【通信】考虑极化和开关损伤的可重构智能表面的新型信道模型的Matlab代码

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可重构智能表面（RIS）是一种新型的无线电传播技术，它能够通过控制电磁波的反射和透射来优化无线信道。然而，RIS的实际部署中存在极化和开关损耗等因素，会影响RIS的性能。本文提出了一种新的RIS信道模型，考虑了极化和开关损耗的影响。该模型基于几何光学理论，并对RIS的极化转换和开关损耗进行了建模。仿真结果表明，该模型能够准确地预测RIS信道，并为RIS的优化设计和部署提供指导。

引言

RIS是一种由大量可控反射元件组成的薄平面结构。通过控制反射元件的相位和幅度，RIS可以改变电磁波的传播方向和幅度，从而优化无线信道。RIS在5G和6G通信系统中具有广阔的应用前景，例如覆盖增强、容量提升和干扰抑制。

然而，在RIS的实际部署中，存在极化和开关损耗等因素，会影响RIS的性能。极化损耗是指由于RIS和接收天线极化不匹配而导致的信号能量损失。开关损耗是指由于RIS的开关元件的非理想特性而导致的信号能量损失。

信道模型

本文提出的RIS信道模型基于几何光学理论。该模型假定RIS是一个理想的平面反射器，并对RIS的极化转换和开关损耗进行了建模。

极化转换

RIS的极化转换可以通过Jones矩阵来描述。Jones矩阵是一个2x2矩阵，它描述了RIS对入射电磁波的极化变换。对于一个水平极化的入射波，RIS的Jones矩阵为：

其中，θ是RIS的反射相位。

开关损耗

RIS的开关损耗可以通过一个复数因子来描述。该因子表示开关元件的插入损耗和相移。对于一个理想的开关元件，插入损耗为0 dB，相移为0度。然而，实际的开关元件会引入损耗和相移，因此开关损耗因子为：

其中，α_i是插入损耗，φ是相移。

信道模型公式

考虑极化转换和开关损耗后，RIS信道模型的公式为：

其中，h是RIS信道，h_0是RIS前的信道。

仿真结果

本文使用仿真软件对提出的RIS信道模型进行了验证。仿真结果表明，该模型能够准确地预测RIS信道。图1给出了RIS信道幅度和相位的仿真结果。

[图1 RIS信道幅度和相位仿真结果]

结论

本文提出了一种新的RIS信道模型，考虑了极化和开关损耗的影响。该模型基于几何光学理论，并对RIS的极化转换和开关损耗进行了建模。仿真结果表明，该模型能够准确地预测RIS信道，并为RIS的优化设计和部署提供指导。

De-Ming Chian, Chao-Kai Wen, Chi-Hung Wu, Fu-Kang Wang, and Kai-Kit Wong, “A novel channel model for reconfigurable intelligent surfaces with consideration of polarization and switch impairments,” arXiv preprint arXiv:2304.03713, 2023. [Online]. Available: https://arxiv.org/abs/2304.03713.

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