中國(guó)移動(dòng)研究院6G團(tuán)隊(duì)研究成果在國(guó)際頂級(jí)期刊《IEEE Communications Magazine》上發(fā)表

  近日，中國(guó)移動(dòng)研究院6G團(tuán)隊(duì)在通信領(lǐng)域頂級(jí)刊物《IEEE Communications Magazine》上發(fā)表題為《Reconfigurable Intelligent Surface Relay: Lessons of the Past and Strategies for Its Success》 的論文。《IEEE Communications Magazine》是SCI檢索工程技術(shù)類一區(qū)期刊，影響因子9.03。

  智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)是一種新型的人工電磁表面，通過(guò)數(shù)字編程的方式智能控制電磁超表面各個(gè)單元的電磁特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間電磁波的調(diào)控，降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的能量消耗并提高頻譜效率，是6G潛在關(guān)鍵技術(shù)之一。

  研究團(tuán)隊(duì)從產(chǎn)業(yè)界的角度對(duì)RIS中繼進(jìn)行分析梳理，旨在借鑒以往的標(biāo)準(zhǔn)化和部署經(jīng)驗(yàn)，為其未來(lái)的成功部署提供策略。RIS中繼是中繼技術(shù)與多天線技術(shù)的有機(jī)融合，論文首先簡(jiǎn)要回顧了4G長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)中的兩項(xiàng)與RIS密切相關(guān)的技術(shù)：中繼技術(shù)和全維多輸入多輸出技術(shù)(FD-MIMO)，從它們的標(biāo)準(zhǔn)化歷程總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，包括技術(shù)的多階段過(guò)渡的必要性，過(guò)度設(shè)計(jì)的弊端，通用部署場(chǎng)景的重要性等。在此基礎(chǔ)上，指出了RIS未來(lái)能否實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用的三個(gè)重要方面，包括3GPP標(biāo)準(zhǔn)化、RIS設(shè)備的硬件和控制、以及RIS輔助通信的信道建模。

3GPP RIS標(biāo)準(zhǔn)化、RIS 硬件/控制和RIS信道建模的各個(gè)演進(jìn)階段

  在3GPP標(biāo)準(zhǔn)化方面，文章先將RIS和現(xiàn)階段在3GPP R18標(biāo)準(zhǔn)化版本中的NCR進(jìn)行對(duì)比，分析了兩者在系統(tǒng)參數(shù)、操作、控制信號(hào)細(xì)節(jié)等方面的異同，隨后指出在接下來(lái)的R19和R20標(biāo)準(zhǔn)化版本中的RIS研究可分兩步開(kāi)展：第一步主要根據(jù)大尺度衰落來(lái)調(diào)整反射進(jìn)行波束域的控制;第二步將實(shí)現(xiàn)更加動(dòng)態(tài)的RIS控制，支持更精準(zhǔn)的波束賦形和高級(jí)MIMO功能。

  在硬件和控制方面，由于RIS元件微電磁環(huán)境復(fù)雜、分辨率有限以及超表面器件的非理想特性，實(shí)際入射角與反射角的關(guān)系可能與理論公式發(fā)生偏差。因此，文中指出在RIS硬件設(shè)計(jì)中一些迫切需要解決的問(wèn)題，例如在較寬的入射角度范圍內(nèi)，如何保證角度關(guān)系的一致性等。此外，RIS相位計(jì)算復(fù)雜度還取決于控制信號(hào)設(shè)計(jì)，傳輸開(kāi)銷和計(jì)算復(fù)雜度的權(quán)衡也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的。

RIS硬件仿真結(jié)果顯示入射角、反射角與單元相位之間的關(guān)系

  在RIS輔助通信的信道建模方面，由于RIS是一種含大量無(wú)源器件的材料，很難分別單獨(dú)測(cè)量每個(gè)RIS單元的信道。同時(shí)，為了充分發(fā)揮其性能潛力，需要RIS面板有足夠的孔徑，這使得傳播場(chǎng)景變?yōu)榻鼒?chǎng)，給信道建模帶來(lái)了挑戰(zhàn)。因此，在下一個(gè)R19標(biāo)準(zhǔn)化版本中的RIS，第一步可以假設(shè)RIS面板的尺寸中等不大，在遠(yuǎn)場(chǎng)條件成立下，主要建模大尺度衰落，將廣泛使用的GBSM信道模型(3GPP TR 38.901中使用)擴(kuò)展為級(jí)聯(lián)信道模型。在未來(lái)的R20標(biāo)準(zhǔn)化版本中，RIS板的尺寸可以非常大，近場(chǎng)效應(yīng)顯著，可以酌情考慮射線跟蹤的方法進(jìn)行確定性信道建模，能夠更準(zhǔn)確地描述復(fù)雜環(huán)境和部署場(chǎng)景下RIS信道的特性。

  文章整體從工業(yè)界的視角建議了RIS技術(shù)各個(gè)演進(jìn)階段的重點(diǎn)攻關(guān)目標(biāo)，指明了RIS的研究路線，為RIS的標(biāo)準(zhǔn)化提供參考，為6G無(wú)線通信的發(fā)展提供有力的支撐。

  文章鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9895380