[发明专利]智能反射面系统考虑硬件损伤的性能分析方法

说明书

考虑硬件损伤的可重构智能反射面(RIS)系统性能分析方法，属于无线通信系统信号传输领域，本发明收发机硬件损伤和空间相关性对可重构智能表面辅助单输入单输出通信系统中断概率的影响。我们提出了一个通用模型，该模型考虑了基站和用户(之间的直接信道被阻挡。我们给出了瞬时的端到端信号噪声失真比(SNDR)的表达式。基于此，我们推导了系统中不同的相移配置下中断概率的精确闭式表达式，使我们能够方便地评价RIS辅助通信系统的中断性能，大量的蒙特卡罗模拟验证了分析表达式的正确性，结果表明空间相关性和硬件损伤对通信系统都是不利的，较高的硬件损伤水平对RIS通信系统的中断性能产生更为不利的影响。

技术领域

本发明属于无线通信系统信号传输领域，特别是涉及一种考虑硬件损伤的智能反射面系统性能分析方法。

背景技术

可重构智能表面(RIS)被认为在未来无线通系统中是一项有前途的技术，通过大量低成本无源反射元件巧妙地调谐信号反射，RIS通过可编程的方式操纵入射电磁波的传播，主动改变信道实现，以提高通信性能。从而将无线信道转变为可优化的可控系统块，以提高无线系统的整体性能。与现有技术相比，RIS实现了无线环境行为的确定性和可编程控制智能反射面的可重构性具有提高覆盖率和能量效率的潜力，可以嵌入在平面上，使其应用在室内和室外成为一个有吸引力的解决方案。

之前的研究工作使我们了解了RIS，.Hu、Chitti等人研究了RIS分布式实现与集中式部署相比所具有的优点。后续有人考虑空间相关性，分两种情况讨论：有限数量的大型RIS(集中式部署)和大量RIS分布式实现，研究发现增加RIS的数量比增加其元件更有益。在文献(Capacity degradation with modeling hardware impairment in largeintelligent surface,”in 2018 IEEE Global Communications Conference)中揭示了RIS辅助系统中的硬件缺陷导致的容量降低是有界的，并发现RIS的分布式实现可以显著抑制硬件损伤对无线系统的影响。在文献(“Achievable rate with correlated hardwareimpairments in large intelligent surfaces,”in IEEE 8th International Workshopon Computational Advances in Multi-Sensor Adaptive Processing(CAMSAP).Legosier,Guadeloupe:IEEE,Dec.2019)和文献(“Achievable rate analyses and phaseshift optimizations on intelligent reflecting surface with hardwareimpairments,”arXiv:2005.14411,May 2020.)中，说明在硬件缺陷存在的情况下，假设确定性无线信道，作者研究了RIS辅助无线系统的容量性能，没有提供中断性能的分析。还有些文献研究了RIS辅助系统的硬件损伤模型，揭示了硬件损伤明显限制了RIS辅助无线系统的性能，但是没有考虑空间相关性。在文献(“Transmission through large intelligentsurfaces:A new frontier in wireless communications,”in 2019 EuropeanConference on Networks and Communications(EuCNC),June 2019,pp.112–117)中通过大型智能表面(LIS)传输修改入射波的相位以提高接收端信号质量，推导接收信噪比的分布。在文献(“Outage probability analysis andminimization in intelligentreflecting surface-assisted MISO systems,”IEEE Commun.Lett.,vol.24,no.7,pp.1563–1567,2020.)中研究了一个IRS辅助的多输入单输出(MISO)系统，一个具有多个天线的基站(BS)在均匀矩形阵列(URA)的帮助下服务于单天线用户，在BS处采用固定最大比传输(MRT)，在IRS采用固定相移和恒速率传输，推导了中断概率的表达式。