RIS辅助高铁毫米波无线通信多普勒频移补偿技术研究

作     者：马铂琳 甄姬娜 张昶 申凌峰 杨靖雅 王宁 

作者机构：郑州大学电气与信息工程学院 河南大学软件学院 河南省高速铁路运营维护工程研究中心 北京交通大学北京市高速铁路宽带移动通信工程技术研究中心 东南大学毫米波全国重点实验室 

出 版 物：《北京交通大学学报》 (Journal of Beijing Jiaotong University)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金(61771431,62101507) 毫米波全国重点实验室开放课题(K202214) 北京市高速铁路宽带移动通信工程技术研究中心开放课题(BHRC-2022-2) 河南省科技攻关计划项目(202102210328) 

主　　题：可重构智能超表面 高铁毫米波无线通信 多普勒频移补偿 相移矩阵优化 

摘      要：在可重构智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surface，RIS）辅助的高铁毫米波无线通信系统中，为克服高速高动态通信场景下电磁波传播多普勒效应带来的频率偏移，研究了RIS辅助的多普勒频移补偿技术。在时变3D Saleh-Valenzuela毫米波信道模型下，推导了多普勒频移的表达式，以补偿级联链路多普勒频移为目标设计了最优RIS相移矩阵，分析了算法中对车速估计误差带来的残余多普勒频移的影响，评估了补偿后的频谱效率（Spectral Efficiency，SE）和中断概率（Outage Probability，OP）性能变化情况。仿真结果表明，以多普勒频移最小化代替常见的接收功率最大化为优化目标，除了获得更好的多普勒频移补偿效果外，所实现的SE和OP性能也更优。此外，在增加系统中RIS单元数量和降低基站天线高度可以带来更优的性能，但前者会导致算法复杂度的增加。