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1. 研究目的与意义（文献综述）

可重配置智能表面是一种新兴的技术，它通过在平面上集成大量低成本的无源反射元件，智能地重新配置无线传播环境，从而显著提高无线通信网络的性能。智能表面由三层结构和智能控制器组成。在外层，大量的金属元件被印刷在介电基板上，与入射信号直接相互作用。在中层，使用铜板来避免信号的能量泄漏。而内层是一个控制电路板，用来负责调整每个元件的反射相移。连接到智能反射表面的智能控制器用来对整个智能表面进行控制。具体地说，智能表面的不同单元可以通过控制其相位来独立地反射入射信号，从而协同地实现波束成形，以用于定向信号增强或抵消。

随着新兴和未来无线网络的发展，人们对数据速率的要求越来越高，得益于诸如超密网络（udn）、大规模多输入多输出（mimo）、毫米波（mmwave）通信等各种关键技术的支持，已经到来的第五代（5g）无线网络已实现了1000倍网络容量增加和至少1000亿个设备的普遍无线连接目标。然而，所需的高复杂度和硬件成本以及能耗的增加仍然是关键问题，仍然没有解决。例如，密集部署基站（bss）或接入点（ap）不仅会增加硬件开销和维护成本，而且还会加剧网络干扰问题。由于电磁波在无线环境中传播时会经历多次不可控制的变化，自由空间路径损耗、信号吸收以及环境中物理物体引起的反射、折射和衍射等现象严重影响无线通信的性能。目前，这种影响难以解释，并被视为概率因素。智能反射表面则一种完全不同的方法，它可以对无线环境的行为进行确定性的、可编程的控制，这是一种新型的平面元材料，能够以可控的方式与入射电磁波相互作用，从而有效地重新设计电磁波，包括转向任何期望的方向、完全吸收、极化等操作。智能表面可以用于覆盖各种物体，如墙壁、家具，以及室内和室外环境中的所有物体。外部软件服务计算并部署每个智能反射面的最佳交互类型，以最适合通信设备的需要。具体来说智能反射表面由许多低能耗的无源元件构成，其中pin二极管嵌入在每个元件中。通过直流馈电线路控制其偏置电压，pin二极管可以在“开”和“关”两种状态之间切换，从而产生相移差。因此，通过智能控制器设置相应的偏置电压，可以独立地实现智能反射元件的不同相移。

可配置智能表面在提高覆盖率，频谱效率和能效以及降低无线网络的实现复杂性和功耗方面有着巨大的潜力。例如解决非视线范围内的网络覆盖问题，在无线网络中视线路径被阻塞或强度不足以支持基站边缘用户的情况下，利用智能表面的最有希望的用例是将它们用作可重新配置的反射器，部署与基站和用户有连接的智能表面有助于通过智能信号反射绕过障碍物，从而在它们之间创建虚拟视线连接。这对于极易受室内阻塞影响的毫米波通信中的覆盖范围扩展特别有用。另一个有希望的应用方向是使用智能表面来抵消城市场景和室内恶劣传播环境中的局部覆盖漏洞。实际上，在世界上许多城市和人口稠密的城市中，都存在信号质量不够好的局部死区。在室内环境中也会发生类似的问题，例如工厂和地下地铁站。在这些情况下，克服覆盖漏洞的常规解决方案是部署更多的基站或中继器。然而这些解决方案价格昂贵，并且增加了无线通信的能量消耗。智能表面的部署是一种经济有效且环保的解决方案，可以解决局部覆盖漏洞的问题。智能表面还可以用于改进通信的安全性，当从基站到窃听器的链路距离小于到合法用户的链路距离时，或者窃听器位于与合法用户相同的方向时，可实现的保密通信速率高度受限。然而，如果在窃听器附近部署可配置智能反射表面，则智能表面反射的信号可以被调谐以抵消来自窃听器处的基站的（非智能表面反射的）信号，从而有效地减少信息泄漏。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容及目标论文主要内容：在用于绿色通信的候选收发器方法中，具有显著降低能耗的潜力的最新新兴硬件技术是所谓的可重配置智能表面（ris）。ris是配备有集成电路的超表面，可以对它进行编程以可定制的方式更改传入的电磁场。它由单层或多层平面结构组成，可以使用光刻和纳米印刷方法轻松制造。每个ris单元由采用变容二极管或其他微机电系统的反射阵列实现，其谐振频率由电子控制。本设计针对智能表面在无线通信的特定场景，提出资源分配方案并对所提算法进行仿真实现，完成毕业论文。完成的主要任务及要求：（1）完成可配置智能表皮通信相关的文献收集分析；（2）针对特定网络场景，提出配置算法；（3）利用python或matlab实现该算法并仿真;（4）撰写毕业论文。2.2技术方案及措施可配置智能表面相对于传统的中继方案的一大优势就在于它是无源反射器件，因而拥有更低的能量消耗。本设计主要针对基于可配置智能表面的多输入单输出通信系统。首先建立系统模型，包括系统信道模型以及系统总功耗模型，从信道模型中可以进一步计算出系统信噪比以及频谱效率，从功耗模型中可以得到系统的能量消耗，进而得到本设计主要针对的问题：能量效率。能量效率表示单位能量消耗下系统传送的字符数量，对比传统的中继方案，从能量效率的结果可以明显看出基于可配置智能表面的通信系统在能量消耗方面的巨大优势。在得到系统模型并推导出能量效率表达式之后，设计的主要问题便可以转化为在一定约束下的能量效率最大化问题。由于该问题的非凸性，即不存在一个全局最优解，本设计拟采用交替优化的算法进行求解。首先在给定ris元素相移矩阵的情况下优化天线发射功率矩阵p并采用dinkelbach算法计算最大能量效率，进而在给定矩阵p的情况下优化矩阵并采用majorization-minimization算法计算最大能量效率，交替优化，从而获得最优解。以传统放大转发式中继为基准，在各项基本参数相同的情况下与基于可配置智能表面的通信系统进行能量效率的比较，进而验证可配置智能表面在节约能量消耗方面的巨大潜力。

3. 研究计划与安排

（1）第1周—第3周 搜集资料，撰写开题报告；

（2）第4周—第5周 论文开题；

（3）第6周—第12周 撰写论文初稿;

4. 参考文献（12篇以上）

[1] qingqing wu, rui zhang,“towards smart and reconfigurable environment: intelligent reflecting surface aided wireless network,”ieee communications magazine,2019.

[2] chongwen huang, alessio zappone, george c. alexandropoulos, mérouane debbah, chau yuen, “reconfigurable intelligent surfaces for energy efficiency in wireless communication,” ieee transactions on wireless communications,vol.18.no.8,2019.

[3] ertugrul basar; marco di renzo; julien de rosny; merouane debbah; mohamed-slim alouini ; rui zhang,” wireless communications through reconfigurable intelligent surfaces”, ieee access, vol.7,2019