可重构智能表面中低复杂度毫米波信道估计算法

针对可重构智能表面(RIS)辅助的大规模多输入多输出(MIMO)毫米波系统中信道估计复杂度高的问题,该文提出一种低复杂度的信道估计算法。在该方案中,将RIS部分元素连接射频(RF)链,分离估计基站/用户和RIS之间的信道,分开获取信道有助于提升用户移动性场景下信道估计的灵活性。在所考虑系统中,首次使用低复杂度的2维快速傅里叶变换(2D-FFT)算法对角度进行估计,并考虑信号补零以获得更加精准的角度估计值,最后利用信号2维空间谱的谱峰和其对应的辐角得到路径增益估计。仿真结果表明,该算法达到了优良的信道估计性能,且在确保信道估计性能的系统参数设置下,该算法具有压倒性的复杂度优势。     

可重构智能表面中的低复杂度毫米波信道追踪算法

针对可重构智能表面(RIS)中的毫米波通信系统,用户至RIS端信道角度参数的缓慢变化,该文提出一种基于牛顿算法的低复杂度信道追踪方案。该方案将RIS部分元件连接射频(RF)链,首先使用2维快速傅里叶变换 (2D-FFT)算法初始化估计角度,并且使用最大似然算法估计路径增益。在后续时隙中,使用牛顿算法追踪每个时隙的角度参数。由于环境突然变化和终端缓慢变化会导致信道矩阵发生突变,若检测到信道突变,则再次初始化参数,否则使用牛顿算法继续追踪角度参数。仿真结果表明,该方案在具有优良性能的前提下复杂度可以达到最低,极大节约算力资源,在计算复杂度和性能之间可以取得很好的平衡。     

可重构智能表面辅助通信系统时变级联信道估计

针对可重构智能表面（RIS）辅助通信系统时变级联信道的估计中需解决的级联信道稀疏表示、时变信道参数跟踪和信号重构等关键问题,提出了一种结合Khatri-Rao积的分层贝叶斯卡尔曼滤波（KR-HBKF）算法。该算法首先利用信道的稀疏特性,通过Khatri-Rao积和克罗内克积变换得到RIS级联信道的稀疏表示,将RIS级联信道估计问题转化为低维度的稀疏信号恢复问题。然后,根据RIS级联信道的状态演化模型,在HBKF算法的预测模型中引入了时间相关性参数,应用改进的HBKF解决时变信道参数跟踪和信号重构问题,完成时变级联信道的估计。KR-HBKF算法综合利用了信道的稀疏性和时间相关性,能以较小的导频开销获得更好的估计精度。仿真结果表明,与传统压缩感知算法相比,所提算法具有约5dB的估计性能提升,且在不同的时变信道条件下具有更好的鲁棒性。     

可重构智能表面辅助的毫米波信道估计算法

针对可重构智能表面(RIS)辅助的毫米波通信中信道状态信息难以获取问题,该文给RIS的部分器件配备射频链,以分开估计基站(BS)/用户(UE)到RIS之间的信道。根据该结构,提出一种低复杂度的信道估计算法。该算法首先采用解耦原子范数最小化(ANM)方法将信道的离开角和到达角的2维角度估计问题转化为两个1维的角度估计的半正定规划(SDP)问题;其次,利用交替方向乘子算法(ADMM)对该SDP问题进行求解,采用动量梯度下降法对信道矩阵参数进行更新以避免矩阵求逆运算,并通过对迭代步长和信道矩阵参数的联合优化以获得更加精准的信道估计值;最后利用信号的2维角度和信道矩阵参数得到路径增益估计。仿真结果表明,该算法达到了优良的信道估计性能,且在确保信道估计性能的系统参数设置下,该算法的复杂度较低。     

可重构智能表面辅助的多用户通信宽带信道估计

针对太赫兹(THz)链路的严重传输衰减和宽带系统中波束斜视导致传统信道估计方案性能下降的问题,该文构建了可重构智能表面(RIS)辅助多用户THz通信模型,并提出一种低复杂度的两阶段级联信道估计方案。在第1阶段,利用THz的稀疏性和对数和函数,将信道估计问题转化为目标优化问题,通过梯度下降法优化目标函数,使待估信道参数迭代逼近最优解,从而估计出典型用户级联信道;在第2阶段,利用其他用户的级联信道与典型用户信道的强相关性,以较低的导频开销来估计其他用户的级联信道。仿真结果表明,所提方案相较于其他方案具有更好的性能。     

基于无源可重构智能超表面的室内无线信号覆盖增强

可重构智能超表面（RIS）是一种新型人工电磁材料,可灵活调控电磁波的频率、幅度、相位、极化、传播方向、波形等特性。在无线通信领域,可利用RIS重构无线通信信道,实现无线信号的盲区覆盖,提高通信质量。首先,概述了RIS技术的发展和研究现状,分析了RIS的关键技术和应用场景。然后,提出了一种新型无源RIS,通过无源编码和拼接原理实现了RIS口径可重构和波束可重构特性,具有低成本、低功耗、低复杂度的优点。最后,在实际室内环境下进行了基于无源RIS的室内无线信号盲区覆盖增强实验。通过仿真与实测对比,证明了无源可拼接超表面在无线通信补盲场景应用中的有效性。此外,针对5G/6G毫米波通信,设计了双层十字交叉振子无源RIS,应用到室内典型的L形走廊场景,验证了无源RIS对室内无线信号覆盖的增强效果。     

基于可重构智能表面的6G通信技术

可重构智能表面技术是面向下一代6G无线通信网络的关键技术之一。通过在天线阵列上集成大量无源反射超材料的天线元件,可重构智能表面能动态调整入射信号相位,重构信号的传播环境,实现人工可控的无线电磁环境。然而,可重构智能表面的引入也使无线通信系统的设计变得复杂,传统技术面临诸多新挑战。针对可重构智能表面的特性与6G新应用场景,需要创新设计新的传输技术,充分发挥可重构智能表面的优势。本文基于可重构智能表面6G通信技术,首先对其基本技术原理与常见应用场景展开介绍。接着,从信道建模与信道估计、混合波束赋形,以及与基于人工智能的融合设计三个方面阐述技术的研究现状,探讨了当前面临的技术瓶颈。最后,对该技术的未来发展进行了展望。     

可重构智能表面辅助无线通信的用户分配

可重构智能表面(RIS)是一种成本效益高的解决方案,可通过大量低成本的无源反射元件,提高无线通信系统的能源效益。在远场情况时,许多工作都是假设以RIS的中心作为反射点为前提展开研究。对于多用户的远场情况而言,用户位置不同会增加基站(BS)的功耗。该文以BS发射功率为代价矩阵,利用Kuhn-Munkres (KM)算法将用户与RIS单元进行匹配。该用户匹配方法在接收信噪比约束下,可以减少BS的发射功率。仿真结果表明,该文所采用的用户与RIS单元匹配方法与随机RIS单元相比,最多可以减少1%的BS功耗。     

智能可控电磁表面信道建模

通过部署智能电磁表面来实现无线传播环境的智能重构是目前6G研究的一个关键,其信道建模是后续进行智能电磁表面规划部署、覆盖/容量及其他网络性能分析的基础.在基于地图(map-based)混合信道模型基础上,基于射线追踪及可控智能电磁表面反射模型给出了一种适用于智能电磁表面部署在复杂实际场景中的信道建模方法.该方法通过把电...     

可重构智能表面技术:研究进展、原型机及挑战

可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)是6 G的潜在关键技术之一,得益于其低成本、轻体量等特性,RIS在6 G网络部署中具备很大的潜力.目前,业界关于RIS的研究主要集中在两个方向:基于RIS的无线收发机以及基于RIS的反射面.针对这两种RIS形态,分别对其研究进...     

零前缀OFDM中智能反射表面环境下干扰抑制算法研究

在智能反射表面(RIS)场景下的零前缀正交频分复用(ZP-OFDM)系统中由于反射元件系数转换引起的等效信道时变,其破坏了正交频分复用(OFDM)系统的正交性并产生严重的子载波间干扰(ICI)。该文通过构建该场景下的系统传输模型,通过分析ICI功率和对反射元件系数转换时变特性进行建模,利用构建子载波间干扰抑制矩阵对ICI进行补偿,抑制由于反射系数变化造成的等效时变信道对系统性能的影响。仿真结果表明,子载波间干扰得到了有效抑制,该文提出的干扰抑制算法对于系统的传输性能有较明显的提升。     

可重构智能反射面辅助认知无线电多天线安全传输方法

考虑一个可重构智能反射面(RIS)辅助的频谱共享认知无线电(CR)多输入多输出(MIMO)安全通信系统。在存在窃听者的情况下,配备有多根天线的次级发送机与次级用户进行通信。首先,利用统计信道状态信息,得到了系统遍历安全速率的确定性等价表达式。然后,在满足总发送功率约束和干扰功率约束的条件下,提出一种结合泰勒级数展开法和拉格朗日乘子法的交替优化算法,联合优化了发送协方差矩阵和RIS相移矩阵。最后,仿真结果验证了所提算法的有效性。     

基于智能超表面的室内覆盖增强技术研究与实验验证

智能超表面(RIS)通过打造可重构主动智能无线环境,打破了无线通信系统中被动电波传播的局限性,为5G-Adv和6G发展创造了新的契机。该文介绍了RIS系统架构与工作原理,包括硬件设计与波束聚合原理等。搭建了RIS辅助的无线通信实验测试系统,通过对比无RIS、随机码本RIS及赋形码本RIS 3种情况下的测试结果,验证了RIS通过反射波束赋形实现覆盖增强的能力。     

智能反射面增强的全双工环境反向散射通信系统波束成形算法

当前传统环境反向散射通信存在双重衰落、障碍物阻挡和网络容量有限的问题。智能反射面(RIS)作为6G的关键候选技术因能够主动改善信号传输质量、提升通信系统传输性能而备受关注。为此,该文将RIS与全双工技术引入到环境反向散射通信系统,研究了考虑硬件损伤与RIS离散相移的RIS增强全双工环境反向散射通信系统波束成形算法。首先,考虑反射节点最小能量收集与服务质量约束、功率站最大发射功率约束和RIS相移约束,建立了总发射功率最小的波束成形优化问题。然后,利用交替优化、半正定松弛、变量替换、半正定规划将原非凸问题转化成可求解的凸优化问题。最后,仿真结果表明,所提算法比传统波束成形方法平均功耗降低了7.8%。     

多个可重构智能表面辅助的双向通信系统中断概率分析

可重构智能表面(RIS)可以智能地改变无线传播环境来显著提高通信性能,被视为6G的潜在关键技术之一。为了进一步提升RIS辅助通信系统的性能,该文提出一种双向RIS选择方案,通过引入全双工技术和自干扰消除技术,有效提高了系统传输效率。研究了所提方案在瑞利衰落信道下的中断性能,推导了所提系统的中断概率的闭合表达式,得到了系统中断概率与系统中RIS反射单元的数量、RIS个数等系统参数之间的函数关系。最后,蒙特卡罗仿真验证了推导的准确性和所提方案的性能优势。