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论文知识总结

news 来源：原创 2025/7/14 19:07:18

参考1

一 Intelligent reflecting surface (IRS)跟RIS区别是什么

Intelligent Reflecting Surface (IRS) 和 Reconfigurable Intelligent Surface (RIS) 在很多情况下所指相同或相近，常被视为同一类技术的不同表述，但在一些特定语境下也有细微区别：

概念内涵：
- IRS：通常强调表面的智能反射特性，突出其能够利用大量被动或可控元件，如可调谐的反射器或天线阵列，对电磁波的传播方向、幅度和相位进行调节，以实现优化无线信号覆盖范围、信号质量和网络容量等功能1。
- RIS：更加强调表面的可重构性，即通过软件控制等方式，动态地改变表面的电磁特性，从而对无线信号进行智能调控，实现对无线传播环境的重构，使无线电环境变得 “可控”。它是一种具有可编程电磁特性的人工电磁表面结构，由大量精心设计的电磁单元排列组成35。
应用侧重：
- IRS：较多地用于描述在无线通信中，通过智能反射来改善信号传输的具体技术和应用场景，例如在室内环境中，通过布置 IRS 来增强无线信号的覆盖，减少信号盲区。
- RIS：除了用于通信信号的调控外，还可能涉及到更多关于无线环境感知、智能定位等方面的应用，其应用场景更为广泛。例如，利用 RIS 可以实现对室内人员位置的精确感知，或者与其他物联网设备相结合，实现更加智能化的环境监测和管理。

在实际应用中，这两个术语的使用并不是完全严格区分的，很多时候可以互换使用，都被认为是未来无线通信，尤其是 6G 通信中的关键技术之一，有助于实现更加高效、智能和灵活的无线通信系统34。

2 每个RIS元件能够独立地诱导入射信号的振幅和/或相位变化

（1）信号处理中的相位

用来描述波动或振动状态。
在信号处理和通信领域，相位通常指的是信号相对于某一参考信号的延迟。
在周期性信号中，相位通常以角度（弧度或度）来表示，表示信号的周期性变化相对于参考信号的位置。
在非周期性信号中，相位可以是一个复数，其中的实部表示信号的幅度，虚部表示相位信息。
在数字信号处理中，相位通常用于描述信号的时序特性，如在频率分析中的频率和相位信息。

形象小例子
如果两人同时扔石头，那么A的波浪和B的波浪将会同步，即它们的波峰和波谷会重叠。这时我们说两个波的相位相同。但如果A稍微延迟一下再扔石头，A的波浪就会落后于B的波浪，波峰和波谷之间就不再完全重叠，这时我们说两个波的相位不同，A的波浪相对于B的波浪有了一定的相位差。
在信号处理中，相位也是描述波动状态的，只不过这里的波动是指电磁波或者其他类型的信号。通过了解信号的相位，我们可以知道不同信号之间的时间关系，进而帮助我们分析和处理这些信号。
原文链接：https://blog.csdn.net/xiaofeixia002X/article/details/139628092

这是另一个解释

相位（Phase）不是一个射频信号的特性，而是两个或多个共享同一频率的信号之间的关系。相位涉及两个波形的振幅波峰和波谷位置之间的关系。

相位可以用距离、时间或度数来衡量。如果同一频率的两个信号的峰值同时精确对齐，则称之为同相；反之，如果同一频率的两个信号的峰值不同时精确对齐，则称之为异相。”

无线中波长，频率，振幅和相位的概念 - 知乎参考

豆包解释

相位是反映信号在一个周期内所处位置的物理量，它表示正弦波在特定时刻的状态。可以将其想象成一个角度，用来确定正弦波在其循环中的位置，通常用弧度或角度来表示。
与波形的关系：不同的相位对应着正弦波上不同的点，决定了波形在时间轴上的位置。例如，当相位为 0 时，正弦波处于起始位置；当相位为 π/2 时，正弦波达到最大值。如果把电磁波的电场强度随时间的变化看作是一个正弦函数，那么相位就决定了在某一时刻电场强度处于正弦函数的哪个阶段。

（2）信号的振幅

振幅（Amplitude）是波的高度，通常与功率有关。

RIS（智能反射面）反射信号和波束形成有以下区别：

概念范畴

RIS 反射信号：RIS 由大量无源反射元件组成，通过控制这些元件（如调整幅度和 / 或相位），改变入射电磁波的特性，实现对信号的反射。这是 RIS 直接作用于信号的基本操作。
波束形成：是一种信号处理技术，旨在特定方向上增强信号强度，同时抑制其他方向信号。它可通过调节多个天线单元信号的幅度和相位，使信号在空间特定方向同相叠加，提高信号传输效率、降低干扰。RIS 可用于辅助实现波束形成，但波束形成概念更宽泛，也可通过传统天线阵列等方式实现。

实现方式

RIS 反射信号：基于 RIS 表面的大量反射元件，利用先进信号处理算法控制元件参数（如相位、幅度），改变入射信号传播方向、幅度和相位等。比如通过改变反射元件对入射电磁波的相位响应，让信号按期望方向反射。
波束形成：传统方式通过天线阵列实现，调整各天线单元信号相位和幅度，使辐射信号在某些方向干涉加强，另一些方向干涉减弱，形成定向辐射波束。使用 RIS 辅助波束形成时，需联合基站等发射端进行预编码设计，共同优化信号相位等参数，使反射信号在目标方向同相叠加增强。如在复杂多用户、多基站场景，要考虑多方面约束进行联合波束赋形设计。

【无线通信】5G技术中的波束成形Beamforming - 知乎非常好理解！！（还有对均匀线性阵列ULA的解释）

在通信领域，“有源中继通常以半双工模式运行” 涉及以下原理：

双工模式概念

全双工：通信设备能同时进行发送和接收数据操作，比如日常打电话，双方可同时说话和倾听。
半双工：通信双方能双向传输数据，但同一时刻只能一个方向传输。像对讲机，一方讲话时，另一方只能接收，不能同时发送。

深入理解RIS

IRS：智能反射表面（可重构智能表面）-CSDN博客

有源RIS为啥可以放大信号？放大信号作用

内置有源元件：有源 RIS 集成了有源元件，如放大器、移相器等。这些元件能够对入射信号进行处理，其中放大器可以增加信号的功率，从而实现对信号的放大。与传统的无源 RIS 相比，无源 RIS 只是通过反射元件对信号进行相位和幅度的调整，而有源 RIS 由于有了有源元件的支持，能够主动地增强信号的强度。

放大信号的作用

提高信号质量：微弱的信号在传输过程中容易受到噪声和干扰的影响，通过放大可以提高信号的强度，使其相对于噪声和干扰的幅度更大，从而提高信号的信噪比，改善信号质量。
实现远距离传输：在通信系统中，为了克服信号在传输过程中的衰减，需要对信号进行放大，以便在长距离传输后仍能保持足够的强度被接收端正确解调。

什么是信噪比

信噪比（Signal - to - Noise Ratio，简称 SNR）是指在一个电子信号中，信号功率与噪声功率的比值。

信噪比与之对应的就是可达速率（即信息传输速率的上限）

比特：在通信领域计算信道容量时，如果用香农公式C=Blog2(1+SNR)（C是信道容量，B是信道带宽，SNR是信噪比），这里计算出的信道容量单位就是比特 / 秒。比如，若一个信道带宽为 1Hz，信噪比为 3，那么信道容量C=1×log2(1+3)=2比特 / 秒，意味着该信道每秒最多能可靠传输 2 比特信息。

比特（bit）主要用于衡量信息量、数据量和信号传输速率等，在计算机科学、通信工程和信息论等领域应用广泛：

因为 1 字节（Byte） = 8 比特（bit），1MB = 1024KB，1KB = 1024B，所以 1MB 换算为比特是 1×1024×1024×8 = 8388608 比特

比如，当信号功率是噪声功率的 1000 倍时，信噪比为10log10(1000)=30dB（分贝），信噪比越高，说明信号中有用信息的比例相对噪声越大，信号质量就越好，信号就越清晰，受干扰的程度就越低

保密速率什么意思

（不同的通信场景对信息保密性的要求不同，像军工要求就高，普通民众有可能低）

y[1:n]：用于提取向量y的前n个元素。

∇F：表示函数F的梯度。梯度是函数在某一点处变化最快的方向，在优化算法中起着核心作用。在利用迭代算法求解优化问题时，如本文中求解非凸问题P1，常常会根据目标函数的梯度信息来调整迭代的方向和步长，以逐步逼近最优解。通过计算梯度，可以确定在当前解的基础上，向哪个方向调整变量能够使目标函数值更快地减小（对于最小化问题）或增大（对于最大化问题）。

dom F：代表函数F的定义域。明确函数的定义域是进行数学分析和算法设计的基础，它规定了函数中自变量的取值范围。在研究通信系统的性能指标（如保密率、发射功率等）时，这些指标通常是关于一些变量（如波束形成器向量w、反射矩阵Q等）的函数，而这些变量都有其合理的取值范围，即函数的定义域。在设计优化算法求解这些变量时，必须保证迭代过程中变量始终在定义域内，否则得到的解将没有实际意义。

特别指出在有源 RIS 中，放大因子βn有可能大于 1，这是有源 RIS 区别于无源 RIS 的重要特征，意味着有源 RIS 能够主动放大信号，增强信号传输效果。

RIS相移矩阵

参考1