基于RIS的双跳中继技术，用于提升在波动的Nakagami-m信道环境下的下一代无线网络覆盖性能

《Scientific Reports》：RIS-assisted dual-hop relaying for coverage enhancement in next-generation wireless networks over fluctuating Nakagami-m channels

　　

摘要

可重构智能表面技术作为一种极具前景的技术，有望提升下一代无线网络的覆盖范围、可靠性以及频谱利用效率。本文研究了在异构衰落信道环境下运行的双跳RIS辅助中继系统的性能，其中源节点与中继节点之间的链路由RIS提供辅助，而中继节点与目标节点之间的链路则面临波动的Nakagami-m型衰落。文中分析了放大转发和解码转发两种中继协议。通过先进的统计工具以及Meijer-G函数，得到了系统中断概率、平均比特错误率以及平均信道容量的解析表达式。此外，还通过高信噪比下的渐近表达式，明确了系统的分集阶数和编码增益。同时，文章也探讨了实际部署中的相关问题，包括不完美的信道状态信息、RIS元素之间的空间相关性以及主动式RIS辅助中继技术。通过蒙特卡洛模拟对分析结果进行了验证。研究结果表明，增加RIS反射元件的数量、改善衰落条件以及降低阴影效应的严重程度，都能显著提升系统性能。在可靠性和容量方面，解码转发中继方式始终优于放大转发中继方式；而与传统的被动式RIS配置相比，主动式RIS部署还能带来额外的性能提升。本文的分析结果为未来智能无线网络中RIS辅助协作中继系统的设计提供了有益的参考。