一种RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法技术

一种RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法，属于无线通信技术领域。建立RIS辅助通信场景下的几何信道模型，初始化传播路径的参数，计算每个RIS单元的位置和相位，计算信道模型中的距离和角度参数，计算发射天线到接收天线的信道函数，计算信道相关函数，计算信道容量。本发明专利技术探究在含散射体的复杂环境中RIS信道的特性，为RIS在实际的复杂环境中的应用提供重要参考价值。本发明专利技术提出的RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法，通过使接收信号功率最大化推导出RIS相位公式，并通过改变RIS的大小和位置探究信道的变化，并分析RIS的改变对信道容量的影响，从而有效改善通信系统的性能。从而有效改善通信系统的性能。从而有效改善通信系统的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法


[0001]本专利技术涉及一种RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法，属于无线通信


技术介绍

[0002]可重构智能面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)是一种基于数字超材料的新兴技术，具有低功耗、低成本、易部署等特点成为5G+/6G中的一种潜在技术。RIS通常由大量可重构的独立反射单元组成，通过实时操控反射单元的电磁特性，可以实现对每个反射单元幅度和相位的调控，进而改变无线通信环境，解决当前无线通信系统中存在的问题。由于任何无线技术的发展都依赖于相应的信道模型，因此需要对其信道特性进行准确且全面的理解。
[0003]现有的技术中公开了：
[0004]N.S.M.D.Renzo and M.F.Flanagan的文献“Channelcapacity optimization using reconfigurable intelligent surfaces inindoor mmWave environments,(基于可重构智能表面的室内毫米波信道容量优化)”IEEE ICC,Jun.2020,pp.1
‑
7，提出在不存在视距(LoS)路径的情况下，利用RIS来最大化室内毫米波信道容量。
[0005]E.and E.G.Larsson的文献“Intelligentreflecting surfaces:Physics,propagation,and pathloss modeling(智能反射面：物理、传播和路径损耗建模),”IEEE Wireless CommunicationsLetters,vol.9,no.5,pp.581
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585,May.2020，通过物理光学技术推导了RIS的路径损耗模型，并提出信号功率与路径的乘积有关。
[0006]Y.Sun,C.
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X.Wang,J.Huang and J.Wang的文献“A 3D non
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stationary channel model for 6G wireless systems employingintelligent reflecting surfaces with practical phase shifts(6G无线系统中应用智能反射面实际相移的3D非平稳信道模型),”IEEETransactions on Cognitive Communications and Networking,vol.7,no. 2,pp.496
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510,Jun.2021，虽然推导了RIS相位，但RIS相位取值还是采用了离散相位集合中的近似值，并发现离散相位对信道的相关性无影响。
[0007]H.Jiang,C.Ruan,Z.Zhang,J.Dang,L.Wu,M.Mukherjee,andD.B.da Costa的文献“A general wideband non
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stationary stochasticchannel model for intelligent reflecting surface
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assisted MIMOcommunications(一种用于IRS辅助MIMO通信的通用宽带非平稳随机信道模型),”IEEE Transactions on Wireless Communications,vol.20,no. 8,pp.5314
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5328,Aug.2021，提出了一个通用的宽带非平稳信道模型，只针对RIS的空间位置研究了时变RIS信道的时间
‑
空间
‑
频率时变特性。
[0008]综上所述，尽管这些工作探究了RIS对无线信道特性的影响，但是RIS 相位均被设置为随机变量，并未推导出合适的相位公式，这会导致在研究信道相关性时将RIS相位抵消，未能体现出RIS对信道的实质性改变。另一方面，目前对RIS信道的研究仅限于在理想的传播条件下探究RIS本身带来的影响，并未考虑实际的传播环境，即未考虑传播过程中散射
体对RIS信道特性的影响。为此，有必要对RIS的相位进行推导并考虑实际传播环境中散射体的存在，从而研究一种RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术的不足,本专利技术提供一种RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法。
[0010]为适应多变的传播条件与开发更智能、可控的电波传播环境，本专利技术提出一种综合考虑RIS辅助通信、相位设计、存在散射体等因素的RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法。
[0011]一种RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法，含有以下步骤：建立RIS 辅助通信场景下的几何信道模型，初始化传播路径的参数，计算每个RIS单元的位置和相位，计算信道模型中的距离和角度参数，计算发射天线到接收天线的信道函数，计算信道相关函数，计算信道容量。
[0012]建立RIS辅助通信场景下的几何信道模型，含有以下步骤：包括三条传播路径：
[0013]发射端到接收端的视距路径：
[0014]发射端到RIS及接收端的非视距路径(SBR)：
[0015]发射端到RIS、散射体及接收端的非视距路径(DB)：
[0016]本专利技术具有如下有益效果：
[0017]本专利技术提出的RIS辅助信道仿真，探究在含散射体的复杂环境中RIS信道的特性，为RIS在实际的复杂环境中的应用提供重要参考价值。
[0018]本专利技术提出的RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法，通过使接收信号功率最大化推导出RIS相位公式，并通过改变RIS的大小和位置探究信道的变化，并分析RIS的改变对信道容量的影响，从而有效改善通信系统的性能。
附图说明
[0019]当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本专利技术以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定，如图其中：
[0020]图1是本专利技术方法的流程图。
[0021]图2是本专利技术基于RIS辅助通信场景下的几何信道模型示意图。
[0022]图3是时间对SBR和DB信道影响示意图。
[0023]图4是RIS的高度变化对信道影响示意图。
[0024]图5是改变RIS大小对信道影响示意图。
[0025]图6是改变RIS大小对信道容量影响示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0027]显然，本领域技术人员基于本专利技术的宗旨所做的许多修改和变化属于本专利技术的保护范围。
[0028]术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法，其特征在于含有以下步骤：建立RIS辅助通信场景下的几何信道模型，初始化传播路径的参数，计算每个RIS单元的位置和相位，计算信道模型中的距离和角度参数，计算发射天线到接收天线的信道函数，计算信道相关函数，计算信道容量。2.根据权利要求1所述的一种RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法，其特征在于建立RIS辅助通信场景下的几何信道模型，含有以下步骤：包括三条传播路径：发射端到接收端的视距路径：发射端到RIS及接收端的非视距路径(SBR)：发射端到RIS、散射体及接收端的非视距路径(DB)：3.根据权利要求1所述的一种RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法，其特征在于初始化传播路径的参数，步骤如下：步骤一：将接收端建模为半径为R的圆柱体，并假设存在M
R
个散射体分布于圆柱表面(m
R
＝1,2,...,M
R
)，令发、收端的天线个数分别为L
T
和L
R
，相邻天线之间的间隔分别为δ
T
和δ
R
；初始化发射天线的水平角(相对于x轴)为θ
T
；初始化接收天线的水平角(相对于x轴)和仰角(相对于xz平面)分别为θ
R
和步骤二：初始化接收端的运动速度与水平角(相对于x轴)分别为υ
R
和γ
R
；步骤三：初始化发射端、RIS、接收端的高度分别为H
T
、H
RIS
与H
R
，步骤四：求解发射端与接收端之间的仰角，计算公式如下：4.根据权利要求1所述的一种RIS辅助信道仿真及信道容量分析方法，其特征在于计算每个RIS单元的位置和相位，步骤如下：步骤一：初始化RIS相关参数，令RIS共有M行N列个单元，相邻单元之间的间隔为d
RIS
，步骤二：将RIS中心(m
c
,n
c
)作为参考位置，其x,y,z坐标为(l
c
,y
c
,h
c
)步骤三：根据RIS中心位置，计算RIS第(m
i
,n
i
)单元的三维位置坐标公式如下：式如下：式如下：其中m
i
＝1,2,...,M，n
i
＝1,2,...,N，步骤四：根据接收功率最大化，计算RIS的相位：其中，d(

【专利技术属性】
技术研发人员：何睿斯，孙桂琪，马张枫，李盼盼，陈瑞凤，艾渤，钟章队，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：