基于智能反射面的抗多普勒技术研究.pdf

摘要

智能反射面（IntelligentReflectingSurface,IRS）是实现智能无线环境最具吸引力的关键

技术之一。随着下一代移动通信技术的不断向前发展，新的应用场景将带来更具挑战性的通

信难题，因此需要开启全新的通信模式，这对通信物理层提出了更高的要求。虽然目前的一

些通信技术已经能够极大地提高无线系统的频谱效率，但是这些技术往往伴随着高耗能及高

硬件成本。为了解决移动通信网络发展面临的问题，进一步降低无线网络的成本并提高能效，

IRS技术被提出并被大众接受。IRS打破了长期以来在传统认知中的电磁波传播环境不可控

的局限性，在系统中合理利用IRS能够实现对入射信号的定向反射，智能地重新配置无线传

播环境。且IRS具有低成本、易于集成、高灵活性的优势，是一种非常具有应用发展前景的

绿色高效通信技术。

在高速移动环境中部署IRS能够有效缓解多普勒效应。已有文献针对高速移动信道提出

IRS协助多普勒补偿方法，但其中部分信道参数估计需使用最大似然估计方法，使得IRS优

化相位的计算复杂度偏高。本文基于高移动性通信系统，研究IRS补偿系统中的多普勒效应，

详细探讨了IRS反射相位算法、传输帧结构优化以及相关参数恢复方法，本文主要工作是：

(1)本文建立了IRS辅助移动用户的系统模型与信道模型，并结合帧结构说明IRS的工作

原理。

(2)本文提出一种简化的IRS相位优化方法，给出改进的优化相位计算的直接表达式，并

在阶段2中提出两种参数恢复方案。新方案可避免使用复杂的估计方法，防止引入额

外的估计误差，有效降低了计算复杂度。数值仿真结果表明，新方案在有效减少程序

运行时长的同时，仍然可获得较高的无源波束形成增益，并且在导频开销受限时具有

较强的鲁棒性。

(3)结合本文给出的新的相位算法，本文提出一种增加过渡阶段的三阶段帧结构。数值仿

真结果表明，新的导频帧结构能够在新算法的基础上进一步减小导频开销，并获得了

更高的最大可达速率，同时在一定程度上降低了运算量。

关键词:智能反射面，智能无线环境，信道估计，多普勒效应，无源波束形成

Abstract

Intelligentreflectingsurface(IRS)isoneofthemostattractivekeytechniquestorealizesmart

radioenvironments.Withthecontinuousdevelopmentofthenextgenerationmobilecommunication

technology,newapplicationscenarioswillbringmorechallengingcommunicationproblems,soitis

necessarytostartanewcommunicationmode,whichputshigherrequirementsonthecommunication

physicallayer.Althoughsomecurrentcommunicationtechnologiescangreatlyimprovethespectrum

efficiencyofwirelesssystems,thesetechnologiesareoftenaccompaniedbyhighenergyconsumption

andhighhardwarecosts.Inordertosolvetheproblemsfacedbythedevelopmentofmobile

communicationnetworks,furtherreducethecostofwirelessnetworkandimproveenergyefficiency,

theIRStechnologywasputforwardandacceptedbythepublic.IRShasbrokenthe