[B5G] Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS) 模型: 等校天線場型
本文所指的 RIS 通道模型, 參考自以下論文:
G. C. Trichopoulos et al., "Design and Evaluation of Reconfigurable Intelligent Surfaces
in Real-World Environment," in IEEE Open Journal of the Communications Society,
vol. 3, pp. 462-474, 2022
in Real-World Environment," in IEEE Open Journal of the Communications Society,
vol. 3, pp. 462-474, 2022
在之前的介紹中, 我們把 RIS 視為一堆元件的集合,
其中, 每一個元件可以調整反射訊號對應的相位,
因此, 透過相位的調整, 以及對應的建設性或破壞性干涉,
便可以使用 RIS 控制接收端的訊號強度.
這樣的架構優點在於我們可以控制每一條反射路徑的細微變化,
但是, 也造成了訊號強度回報時, 因為過多的設定組合,
造成量測資料收集與回報的延遲, 以致無法適用於快速的裝置追蹤.
考慮到 RIS 技術的演進,
可預期的是單位面積內 RIS 元件的密度與元件的可調狀態上升,
若我們依然使用每個元件控制的方法進行, 則會面臨計算複雜度過高的問題,
我們可以減的的假設一個 4*4 的 RIS 元件, 若每個有8個可調狀態,
且每一個狀態切換需要 5ns (10^-9 second),
則切完一輪所有狀態, 需要時間約為: 8^16*5*10^-9 = 1.4*10^6 秒,
換句話說, 391 小時, 這樣的時間尺度當然是無法被允許的,
也因此, 若要去實作 RIS 系統, 比較有可能的是:
預先建立幾組往不同方向增益的 RIS 反射場型, 以及對應的 RIS 元件設定,
在對 RIS 進行狀態改變時, 就只需改變 RIS 的反射場型,
也因此, 在這一篇文章中就以這樣的角度探討 RIS 於真實世界的功用,
不同於之前探討 RIS 的論文中, 透過調整 RIS 元件的相位變化,
在此文章中, 將 RIS 反射板視為一個整體, 討論其整體對不同出射方向上之增益,
透過預先以電磁模擬軟體建立的建設性與破壞性干涉結果, 作為預先設定.
這樣的方法類似於波束指向中的 codebook 設計,
也就是透過預先的模擬與編碼 (設定 RIS 元件的狀態), 最佳化方向增益,
因此, 在系統實作時, 就只需要選擇不同方向增益, 而不必對元件做細部設定.
RIS 實作的架構 (16*10) 以及對應的 RIS 反射方向增益設計 (來自論文)
每個元件有兩種 phase 變量 (表示為 0 度與 180 度, 右圖藍色與黃色),
透過賦予 RIS 元件不同的狀態, 即可透過電磁模擬軟體*可以得到對應出射角的強度,
在右圖中, 我們可以看到對應不同角度即可設計不同增益.
*上述電磁模擬軟體指的是 HFSS (high-frequency structure simulator).
透過預先設計的相位變化,
此種透過 codebook 的設計可以更簡易的擴張, 而不增加計算的複雜度,
雖然犧牲一些最佳化的效率, 但卻是對真實系統實作較佳的方法.
留言
張貼留言