郭雅婧 章嘉懿 鲁照华 王明慧

摘要：虽然智能反射表面（IRS）单元可以通过改变相移和反射系数来增强系统性能，但是用户运动和时延等未知因素使反射波束無法准确覆盖用户。为此，提出一种面向移动用户的波束追踪与覆盖增强算法。首先，根据用户的初始位置、运动方向和速度等信息，估算IRS的目标覆盖区域；然后，对IRS单元进行分组，并设计不同分组单元的反射相移使反射波束指向目标区域的相邻位置，进而实现对用户可能位置的有效覆盖；最后，采用注水算法分配由基站（gNB）发射在IRS不同分组单元上的波束功率，实现对目标区域覆盖的增强。

关键词：毫米波；IRS；相位设计；增强覆盖

Abstract： Although intelligent reflecting surface （IRS） unit can enhance system performance by changing phase shift and reflection coefficient， unknown factors such as user motion and time delay make the reflected beam still unable to accurately cover the user. To this end， the target coverage area of the IRS based on the users historical position and speed information is first estimated. Then the IRS units are grouped and the reflection phase shifts of different grouping units are designed， making the reflected beam point to the adjacent position of the target area to achieve complete coverage of the target area. Finally， the water-filling algorithm is used to allocate the power of the gNB beams， which are transmitted on different IRS grouping units， to enhance the coverage of the target area.

Keywords： millimeter-wave； intelligent reflecting surface； phase shift design； coverage enhancement

毫米波（mmWave）技术是5G网络的关键技术之一[1-3]。通过利用mmWave频段上的大带宽，5G网络能够实现每秒千兆比特的通信速率[4]。然而，mmWave通信仍然面临一个关键挑战：与在较低频段上的路径衰减相比，mmWave信号的路径损耗要大得多[5]。为了补偿mmWave系统的严重路径损耗，通常会使用大型天线阵列来实现显著的波束成形增益，以进行数据传输[6]。

高方向性使mmWave通信容易受到遮挡物的影响，而遮挡物在室内和密集的城市环境中是大量存在的。由于mmWave信号的波束宽度窄、穿透能力弱，很小的障碍物（如人体）都会严重干扰链路[7]。为了解决这一问题，有些研究者使用中继来克服遮挡问题，并尝试扩大mmWave信号的覆盖范围[8-10]。然而，采用中继的方式具有成本高、耗能大的缺点。为了更好地解决mmWave通信的遮挡问题，智能反射表面（IRS）被提出。……