最佳單側和雙側多級ASK調制用於RIS輔助非相干通信系統

核心概念

本文提出了一種用於RIS輔助SISO通信系統的最佳單側和雙側ASK調制方案,以最小化符號錯誤概率。

要約

本文分析了單輸入單輸出(SISO)無線通信系統在RIS輔助下使用單側和雙側振幅移相keying(ASK)調制的性能。考慮了兩種信道情況:直接信道被阻塞和未被阻塞。對於接收機,提出了一種非相干最大似然檢測器,該檢測器基於信道的統計知識檢測傳輸的數據信號。通過導出兩種情況下使用所提出的非相干接收機結構的符號錯誤概率(SEP),評估了系統的性能。還提出了一個新的優化框架,在平均發射功率約束下獲得最佳的單側和雙側ASK調制方案,以最小化SEP。數值結果表明,與傳統ASK調制相比,所提出的RIS輔助通信系統在使用兩種導出的SEP最優ASK調制方案時實現了更優異的錯誤性能。其中,雙側ASK調制方案的性能最佳。還對不同系統參數的錯誤性能進行了分析,提供了RIS輔助非相干無線通信系統的全面性能調查。

統計

當直接信道被阻塞時,接收信號可以表示為:
r =
L
X
ℓ=1
|h1,ℓ| |h2,ℓ|
!
s + n

當直接信道未被阻塞時,接收信號可以表示為:
r =
hH
2 Φh1 + hd

s + n

複合信道
L
X
ℓ=1
|h1,ℓ| |h2,ℓ|
服從高斯分布N(μf, σ2
f),其中
μf = ασ2
h,
σ2
f = βσ4
h

引用

"本文提出了一種用於RIS輔助SISO通信系統的最佳單側和雙側ASK調制方案,以最小化符號錯誤概率。"
"數值結果表明,與傳統ASK調制相比,所提出的RIS輔助通信系統在使用兩種導出的SEP最優ASK調制方案時實現了更優異的錯誤性能。其中,雙側ASK調制方案的性能最佳。"
"還對不同系統參數的錯誤性能進行了分析,提供了RIS輔助非相干無線通信系統的全面性能調查。"

抽出されたキーインサイト

Optimal One- and Two-Sided Multi-level ASK Modulation or RIS-Assisted Noncoherent Communication Systems

by Srijika Mukh... 場所 arxiv.org 10-03-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.01419.pdf

深掘り質問

如何進一步提高RIS輔助非相干通信系統的能量效率和頻譜效率?

要進一步提高RIS輔助非相干通信系統的能量效率和頻譜效率，可以考慮以下幾個策略：

優化相位配置：透過智能算法（如深度強化學習或遺傳算法）來動態調整RIS的相位配置，以最大化信號增益並減少干擾。這樣可以在不同的環境條件下自適應地優化信號傳輸。

多用戶協作：在多用戶場景中，RIS可以協助多個用戶同時傳輸數據，通過協作傳輸技術來提高頻譜效率。這可以通過非正交多重接入（NOMA）等技術來實現，從而在同一頻譜資源上支持更多用戶。

信道編碼和調製技術：採用先進的信道編碼和調製技術（如低密度奇偶檢查碼（LDPC）或極化碼）來提高系統的抗干擾能力和數據傳輸速率，從而提升整體的能量效率。

能量回收技術：在RIS的設計中集成能量回收技術，利用環境中的無線電頻率（RF）能量進行自供電，減少對外部電源的依賴，從而提高能量效率。

多頻段操作：支持多頻段操作的RIS可以在不同的頻段上進行信號傳輸，根據實際的頻譜使用情況動態調整，從而提高頻譜效率。

在實際部署中,如何解決RIS元件的相位校準和信道估計問題?

在實際部署中，解決RIS元件的相位校準和信道估計問題可以採取以下幾種方法：

自適應相位校準：利用自適應算法，根據接收信號的質量自動調整RIS的相位配置。這可以通過實時監測信號強度和質量指標來實現，從而動態調整相位以達到最佳性能。

無需信道估計的非相干檢測：採用非相干檢測技術，這樣可以在不需要精確信道估計的情況下進行數據解碼。這種方法簡化了接收機的設計，並減少了對信道估計的需求。

基於統計的信道建模：通過對環境進行長期的統計分析，建立信道模型，並根據這些模型進行相位校準和信道估計。這樣可以在不需要實時信道估計的情況下，根據歷史數據進行預測。

協同信道估計：在多用戶場景中，利用用戶之間的協作來進行信道估計。用戶可以共享信道信息，從而提高整體的信道估計精度。

使用先進的信號處理技術：採用先進的信號處理技術，如機器學習算法，來提高信道估計的準確性和效率。這些技術可以從接收到的信號中提取有用的信息，並進行相位校準。

RIS技術在其他無線通信應用中,如毫米波和太赫茲通信,是否也能發揮同樣的性能優勢?

是的，RIS技術在毫米波和太赫茲通信中也能發揮類似的性能優勢，具體表現在以下幾個方面：

增強信號覆蓋：在毫米波和太赫茲頻段，由於信號的傳播特性，容易受到阻擋和衰減。RIS可以通過智能反射和相位調整來增強信號的覆蓋範圍，克服傳播中的障礙。

提高頻譜效率：RIS能夠在毫米波和太赫茲通信中實現更高的頻譜效率，通過多用戶協作和非正交多重接入技術，支持更多用戶同時傳輸數據。

減少干擾：RIS可以通過精確控制信號的反射方向來減少干擾，特別是在高密度用戶環境中，這有助於提高系統的整體性能。

靈活的網絡架構：RIS的可重構性使其能夠適應不同的網絡需求，特別是在動態變化的環境中，能夠快速調整以滿足不同的通信需求。

能量效率：在毫米波和太赫茲通信中，RIS的使用可以降低系統的能量消耗，因為它能夠有效地利用環境中的信號，減少對傳輸功率的需求。

總之，RIS技術在毫米波和太赫茲通信中具有顯著的潛力，能夠提升系統性能，並為未來的無線通信網絡提供更高的靈活性和效率。