Impatto della Scattering Strutturale

Ora, parliamo di “scattering strutturale.” Questo termine si riferisce a quando i segnali rimbalzano da superfici in modi inaspettati. Anche se di solito vogliamo che i nostri segnali viaggino dritti, a volte fanno una deviazione. Con il non-reciprocal BD-RIS, abbiamo scoperto che gestiva queste deviazioni piuttosto efficacemente, smussando gli urti nel flusso di comunicazione.

Conclusione

Nella nostra esplorazione fantasiosa del non-reciprocal BD-RIS nei sistemi full-duplex, abbiamo trovato alcuni spunti entusiasmanti. Questa tecnologia porta molto in tavola, gestendo i segnali in modi che i sistemi tradizionali non possono.

La comunicazione full-duplex è un po' come avere un superpotere, e con il non-reciprocal BD-RIS, stiamo entrando in un nuovo capitolo di chiacchierate amichevoli nel nostro mondo wireless. Man mano che la tecnologia continua a crescere e a cambiare, possiamo aspettarci di vedere progressi ancora più incredibili che ci aiuteranno a connetterci meglio che mai.

Quindi, la prossima volta che sei a una festa o cerchi di conversare in un caffè affollato, pensa solo ai supereroi della tecnologia wireless che lavorano dietro le quinte per mantenere quei segnali chiari e netti!

Fonte originale

Titolo: Non-reciprocal Beyond Diagonal RIS: Sum-Rate Maximization in Full-Duplex Communications

Estratto: Reconfigurable intelligent surface (RIS) has been envisioned as a key technology in future wireless communication networks to enable smart radio environment. To further enhance the passive beamforming capability of RIS, beyond diagonal (BD)-RIS has been proposed considering reconfigurable interconnections among different RIS elements. BD-RIS has a unique feature that cannot be enabled by conventional diagonal RIS; it can be realized by non-reciprocal circuits and thus enables an asymmetric scattering matrix. This feature provides the capability to break the wireless channel reciprocity, and has the potential to benefit full-duplex (FD) systems. In this paper, we model the BD RIS-assisted FD systems, where the impact of BD-RIS non-reciprocity and that of structural scattering, which refers to the specular reflection generated by RIS when the RIS is turned OFF, are explicitly captured. To assess the benefits of non-reciprocal BD-RIS, we optimise the scattering matrix, precoder and combiner to maximize the DL and UL sum-rates in the FD system. To tackle this optimization problem, we propose an iterative algorithm based on block coordination descent (BCD) and penalty dual decomposition (PDD). Numerical results demonstrate surprising benefits of non-reciprocal BD-RIS that it can achieve much higher DL and UL sum-rates in the FD scenario than reciprocal BD-RIS and conventional diagonal RIS.

Autori: Ziang Liu, Hongyu Li, Bruno Clerckx

Ultimo aggiornamento: 2024-12-07 00:00:00

Lingua: English

URL di origine: https://arxiv.org/abs/2411.18523

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.18523

Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.

Si ringrazia arxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.

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