智能反射面阵元互耦与共存干扰研究

来源：信号处理杂志 2024年第8期北京时间：

作者：王文鼐, 叶思思, 吴炜, 陈睿

摘要：智能反射面（Intelligent Reflecting Surface，IRS）是由大量无源反射元件呈阵列排列构成的智能超表面，其阵元间距是相位控制的关键技术参数，在小于半波长时存在不可忽略的互耦效应。本文针对多网运营的应用环境，考虑IRS反射阵元之间存在相互耦合的情况，研究系统间共存干扰与阵元间距、工作频段、物理位置的关联关系。针对发射机、接收机和IRS之间自阻抗和互阻抗的建模需求，将互耦效应进行量化转换，以阻抗的形式将其数据化，结合阵元反射增益和相位参数的作用因素，建立了远场条件下基于阻抗电路的共存干扰传播模型。针对IRS接收，由发射天线电流与IRS互阻抗的乘积得到再辐射矩阵；针对IRS反射，由IRS负载电流与接收天线互阻抗的乘积得到接收端负载电压。应用阵元等效阻抗法，通过等效阻抗的可重构性，最大化有用信号的接收功率，推导得到信干比（Signal to Interference Ratio， SIR）的计算表达式。进一步分析了共存系统的工作频段、IRS反射单元间隔、IRS的反射阵元数量、IRS与非目标收发机之间距离等因素对共存干扰产生的影响。数值仿真表明互耦偏差随阵元间距减小而增大，半波长的偏差为28%；不同载频系统的SIR表明，共存干扰的互耦效应显著且不可忽略，高频系统对低频系统产生的共存干扰对信号传输质量影响更为显著。

关键词：智能反射面, 共存干扰, 互耦, 信干比