王靖瑜 鞠宏浩 方旭明

摘要：提出了一种智能反射面（IRS）辅助的高铁通信方案。针对视距（LOS）主导的无线通信场景，在车载接入点（AP）和基站（BS）已知信道状态情况下，本方案首先通过调整IRS反射信号相位，补偿级联信道中LOS分量的多普勒频移，后通过最大化LOS径波束赋形增益，并在接收端处将IRS反射信号与基站发射信号相干叠加，提升接收信号质量。仿真结果表明，相比于未部署IRS场景，IRS辅助的高铁无线通信系统有效减轻了高铁高速移动对无线信道带来的快衰落影响，并且系统误比特率性能也得到了明显改善。

关键词：高速铁路；智能反射面；快衰落；波束赋形

Abstract： An Intelligent Reflecting Surface （IRS）-assisted high-speed railway communications scheme is proposed. For the Line-Of-Sight （LOS） dominant communication scenario， assuming the channel state information is perfectly known by the access point （AP） and base station （BS）， the proposed scheme can control the IRS reflecting phase to compensate for the Doppler shift of the LOS component， maximize the beamforming gain of the LOS path， and achieve the coherent combination of the IRS reflected signal and BS transmitted signal. Simulation results show that the IRS-assisted high-speed railway communications system can effectively alleviate the fast fading and improve system Bit Error Rate.

Keywords： high-speed railway； Intelligent Reflecting Surface； fast fading； beamforming

高鐵作为一种方便快捷的交通运输系统，具有运力强、效率高、速度快等优点，目前已经成为人们主要的出行方式之一。作为高铁乘客的主要信息交互手段，高铁车地通信系统的业务需求量也随着高铁乘客量的增加而急剧增长。然而，不同于传统的地面交通工具，高铁具有很高的运行速度，这将在信号收发端产生较大的多普勒频偏[1]，严重时可能还会导致接收端无法解调信号，这给高铁车地通信系统的设计带来了极大挑战。

近年兴起的智能反射面（IRS）具备重塑信道环境的能力[2]。IRS可以控制每个反射单元的幅度和相移，并根据信道状态动态调整反射信号[3]。利用这一特点，IRS能够实时补偿多普勒频移的相位变化，从而减少多普勒频移对接收端的影响[4-5]。若将其运用到高铁车地通信系统设计中，有望解决高铁高速移动过程中的信道快衰落问题。……