摘要：智能反射面（Intelligent Reflecting Surface， IRS）是近年来无线通信领域内的一项新型革新技术。通过配置其上每个无源反射元件的反射相移和幅度，可以实现对无线信道环境的灵活操控。然而，现有单IRS系统在提升信号质量和扩展覆盖范围方面存在局限性，如何优化多IRS协作的信道建模与波束成形仍然是一个开放问题。为此，提出并分析了一种3-IRS协作辅助的无线通信系统，即信号从基站经过IRS1、IRS2和IRS3最终到达用户端，设计了适应多IRS协作场景的信道矩阵模型，并推导出信号传输链路的表达式，同时设计了一种优化的无源波束成形矩阵，以最大化系统功率增益。基于仿真实验对所提方法进行了验证，并与现有算法进行了对比。结果表明，在视距信道条件下，当元件数量足够多时，部署3-IRS的信噪比（Signal-to-Noise Ratio， SNR）性能显著优于部署单个IRS。具体而言，当元件数量从1200增加到2400时，单个IRS系统中的SNR提升约为6dB，功率增益提升约为4倍；而在3-IRS系统中，SNR提升约为18dB，功率增益提升约为64倍。在多IRS协作下，系统的信号质量和传输性能显著提高，且增益表现出明显的非线性增长。而针对其他复杂信道，进一步探讨了3-IRS系统中SNR与IRS元件数量的关系，突出合理部署IRS对提升多IRS系统性能的重要性。实验结果与现有算法进行对比，展示了所提方法在SNR、功率增益等关键性能指标上的显著提升，表明了多IRS协作方法重要的应用前景和实际价值。虽然部署更多IRS可以获得更大的功率增益，但是在实际应用中还需考虑能量损耗和IRS元件的成本，这为IRS数目的选择提供了参考标准。
文章目录
0 引 言
1 系统模型
2 信道建模和联合无源波束成形设计
2.1 信道建模
2.2 联合无源波束成形设计
3仿真结果
4结束语
