基于RIS相位一致性算法的数据通信时延分布建模与最优调控

作     者：刘辉 代学武 秦飞 肖玉聪 赵晓华 Hui LIU;Xuewu DAI;Fei QIN;Yucong XIAO;Xiaohua ZHAO

作者机构：东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室沈阳110819 中国科学院大学电子与通信工程学院北京101408 清能华控科技有限公司天津300308 

出 版 物：《中国科学:信息科学》 (Scientia Sinica(Informationis))

年 卷 期：2025年第55卷第2期

页      面：388-400页

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] 

基　　金：科技创新2030—“新一代人工智能”重大项目(批准号:2022ZD0115402) 国家自然科学基金项目(批准号:62071450,61773111) 黑龙江省“百千万”工程科技重大专项(批准号:2020ZX03A02)资助 

主　　题：多径衰落 可重构智能超表面 通信时延 概率密度函数 相位一致算法 

摘      要：本文针对工业环境中无线莱斯(Rician)多径衰落信道导致的数据传输时延不确定性问题,研究了如何利用可重构智能超表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)技术调控通信环境,减少传输时延的抖动,从而为工业控制系统等时间敏感型应用提供更优质的通信服务.本文以减少时延分布的离散程度为目标,构建了融合RIS技术的工业环境无线莱斯信道模型,分析了发射功率和RIS相位对传输时延分布的影响,提出了一种通过调节RIS相位来优化通信时延概率密度函数(probability density function,PDF)的相位一致算法.证明了在信道状态已知的理想情况下,该相位一致算法能够在任意给定发射功率下得到RIS相位的理论最优解和传输时延方差的理论最小值.针对实际工业环境中信道状态未知的情况,本文进一步提出了一种基于遗传算法的相位优化算法,通过迭代方式使传输时延PDF接近理论最优解.仿真结果表明,通过RIS调控信道,在相同发射功率下,传输时延的均值可减少7.7%~30.9%,方差可减少74.3%~87.4%,具有绿色节能的优势.