利用可重构智能表面扩展电波覆盖范围的模型

• 2024-09-04 10:32:05

摘要东北大学、萨里大学和诺丁汉大学的研究人员成功开发出一种使用可重构智能表面(RIS)时通信系统性能的分析表达方法。RIS 就像镜子。它们是可...

东北大学、萨里大学和诺丁汉大学的研究人员成功开发出一种使用可重构智能表面(RIS)时通信系统性能的分析表达方法。

RIS 就像镜子。它们是可以改变电波传播方向的薄表面。电波不再随机反弹，而是可以有目的地定向，从而提高信号的可靠性、强度和范围。例如，高频电磁波的低衍射率可以通过使用 RIS 进行最佳调整。

由于 RIS 本质上是反射面，几乎可以放置在任何地方，因此它们是一种有吸引力的解决方案，比安装全新的基站更便宜。在大规模实施以改善电波信号(例如手机服务或 Wi-Fi)之前，准确模拟 RIS 的能力是至关重要的第一步。

“RIS 是一项很有前途的技术，但我们必须对其进行彻底研究，然后才能实际使用，”Keisuke Konno 解释说，“截至目前，需要进行复杂、耗时且高成本的测量或模拟，以评估 RIS 对改善电波传播的效果。”

这正是 Konno 及其团队开发的模型的用武之地。他们的模型预测的各种因素几乎与传统数值模拟的结果完全吻合。根据导出的表达式，无需借助其他密集且昂贵的模拟，即可评估 RIS 对改善电波传播环境的影响。

研究团队针对通信系统中任意形状的发射天线、接收天线和 RIS 之间的相互耦合，利用矩量法将其表示为阻抗矩阵的形式，建立模型。首先，将阻抗矩阵分解为分块矩阵(分别对应发射天线、接收天线和 RIS)，然后依次求解分块矩阵对应的矩阵方程，解析导出信道容量(通信系统性能指标之一)的精确表达式。

使用这些表达式，可以轻松找到 RIS 存在时通信系统的性能。此模型可以作为确定 RIS 最佳定位方式的有用指南，以便我们无论身在何处都能接收更强的信号。

该研究结果于 2024 年 6 月 27 日发表在《IEEE 天线与传播学报》上。

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