Wideband Beamforming with RIS: A Unified Framework via Space-Frequency Transformation

频谱从次6G频段向高频频段的转变，对从窄带波束成形到宽带波束成形的范式转变提出了日益增长的需求。尽管最近进行了研究，但在可重构智能表面（RIS）辅助系统中，宽带波束成形设计问题尤其具有挑战性，因为RIS无法执行频率依赖的相移，从而导致高信号处理复杂性。本文提出了一种简单而有效的RIS辅助系统宽带波束成形设计，其中发射机通过RIS辅助将宽带信号发送到所需目标。在我们提出的设计中，我们利用空间频率傅里叶变换和稳相法，得出了RIS相移的近似闭式解，从而显著降低了信号处理复杂度，与现有方法相比。然后使用得到的解来生成所需频带上的大而平的波束形状。通过数值结果，我们验证了所提出的波束成形设计的有效性，并展示了它如何提高系统的通信速率和感知分辨率。除了生成平坦的波束形状外，我们强调，我们提出的设计能够通过将RIS相移与幅度调制函数匹配来模拟任何所需的波束形状，从而为RIS辅助系统的新型宽带波束成形设计提供有价值的见解。

本文旨在解决在可重构智能表面（RIS）辅助系统中，从窄带波束成形到宽带波束成形的范式转变所带来的挑战，提出一种简单而高效的宽带波束成形设计，以减少信号处理的复杂性。

本文利用空间频率傅里叶变换和平稳相位方法，得出了RIS相移的近似闭式解，从而生成所需频带上的大而平坦的波束形状，相较于现有方法，大大减少了信号处理的复杂性。此外，该设计还可以模拟任何所需的波束形状，提供了新型宽带波束成形设计的有价值见解。

本文的实验结果验证了所提出的波束成形设计的有效性，并展示了如何在通信速率和感知分辨率方面提高系统性能。本文的亮点包括使用空间频率傅里叶变换和平稳相位方法，提出了简单而高效的宽带波束成形设计，以及提供了新型宽带波束成形设计的有价值见解。

最近相关研究包括“Reconfigurable Intelligent Surfaces for Energy Efficiency in Wireless Communication”和“Intelligent Reflecting Surface Enhanced Wireless Network via Joint Active and Passive Beamforming”。