6G智能超表面技术研究报告_2025_-RIS任务组_59页_5mb

6G智能超表面技术研究报告总结

核心内容概述

本报告由IMT-2030（6G）推进组RIS任务组编写，聚焦于6G标准化研究中智能超表面（RIS）技术的工程化现状、关键技术进展、信道建模与标准化影响分析。RIS作为一项具有广阔前景的6G核心技术，其可编程人工超材料特性能够智能调控电磁波传播环境，为未来移动通信网络开辟了全新范式。报告从部署场景、关键技术、信道建模、标准化影响及外场验证等多个维度，系统梳理RIS技术的现状与未来发展方向。

主要观点与关键信息

一、典型部署场景

• 构建多层网络架构：RIS可作为无源/半无源节点部署在宏基站层与辅助节点层之间，通过智能反射机制优化网络拓扑结构，提升系统能效。实测表明，该架构可实现30%以上的能量效率提升，尤其在低负载场景中表现显著。
• 提升网络能效：RIS具有极低的功耗（如自适应波束成形RIS单元功耗约为0.4毫瓦），可显著改善信道传播条件，从而降低系统整体能耗。
• 使能中高频连续覆盖：RIS可有效解决毫米波等中高频段信号传播损耗大、穿透能力弱的问题，通过反射路径实现虚拟视距传输，提升覆盖性能。
• 基于RIS的新型相控阵天线：RIS可作为天线阵列，实现模拟波束赋形，具有单元易扩展、波束赋形增益高、控制电路功耗低等优势，适用于6G的绿色通信需求。

二、关键技术最新研究进展

• 能量折中的传输设计：研究提出EEPE算法，基于实测功耗模型实现能效最大化，可降低RIS总功耗约54%，并提升能效约100%。
• 多RIS系统信道估计：采用张量分解方法，结合遮挡处理方案，提升信道估计精度与鲁棒性。
• RIS使能多用户组间信道正交化：通过分布式部署与相移优化，降低用户间干扰，提升空间复用能力。
• RIS辅助去蜂窝大规模MIMO系统联合优化设计：提出基于深度学习-差分进化联合优化算法框架，实现波束赋形与码长的协同优化，提升系统频谱效率。
• 圆柱形超表面辅助低复杂度传输方案：基于UCA-RIS架构，通过划分用户专属单元与共享单元，降低计算复杂度并提升系统性能。

三、信道建模

• 标准化议题：RIS信道建模需关注级联信道、物理模型、模型简化、耦合效应及新特性等。
• 级联信道模型：RIS辅助通信链路需考虑基站-RIS、RIS-用户设备及RIS自身物理特性，构建复杂信道模型。
• 物理模型：包括等效辐射方向图、RCS模型、余弦模型、TR 38.901天线模型及电磁仿真角度依赖模型。
• 模型简化：提出基于功率占比的簇删减方法，有效降低计算复杂度，同时保留主要信道特征。
• 信道耦合：引入功率控制因子 $O_{RIS}$，建模RIS对直连信道路损的影响，提升信道建模精度。
• 路损模型：提出RIS-FI模型，考虑RIS阵列增益、距离因素，适用于近场与远场场景。

四、标准化影响分析

• 潜在RIS类型：包括网络控制型与终端控制型RIS，分别适用于不同场景需求。
• 标准化设计原则：需兼顾系统架构、控制信令、参考信号与波束管理等，确保RIS的广泛应用。
• 潜在标准化工作：包括RIS系统架构、信道建模、功率控制、干扰管理等，为RIS技术的标准化提供框架。

五、RIS测试及外场验证

• 室内覆盖增强：在大型商场、体育场馆、写字楼等场景中，RIS可改善信号盲区，提升信号强度与质量。
• 室外覆盖增强：通过分布式多RIS部署，实现更大范围的信号覆盖与优化。
• 多用户调度：RIS在多用户场景中展现出良好的干扰抑制能力，提升系统性能。
• 邻频干扰性能：RIS可有效减少邻频干扰，提升频谱利用率。
• 新型相控阵列多流测试：实测验证了RIS在多流传输中的性能，支持6G高密度通信需求。

结论

本报告系统梳理了RIS技术在6G标准化进程中的现状与挑战，提出了多项关键技术研究进展与标准化建议，为RIS的工程化部署与标准化工作提供了重要参考。RIS凭借其低成本、低功耗、易部署等优势，在6G网络中展现出广阔的应用前景，尤其在提升网络能效、实现中高频段覆盖及支持新型天线架构等方面具有显著优势。通过仿真与实测验证，RIS技术在提升系统性能、降低计算复杂度及增强通信可靠性方面表现良好，为6G通信技术的未来发展奠定了坚实基础。