[B5G] Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS) 模型: 系統實作

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:

1. 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
2. RIS 元件需針對操作頻率 (3.2 GHz), 入射相位 (60, 90) 進行設計
3. 設計後的 state 有限, 以此篇實作而言, 數量只有 4 個
4. 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 通道,

我們依然不知道其他 NLOS 通道的影響.

也不知道哪幾條 RIS 元件對應的路徑是否會被激發,

或是, 激發的 NLOS 路徑在多次反射後的影響.

考慮到上述的限制, 此篇論文提出一個更加實務的通道模型,

並以實驗成果進行驗證, 我們將在下一篇文章中繼續介紹.