Castle on a Cloud

本文所指的 RIS 通道模型, 參考自以下論文:  H. Zhang et al., "MetaRadar: Indoor Localization by Reconfigurable Metamaterials," in IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 21, no. 8, pp. 2895-2908, 1 Aug. 2022 在上一篇文章中, 我們討論了一個理想中的 RIS 通道模型, 事實上, 同一個研究團隊在之後也有了 RIS 的系統實作, 比對同一團隊的兩個不同研究, 我們可以更好的了解 RIS 在理論與實作上的差異, 並進一步的了解 RIS 在系統實作與操作上遇到的挑戰. 首先, 我們從 RIS 的硬體實作開始: 上圖描述了 RIS 的系統實作模型,  和理想的通道模型相比, 我們發現幾個差別: 有限且固定的 RIS 元件個數 (上圖為 16 個), 同時無法準確對應於所以反射路徑 RIS 元件需針對操作頻率 (3.2 GHz), 入射相位 (60, 90) 進行設計 設計後的 state 有限, 以此篇實作而言, 數量只有 4 個 RIS 整體反射板的大小偏大, 在實作中, 每個元件就 17 公分見方 考慮到上述的限制, 在這一篇實作的模型中, 所使用的 RIS 通道就改成以下的形式: 和上一篇的理想通道模型相比, 最大的差異是加入了未經 RIS 的 NLOS 路徑, 其中, RIS 的影響被放在 r(\phi^I, \phi^R_m, c_m) 的項次中,  代表的是 RIS 在某一設定 (c_m) 下, 針對給定入射相位 (\phi^I),  所產生的反射相位改變 (\phi^R_m), 此數值隨 RIS 的設定改變, 至於在此篇論文中, 4 個狀態所對應的相位改變設計數值, 可表示如下表: 相較上述和入射相位相關的通道模型, 在論文中只給出了入射-反射間的相位差,  考慮上下文的相關資訊, 此數值應該是在入射相位為 60 與 90 度所做的設計, 不過, 本文並未告知若入射相位偏離設計值所帶來的影響. 讓我們回到系統實作的通道模型,  事實上, 我們可以發現, 這個通道模型在模擬訊號強度上沒甚麼用.... 就算我們擁有 RIS 的位置, 以及對應通過 RIS 的 NLOS

本文所指的 RIS 通道模型, 參考自以下論文: H. Zhang, H. Zhang, B. Di, K. Bian, Z. Han and L. Song, "Towards Ubiquitous Positioning by Leveraging Reconfigurable Intelligent Surface," in IEEE Communications Letters, vol. 25, no. 1, pp. 284-288, Jan. 2021 為了對 RIS 的系統進行分析, 首先, 我們要賦予其通道的模型. RIS 的通道模型是基於光線追踪模型 (ray tracing model), 在此通道模型下, 將接收端所收到的訊號表示成許多路徑的疊加, 按照其路徑的特性, 又可以分成 LoS (直視) 與 NLoS (非直視) 路徑, 透過上述假設, 我可以把通道模型描述如下: 在此通道模型中, c 代表的是位置的資訊, 接收的訊號表示為傳送的功率, 扣去來自路徑的衰減 (path-loss), 在 path-loss 的項次中, 又可以分成三項:  h_lo (直視路徑的通道), h_m,n (非直視路徑的通道), \xi 則是遮蔽效應的衰減, 我們可以把詳細的資訊如下: 其中, 我們先看 h_lo (直視路徑的通道),  在 RIS 的通道模型中, 直視路徑的通道不經過 RIS,  因此, 這項次就是一般的路徑衰減形式, 可以進一步分成兩項: 1. 強度變化: 包含傳送與接收端的增益, 以及在分母項的距離 (l), 2. 相位變化: 在 exp 項次內, 代表訊號的相位改變, 和距離 (l) 和波長 (\lambda) 相關 而在 h_m,n (非直視路徑的通道), 除了直視路徑的項次外, 也加入了 RIS 的對於相位的影響 (r_m(c_m)). 在 RIS 的通道模型中, 假設一個 RIS 反射板有 M 個 RIS 區塊, 每一個 RIS 區塊對應於一條反射路徑, 可以透過調整 C 個 RIS 元件, 來改變 RIS 所對應的通道變化, 如下所示: 在可以調整的項次中, 包含兩項:  Configuration ( c ): 代表的是 RIS 區塊的設定, 對應於相位變化 ON/OFF Switch (r(