[论文解读] Experimental Evaluation of Multi-operator RIS-assisted Links in Indoor Environment

Mir Lodro, Jean-Baptiste Gros+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2022

Advanced Wireless Communication Technologies被引用 6

一句话总结

本论文通过基于软件定义无线电（SDR）的USRP平台，在室内环境中实验评估了多运营商可重构智能表面（RIS）辅助链路的共存性。通过在5.1–5.3 GHz频段、50–100 MHz频率间隔下，对两条独立的SISO链路优化RIS相位偏移，研究结果表明，两条链路可同时实现低误码率（BER < 10⁻³）和低误差矢量幅度（EVM < 10%），证明在共享射频环境中干扰极小，且服务质量（QoS）共存具有鲁棒性。

ABSTRACT

In this work, we present reconfigurable intelligent surface (RIS)-assisted optimization of the multiple links in the same indoor environment. Multiple RISs from different operators can co-exists and handle independent robust communication links in the same indoor environment. We investigated the key performance metrics with the help of two simultaneously operating RIS-empowered robust communication links at different center frequencies in the same indoor environment. We found with the help of bit error rate (BER) and error vector magnitude (EVM) measurements that two operators can co-exist in the same RF environment without seriously impacting quality of service of users.

研究动机与目标

• 研究不同运营商的RIS辅助通信链路在共享室内射频环境中的共存性。
• 评估同频和邻频干扰对误码率（BER）和误差矢量幅度（EVM）等关键性能指标（KPI）的影响。
• 评估在不同中心频率下，对多条链路独立进行RIS相位优化的有效性。
• 确定在密集室内场景中，RIS辅助链路是否能在不相互降低性能的前提下维持高质量服务。
• 通过基于软件定义无线电（SDR）的试验平台，为真实室内条件下多运营商RIS部署的可行性提供实证验证。

提出的方法

• 在5.1–5.3 GHz频段部署两台全双工USRP X310 SDR设备，配备UBX-160射频卡，实现独立的发射机与接收机操作。
• 使用两个独立的RIS，通过相位偏移重新配置，分别对各自SISO链路进行独立优化，以最小化EVM和BER。
• 在具有丰富散射特性的室内办公室环境中进行测量，包含家具和IT设备，重点研究发射机-RIS-接收机级联链路。
• 采用QPSK调制波形，分别在帧同步前测量EVM，在数据恢复后测量BER。
• 通过迭代相位偏移调整实现RIS优化，以最小化EVM和BER，并利用星座图实时监控优化过程。
• 评估两种场景：共位置RIS（相同位置）和分离RIS（沿x轴和y轴分布），中心频率差分别为50 MHz和100 MHz。

实验结果

研究问题

• RQ1 来自不同运营商的两条RIS辅助链路是否能在同一室内射频环境中共存，且不会造成显著服务质量（QoS）下降？
• RQ2 频率间隔（50 MHz与100 MHz）如何影响多RIS场景下的干扰水平和KPI性能？
• RQ3 当两条链路同时激活时，RIS相位优化在多大程度上改善了每条链路的EVM和BER？
• RQ4 RIS的峰值响应频率是否会影响链路性能，以及其对共存性有何影响？
• RQ5 传播条件（有利与不利初始状态）如何影响多链路设置中RIS优化的收敛性和性能？

主要发现

• 在所有测试配置下，两条RIS辅助链路的EVM均优化至10%以下，BER低于10⁻³，表明通信质量极高。
• 在共位置RIS场景中，5.2 GHz链路的EVM和BER始终低于5.1 GHz链路，原因在于RIS在5.2 GHz处具有峰值响应。
• 在分离RIS场景中，EVM和BER的优化模式高度一致，表明链间干扰极小。
• RIS在或接近其工作频率（5.2 GHz）时表现出有效的波束成形，无论初始传播状态如何，靠近5.2 GHz频率时均观察到更高的瞬时EVM。
• 当频率间隔为50 MHz（5.175 GHz与5.225 GHz）时，两条链路均实现了稳定的EVM和BER优化，证实了在窄频率间隔下的鲁棒性。
• 初始阶段仅在RIS迭代早期观察到BER，但一旦实现有利传播条件，BER即降为零，表明优化过程成功收敛。