Reconfigurable intelligent surface (RIS) is considered to be an energy-efficient approach to reshape the wireless environment for improved throughput. Its passive feature greatly reduces the energy consumption, which makes RIS a promising technique for enabling the future smart city. Existing beamforming designs for RIS mainly focus on optimizing the spectral efficiency for single carrier systems. To avoid the complicated bit allocation on different spatial domain subchannels in MIMO systems, in this paper, we propose a geometric mean decomposition-based beamforming for RIS-assisted millimeter wave (mmWave) hybrid MIMO systems so that multiple parallel data streams in the spatial domain can be considered to have the same channel gain. Specifically, by exploiting the common angular-domain sparsity of mmWave massive MIMO channels over different subcarriers, a simultaneous orthogonal match pursuit algorithm is utilized to obtain the optimal multiple beams from an oversampling 2D-DFT codebook. Moreover, by only leveraging the angle of arrival and angle of departure associated with the line of sight (LoS) channels, we further design the phase shifters for RIS by maximizing the array gain for LoS channel. Simulation results show that the proposed scheme can achieve better BER performance than conventional approaches. Our work is an initial attempt to discuss the broadband hybrid beamforming for RIS-assisted mmWave hybrid MIMO systems.

中文翻译：

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用于大型可重构智能表面辅助毫米波大规模 MIMO 的基于 GMD 的混合波束成形

可重构智能表面 (RIS) 被认为是一种重塑无线环境以提高吞吐量的节能方法。其被动特性大大降低了能源消耗，这使得RIS成为实现未来智慧城市的有前途的技术。现有的 RIS 波束成形设计主要集中在优化单载波系统的频谱效率。为了避免 MIMO 系统中不同空间域子信道上复杂的比特分配，在本文中，我们为 RIS 辅助毫米波 (mmWave) 混合 MIMO 系统提出了一种基于几何平均分解的波束成形，以便在空间域中实现多个并行数据流可以认为具有相同的通道增益。具体来说，通过利用毫米波大规模 MIMO 信道在不同子载波上的共同角域稀疏性，同时正交匹配追踪算法被用于从过采样 2D-DFT 码本中获得最佳多波束。此外，通过仅利用与视线 (LoS) 通道相关的到达角和离开角，我们通过最大化 LoS 通道的阵列增益来进一步设计 RIS 的移相器。仿真结果表明，所提出的方案可以实现比传统方法更好的误码率性能。我们的工作是讨论 RIS 辅助毫米波混合 MIMO 系统的宽带混合波束成形的初步尝试。通过仅利用与视线 (LoS) 通道相关的到达角和离开角，我们通过最大化 LoS 通道的阵列增益来进一步设计 RIS 的移相器。仿真结果表明，所提出的方案可以实现比传统方法更好的误码率性能。我们的工作是讨论 RIS 辅助毫米波混合 MIMO 系统的宽带混合波束成形的初步尝试。通过仅利用与视线 (LoS) 通道相关的到达角和离开角，我们通过最大化 LoS 通道的阵列增益来进一步设计 RIS 的移相器。仿真结果表明，所提出的方案可以实现比传统方法更好的误码率性能。我们的工作是讨论 RIS 辅助毫米波混合 MIMO 系统的宽带混合波束成形的初步尝试。