中國移動研究院6G團隊研究成果在國際頂級期刊《IEEE Communications Magazine》上發(fā)表

  近日，中國移動研究院6G團隊在通信領(lǐng)域頂級刊物《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?！禝EEE 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，通過數(shù)字編程的方式智能控制電磁超表面各個單元的電磁特性，實現(xiàn)對空間電磁波的調(diào)控，降低無線網(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。

  研究團隊從產(chǎn)業(yè)界的角度對RIS中繼進行分析梳理，旨在借鑒以往的標準化和部署經(jīng)驗，為其未來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)的有機融合，論文首先簡要回顧了4G長期演進(LTE)中的兩項與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)，從它們的標準化歷程總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，包括技術(shù)的多階段過渡的必要性，過度設(shè)計的弊端，通用部署場景的重要性等。在此基礎(chǔ)上，指出了RIS未來能否實現(xiàn)大規(guī)模商用的三個重要方面，包括3GPP標準化、RIS設(shè)備的硬件和控制、以及RIS輔助通信的信道建模。

3GPP RIS標準化、RIS 硬件/控制和RIS信道建模的各個演進階段

  在3GPP標準化方面，文章先將RIS和現(xiàn)階段在3GPP R18標準化版本中的NCR進行對比，分析了兩者在系統(tǒng)參數(shù)、操作、控制信號細節(jié)等方面的異同，隨后指出在接下來的R19和R20標準化版本中的RIS研究可分兩步開展：第一步主要根據(jù)大尺度衰落來調(diào)整反射進行波束域的控制;第二步將實現(xiàn)更加動態(tài)的RIS控制，支持更精準的波束賦形和高級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)計中一些迫切需要解決的問題，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相位計算復(fù)雜度還取決于控制信號設(shè)計，傳輸開銷和計算復(fù)雜度的權(quán)衡也是系統(tǒng)設(shè)計需要重點考慮的。

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是一種含大量無源器件的材料，很難分別單獨測量每個RIS單元的信道。同時，為了充分發(fā)揮其性能潛力，需要RIS面板有足夠的孔徑，這使得傳播場景變?yōu)榻鼒?，給信道建模帶來了挑戰(zhàn)。因此，在下一個R19標準化版本中的RIS，第一步可以假設(shè)RIS面板的尺寸中等不大，在遠場條件成立下，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)擴展為級聯(lián)信道模型。在未來的R20標準化版本中，RIS板的尺寸可以非常大，近場效應(yīng)顯著，可以酌情考慮射線跟蹤的方法進行確定性信道建模，能夠更準確地描述復(fù)雜環(huán)境和部署場景下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)各個演進階段的重點攻關(guān)目標，指明了RIS的研究路線，為RIS的標準化提供參考，為6G無線通信的發(fā)展提供有力的支撐。

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