In this paper, we investigate the use of intelligent reflecting surfaces (IRSs) to relax the line-of-sight requirement of free space optical (FSO) systems. Considering a Gaussian laser beam, we first design a phase-shift distribution across the IRS that enables the reflection of the incident beam in any desired direction, i.e., realizing the generalized law of reflection. Moreover, for the designed phase-shift profile, we show that there exists an equivalent mirror-assisted FSO system that generates a reflected electric field on a mirror that is identical to that on the IRS in the original system. However, the location of the laser source and the properties of the emitted Gaussian laser beam are different in the original and the equivalent systems. This equivalence allows us to study the mirror-assisted system, employing the image method from geometric optics, instead of directly analyzing the original IRS-assisted system. Based on this analysis, we model the geometric and misalignment losses (GML) and characterize the impact of the physical parameters of the IRS, such as its size, position, and orientation, on the end-to-end FSO channel. Moreover, we develop a statistical model for the GML which accounts for the random movements of IRS, transmitter (Tx), and receiver (Rx) due to building sway. Furthermore, we analyze the outage probability of an IRS-assisted FSO link based on the derived channel model. Our simulation results validate the accuracy of the developed channel model and offer various insights for system design. For instance, both our simulations and theoretical analysis reveal that even if the variances of the fluctuations of the Tx, IRS, and Rx positions caused by building sway are identical, their impact on the end-to-end channel is not necessarily the same and depends on the relative positioning of these three nodes.


翻译:在本文中,我们调查智能反射表面(IRS)的使用情况,以放松自由空间光学系统(FSO)的视线要求。但是,考虑到高斯激光光束,我们首先设计在IRS中进行分阶段分布,以便能够在任何理想的方向上反映事件光束,即实现普遍的反射法则。此外,对于设计的分阶段配置剖面,我们显示有一个等效镜辅助FSO系统,在镜子上产生一个反射电磁场,这与原系统中IRS的直观要求不相同。然而,激光源的位置和所发射高斯激光光束的频道特性在原始系统和同等的系统中是不同的。这个等等值使我们能够研究镜子辅助系统,从几何光学角度直接分析原始的IRS定位系统。基于这一分析,我们用I-I模型模拟和误差值损失(GML)并描述IRS的物理参数的影响,例如其直径直径直值、位置和直径直径直径径的光线的光学源的光学源源、直径直径直径直径直径、直径直径直径直的直径直径直径分析系统,以及直径直径向导的直径直径向导的直径直径向导的系统,我们向导的直向导的直向导的直向导的流的直向方向的直向方向的系统向导的系统。

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