\(~~~~~~\)Massive MIMO技术的推出推动了高速无线通信系统的发展，然而，无线系统的性能仍然取决于其信道。具体的说，发射机辐射的电磁波在到达接收机之前在信道中经历反射、折射、衍射和路径损耗。在传统通信中，信道被认为是不可控制的，因此通常对信道建立概率模型。事实上，很多研究工作中提出的大部分通信技术（如波束成形、分集、信道编码）都是为了在不改变信道行为的情况下抵消或利用信道的影响而设计的。相比之下，最近提出的IRS概念建立在控制电磁波在通信信道中的传播以提高通信系统的性能的基础上。具体的说，IRS是一个由若干微面元组成的元表面，这些微面元可以控制入射信号的相位。理想情况下，被控制的相位是连续的，但是元表面使用亚波长尺寸的若干离散“元素”来近似这一点，每个“元素”引起不同的相移。这样，当信号入射时，使得所有相移的联合效应是在选定方向上的放射光束。这类似于传统的相控阵的波束成形，但主要区别在于传统相控阵的相移不是在阵列中产生的。图3 描述了元原子间的不同相移模式如何导致入射信号在不同方向上作为光束反射。
3． IRS的应用
\(~~~~~~\)与无小区大规模MIMO系统和协作中继不同，协作中继通常使用有源组件来改善传播环境，IRS则只需要很小的操作功率，因此适合在能量有限的系统中实现。例如，当微元的尺寸为8×8mm时，其能量消耗仅为125mW/m2，这比许多现有的无线通信设备要低很多。此外，IRS可以是很薄的材料，允许在建筑外墙、天花板等地方部署。因此，IRS很适用于机场航站楼、体育馆等场所。而且IRS与现有常规网络之间兼容性良好，即在现有网络中，可以灵活部署IRS来增强当前通信网络的性能。
\(~~~~~~\)在实际中，IRS在传统MIMO系统中的部署有助于图4所示的两种波束成形。在图4（a）中，在协助多天线发射机和用户之间的通信的系统中部署了一个IRS。信息信号从发射器发出，发射机和用户之间可能存在通信的直接路径，并且在发射机上进行波束成形以改善用户的信号接收。同时，由于无线信道的广播性质，信号也被IRS接收，此时IRS将反射该信号，借助于IRS控制器，可以控制反射的主方向。特别是，在所有的元表面上引入适当的相移，以建设性地创建它们各自散射的信号的相干组合，从而创建聚焦于用户的信号束，表面越大，光束就越窄，这种策略也被称为能量聚焦。另一方面，如果由于严重阴影或阻塞而不存在直接路径，则发射机应该执行相对于IRS的波束成形。然后，IRS可以充当非放大继电器，将事件信号反射并聚焦到用户，以协助端到端通信。在图4（b）中，考虑在用户2存在的情况下，多天线发射机为用户1服务的场景。我们假设这两个用户具有不同的安全许可级别，其中用户1的消息不应在用户2处被解码。在这种情况下，可以通过调整散射信号的相位来在IRS处执行破坏性反射，以使用户2处的信号为零。这种策略被称为能量置零。这两种波束形成技术有着广泛的应用，如物理层安全、干扰管理、覆盖扩展、容量改进等。
3．参考文献
[1] Qingqing, W., & Rui, Z. (2019). Towards smart and reconfigurable environment: Intelligent reflecting surface aided wireless network. arXiv preprint arXiv:1905.00152.
[2] Zhang, J., Björnson, E., Matthaiou, M., Ng, D. W. K., Yang, H., & Love, D. J. (2019). Multiple antenna technologies for beyond 5G. arXiv preprint arXiv:1910.00092.