【IMT-2030_6G_推进组】2024年面向6G的智能超表面技术研究报告_54页_19mb

面向6G的智能超表面技术研究报告总结

核心内容

本报告围绕**智能超表面（RIS）**技术在6G中的应用潜力、信道建模与仿真方法、关键技术与工程化研究、标准化影响等方面展开深入探讨。RIS作为一项具有革命性的赋能技术，能够通过可编程的人工超材料实现对电磁波传播特性的智能调控，为6G网络的覆盖增强、传输优化和系统性能提升提供关键支撑。

主要观点

• RIS技术优势：RIS具备低成本、低功耗、大尺寸、可编程等特性，能够灵活调控电磁波传播路径，构建智能无线环境，为6G提供新的网络范式。
• 应用场景：RIS在6G中可应用于基站增强、网络覆盖扩展、低空通信、室内覆盖补盲、O2I/I2O场景等，具备广泛的部署潜力。
• 信道建模与仿真：RIS信道建模需考虑BS-RIS、RIS-UE以及RIS本身的物理特性，采用GBSM原理进行扩展，提出基于3GPP TR 38.901的增强模型，并针对近场和远场传播特性设计不同的建模方式。
• 关键技术：包括低开销传输技术、节能调控、组网部署、波束控制等，RIS通过优化信道获取与反馈机制、基于环形码本的波束控制、以及相位量化方法，实现系统性能的提升。
• 标准化影响：RIS的标准化涉及系统架构、鉴权与管理、控制信息与参考信号、波束失败恢复等多个方面，其纳入6G标准将对通信系统架构和性能指标产生深远影响。

关键信息

RIS赋能基站

• 新型相控阵天线：RIS可作为基站天线的扩展，实现混合波束赋形，提升EIRP，降低大规模天线系统的复杂度和成本。
• 超大规模广角天线：RIS可集成于AAU，通过反射或透射模式扩展基站覆盖范围，提升覆盖距离和速率，改善边远区域的通信质量。
• 直接信息调制发射：RIS能够实现多维（空间、时间、频率、极化）信息调制，提升系统容量和通信效率。

网络覆盖增强

• 远场通信：RIS通过反射电磁波，改善毫米波覆盖盲区，增强信号强度，提升网络覆盖质量。
• 近场通信：基于球面波前假设的波束聚焦方案，可有效提升近场通信的性能，改善室内和室外边缘区域的信号质量。
• 低空覆盖增强：通过部署RIS节点，可实现对无人机、eVTOL等低空设备的覆盖，满足未来低空通信需求。

信道建模与仿真方法

• 总体框架：RIS信道建模需考虑BS-RIS、RIS-UE及RIS本身，与传统通信模型相比更复杂。
• 路径损耗模型：包括修正的FI和CI模型，考虑RIS的部署位置、高度、用户与基站的距离等因素。
• 快衰落模型：基于GBSM原理，建模RIS与基站、用户之间的多径效应，包括到达/离开角、相位、延迟等参数。
• 仿真假设：包括RIS部署方式（小区边缘、中间、随机）、波束赋形方法、信道状态信息反馈机制等。
• 仿真步骤：包括生成RIS辅助通信网络、信道关联、波束优化、接收功率和吞吐量计算等。

关键技术与工程化探讨

• 低开销传输技术：通过选择性获取和反馈部分信道状态信息，减少信道估计与反馈开销，提升系统效率。
• 基于环形码本的宽窄波束切换：通过调整波束焦点位置，实现对控制信道（宽波束）和数据信道（窄波束）的灵活调控。
• 调控鲁棒性：RIS可能受到硬件故障（如PIN二极管失效、面板变形）的影响，导致波束成形增益损失，需通过仿真和设计优化应对。
• 相位量化方法：基于BD-RIS的数学特性，可将调控矩阵分解为功率分配矩阵和相移矩阵，分别进行量化，提升系统可解释性与性能。

标准化影响分析

• 系统架构：RIS可作为网络控制或终端控制的一部分，影响通信系统的整体架构设计。
• 鉴权与管理：需设计RIS的鉴权机制，以确保其在6G网络中的安全接入与管理。
• 控制信息与参考信号：RIS的控制信息与参考信号需标准化，以确保系统间兼容性和通信质量。
• 波束失败恢复：在RIS辅助通信中，需考虑波束失败的恢复机制，以保障6G的低时延和高可靠性要求。

结论

RIS技术作为6G的关键使能技术之一，具有广泛的应用前景和重要的标准化意义。其在基站增强、网络覆盖、低空通信、室内覆盖等场景中表现出显著优势。在标准化过程中，需重点关注信道建模、系统仿真、波束控制、硬件可靠性、系统架构设计等关键问题，以推动RIS技术的工程化和产业化落地。

参考文献与贡献单位

• 参考文献：本报告引用了多项相关研究，包括文献[1]-[34]，涵盖RIS的波束赋形、信道模型、仿真方法、硬件特性等方面。
• 贡献单位：报告由IMT-2030（6G）推进组RIS任务组编写，各章节由不同单位牵头撰写，包括中国联通、中国铁塔、北京邮电大学、东南大学、中国移动、中国电信、中兴通讯等，体现了多机构的协同研究。

附录

• 图目录：包含RIS的结构示意图、信道模型、仿真结果等，为技术分析提供直观支持。
• 表目录：包含网络布局参数、系统参数、信道建模参数等，为仿真与标准化提供参考依据。