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[提交于 2025年7月22日
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标题: 主动RIS:建模与优化
标题: Active RISs: Modeling and Optimization
摘要: 可重构智能表面(RIS)增强的通信已成为下一代无线网络的变革性技术,使传播环境的可编程塑造成为可能。 然而,传统的RIS在双路径损耗效应上存在根本性的限制,这严重衰减了反射信号。 为克服这一问题,已经提出了能够放大入射信号的主动RIS架构。 本章研究了主动RIS的建模、性能分析和优化,重点关注两种硬件设计:一种是使用单个功率放大器(PA)的双RIS结构,另一种是在单元级别使用隧道二极管的反射放大结构。 对于基于PA的设计,开发了一个全面的数学模型,并推导出了接收信噪比、误码概率和能量效率(EE)的闭式表达式。 提出了一种优化框架,用于配置相位偏移和放大器增益,以在功率约束下最大化系统容量。 关于第二种设计,通过分析其I-V特性,仔细研究了将隧道二极管集成到单元中的方法,从而推导出负阻范围和功耗模型。 此外,通过紧凑的线性代数公式表征了反射系数的内在相位-幅度耦合,实现了对主动RIS的实际优化。 大量的数值仿真验证了理论分析,表明主动RIS可以有效克服双路径损耗限制,并与被动RIS相比实现有利的能量效率权衡。 最后,研究了可用功率预算与主动元件数量之间的权衡,结果表明更多的主动元件并不总能带来最佳性能。
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