The densification of wireless networks toward fifth- and sixth-generation standards has intensified the demand for reliable high-throughput connectivity in indoor deployment scenarios (IDS), such as aircraft cabins, metro wagons, and stadiums. Although millimeter-wave (mmWave) communication offers the spectral resources needed to meet this demand, its sensitivity to propagation loss and blockages severely limits its performance, particularly in IDS. Metasurfaces have emerged as a promising means of extending mmWave coverage through manipulating the propagation environment. Advanced investigations have been conducted on metasurface-featured system performance enhancement. However, the operating cost, which is a practical and critical concern of metasurface deployment, has received insufficient attention in the literature. Deploying a reconfigurable metasurface in practice requires cabling, power supply, and control infrastructure, costs that represent a real barrier to scalable deployment, particularly in indoor environments like IDS, where infrastructure installation is physically limited or tightly regulated.

This thesis investigates the design of sustainable metasurface-assisted indoor wireless communication systems, placing operating cost alongside performance as a primary design criterion. The work examines different types of metasurfaces that differ in the metasurface gain they provide and the operating cost they incur. By identifying and verifying an optimal design choice among these alternatives, this thesis advances a sustainable metasurface-assisted system that addresses the performance-cost dilemma inherent to IDS deployments.

The first contribution studies the trade-off between operating cost and performance enhancement by optimizing a mixed static metasurface (SMS) and reconfigurable intelligent surface (RIS) deployment in an mmWave IDS. Using a fractional programming penalty-based successive convex approximation (FPPSCA)-based iterative algorithm, the results reveal a diminishing-returns relationship. While replacing two SMSs with RISs already yields a 13 Mbps gain, increasing the RIS count beyond 16 out of 22 surfaces produces less than 1 Mbps of additional gain, confirming that full reconfigurability is unnecessary and motivating a more cost-effective middle-ground solution. The second contribution proposes and evaluates a self-sustainable RIS (ssRIS)-assisted mmWave system for IDS, where ssRIS achieves self-sustainability through power harvesting via a codebook-based element splitting scheme, eliminating the need for cabling and external power. A two-stage iterative algorithm jointly optimizes phase shifts, user equipment (UE)-to-ssRIS associations, and time allocation. The results show that ssRIS outperforms SMS by up to 19.8 Mbps in compact environments, confirming a favorable position within the gain-cost trade-off, with coverage advantages diminishing as deployment distances grow. The third contribution conducts a feasibility study of ssRIS across diverse scenarios, analyzing how element count scales with transmit power, data rate demands, and outage constraints under element splitting (ES) and time switching (TS) schemes. TS benefits from stronger channel hardening under moderate conditions, but scales exponentially with harvesting difficulty, whereas ES scales only linearly, offering greater robustness in challenging environments. Together, these findings provide actionable guidance for practical ssRIS deployment.

Förtätningen av trådlösa nätverk mot femte och sjättegenerationens standarder har intensifierat behovet av tillförlitlig höghastighetskommunikation i inomhusmiljöer med hög användartäthet (IDS), såsom flygplanskabiner, tunnelbanevagnar och arenor. Även om millimetervågskommunikation (mmWave) erbjuder de spektralresurser som krävs för att möta denna efterfrågan, begränsar dess känslighet för utbredningsförluster och blockeringar dess prestanda avsevärt, särskilt i IDS. Metaytor har framträtt som ett lovande verktyg för att utöka mmWave-täckning genom att manipulera utbredningsomgivningen. Avancerade undersökningar har genomförts avseende prestandaförbättring i metayta-baserade system. Driftskostnaden, som utgör ett praktiskt och kritiskt problem vid driftsättning av metaytor, har dock fått otillräcklig uppmärksamhet i litteraturen. Att i praktiken implementera omkonfigurerbara metaytor kräver kablage, strömförsörjning och styrsystem, vilket medför kostnader som utgör ett reellt hinder för skalbar implementering, särskilt i miljöer där fysiska begränsningar eller stränga regleringskrav försvårar infrastrukturinstallation.

Detta avhandlingsarbete undersöker utformningen av hållbara metayta-assisterade trådlösa kommunikationssystem inomhus, där driftskostnad jämställs med prestanda som ett primärt designkriterium. Arbetet undersöker olika typer av metaytor som skiljer sig åt i den metayteförstärkning de erbjuder och den driftskostnad de medför. Genom att identifiera och verifiera ett optimalt designval bland dessa alternativ bidrar denna avhandling till ett hållbart metayta-assisterat system som hanterar prestandakostnadsdilemmat som är inneboende i IDS-miljöer.

Det första bidraget studerar avvägningen mellan den driftskostnad som följer med rekonfigurerbarheten och motsvarande prestandaförbättring, genom att optimera en blandad driftsättning av statisk metayta (SMS) och rekonfigurerbar intelligent yta (RIS) i ett mmWave IDS. Med hjälp av en algoritm baserad på successiv konvex approximation med genomförbar punktsökning (FPPSCA) påvisar resultaten ett avtagande avkastningsförhållande. Redan ersättningen av två SMS med RIS ger en vinst på 13 Mbps, men att öka antalet RIS utöver 16 av 22 ytor ger mindre än 1 Mbps ytterligare vinst, vilket bekräftar att full rekonfigurabilitet är onödig och motiverar sökandet efter en mer kostnadseffektiv mellanlösning. Det andra bidraget föreslår och utvärderar ett självhållbar rekonfigurerbar intelligent yta (ssRIS)-assisterat mmWave-system för IDS, där ssRIS uppnår självhållbarhet genom energiinsamling via ett kodbruksbaserat elementdelningsschema, vilket eliminerar behovet av kablage och extern strömförsörjning. En tvåstegs iterativ algoritm optimerar gemensamt fasskift, användarutrustning (UE)-till-ssRIS-associeringar och tidsallokering. Resultaten visar att ssRIS överträffar SMS med upp till 19,8 Mbps i kompakta miljöer, vilket bekräftar en fördelaktig position inom prestandakostnadsavvägningen, medan täckningsfördelen minskar med ökande driftsättningsavstånd. Det tredje bidraget genomför en genomförbarhetsstudie av ssRIS i varierande scenarier, och analyserar hur elementantalet skalas med sändeffekt, datahastighetsrerav och avbrottsbegränsningar under elementdelning (ES)- och tidsdelning (TS)-scheman. TS gynnas av starkare kanalhärdning under måttliga förhållanden, men dess elementantal växer exponentiellt med insamlingssvårigheten, medan ES endast skalar linjärt, vilket ger större robusthet i utmanande miljöer. Sammantaget ger dessa resultat handlingsbara riktlinjer för praktisk driftsättning av ssRIS.