IRS - 通信人家园 - Powered by Discuz!

随着通信技术的发展，通信网络的能耗和硬件成本问题日益严峻。5G通信虽然有高速率、低时延的优点，但高能耗和高建设成本也限制着它的发展[6]。中国通信标准化协会的数据显示，目前主要运营商的5G基站主设备功耗是4G基站的3倍左右。5G小区带宽是4G的5倍以上，且在室外主要使用复杂度较高的32/64通道Massive MIMO设备，这也使得射频单元能耗较高。如何降低能耗和硬件成本，是我们需要长期关注的问题。

与此同时，无线信息传输的安全问题也日益突出，引起了学术界和工业界的广泛关注。无线广播电台、局域网等采用的广播信道使用一对多的广播通信方式，发射端所发出的电磁波是向四周传播的，信息很容易被拦截或窃听。过去，我们主要使用上层加密技术来保障信息安全，但由于其加密系统的密钥仍然需要通过信道传输，因此依旧存在较大的安全隐患。为了提高信息的保密性，大家将目光转向了处于协议层最底层的物理层，怀纳提出了Wire-tap模型[10]。后来有人提出通过在发送信号时添加人工噪声干扰，利用空间自由度，设计发射波束形成使得信号导向合法用户，降低窃听者的接收，实现安全通信。

近年来，研究显示智能反射面(IRS)在增强物理层安全性、降低硬件成本和系统能耗等方面有很大的潜力，因此基于IRS的研究受到了广泛的关注。IRS是由多个低成本无源反射元件组成的平面阵列，其中每个元件能够独立地在入射电磁波上产生相移并反射入射信号，实现波束成形并抑制一个或多个指定接收器的干扰，以提高通信系统性能。在广播信道中，将IRS放置于发送端和接收端之间，利用反射信号相位的改变，可以穿过环境中的阻碍物实现信息传输，为无线通信系统结构的设计提供更多思路。此外，与传统的反射面通信(如反向散射通信)不同，智能反射面可以通过控制器实时调节各元件相移来反射信号，在理想方向上与接收器的其他路径信号相干相加，增强接收信号功率；在非需要方向上相消相减，抑制其他干扰信号，既可以增强目标用户的接收功率又可以降低非法窃听者的接收功率，从而提高系统传输性能和保密性。因此，目前我们对智能反射面的研究非常重要。