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1.引言
第五代移动通信(the5thGenerationMobileCommunication,5G)网络已经商用落地四
年,网络基础日益完备,创新能力不断增强,赋能效应持续凸显,赋值效应更加显著。截止
2023年,全球已累积建设5G基站约481个,5G移动电话用户大14.2亿户。5G行业应用
也已经融入60个国民经济大类,成为推动实体经济数字化转型升级的“加速器”。大规模
多输入多输出(Multi-InputMulti-Output,MIMO)、毫米波通信(millimeterwave,mmWave)
等新型关键技术创新为移动通信系统代际更迭注入源源不断的活力,将网络容量提升千倍,
为千亿台设备提供泛在连接。然而,5G关键技术所带来的高复杂度、高成本、高能耗等问
题尚未解决。例如,将大规模MIMO的应用从6GHz以下频段扩展到mmWave频段通常需
要更复杂的信号处理以及更昂贵、更耗能的射频硬件。因此,未来第六代移动通信(the6th
GenerationMobileCommunication,6G)将继续探索更高的频谱效率、更高的能量利用效率
和更高的成本效益,以实现更大的容量、更低的延迟、更高可靠性、更高安全性和更全面覆
盖的美好愿景。
智能超表面(ReconfigurableIntelligentSurface,RIS)是一种通过可调电磁元件控制电
磁波传播特性的新技术,由紧密排布的低成本无源电磁超材料构成,通过引入可调器件阵列
和控制模块,使得每个元件的工作状态独立可调,引起入射信号的振幅和/或相位变化,从
而实现细粒度的三维波束赋形。RIS可以作为中继节点赋能通信网络,有望打破传统无线环
境的随机性和不确定性为移动通信网络带来的不可控因素,重塑无线传播环境,提供了新的
自由度,并为实现智能和可编程无线环境开辟了道路。RIS具有低功耗、低成本、低热噪声、
全双工和易部署等优势,具备面向未来网络的部署潜力。
RIS作为一种新兴的跨学科技术,需要无线通信、射频工程、电磁学和超材料等学科的
的协同配合,全球学术和产业界已开展了相关的研究和试验工作。经过几年如火如荼的研究,
智能超表面技术的研究已取得一定突破,面向商用落地,业界在共同努力,积极攻克工程化
挑战,逐步向低成本、低功耗和易部署的技术目标迈进,为RIS在未来的广泛部署夯实基
础。
本白皮书从应用场景、关键技术、验证测试、工程实践和标准化几个方面梳理了业界的
最新进展,以凝聚业界对该技术价值的共识,同时提出了RIS在未来网络部署中可能面临
的挑战,倡导业界一同攻克部署难题,为早日商用落地开辟道路。
3/63
2.应用场景
2.1.深度覆盖场景
2.1.1.覆盖补盲场景
智能超表面最典型的应用场景是在无线信道侧,作为一种低成本低功耗的信道环境调控
节点,如图2.1所示,可针对移动网络覆盖补盲、多流增速等深度覆盖需求,部署在基站与
覆盖盲区之间,通过智能超表面按需构造非视距反射路径或改变电磁波透射特性,可有效解
决由于障碍物遮挡产生的室内/外盲区问题,提升室外宏站穿透玻璃覆盖室内的网络质量,
改善小区边缘用户富散射环境,提高小区边缘用户传输性能,以低成本低功耗方式实现深度
覆盖和提速扩容。
RIS部署在基站(BaseStation,BS)和覆盖盲点之间,以动态构建非视线反射路径或
改变电磁波传输特性。蜂窝网络中存在信号被障碍物阻挡的覆盖盲区,包括建筑物的阴影区、
密集城市地区的街角、室内外(或车内车外)之间的边缘。在上述场景中,RIS可以部署在
基站和覆盖盲区之间,通过有效反射/传输传输信号到达覆盖盲区来提高覆盖性能。
(a)(b)(c)
图2.1基于智能超表面的信道侧辅助通信组网场景:(a)覆盖补盲(b)O2I覆盖增强
(c)室内覆盖
2.1.2.低成本广覆盖场景
此外,智能超表面还可以用于优化有源天线单元(ActiveAntennaUnit,AAU)设计,
实现低成本低功耗小体积的广角高增益AAU。在现有5GAAU基础上,集成无源反射式智
能超表面阵面,既可以实现一体化动态智能调控,扩展基站覆盖角度,又可以有效提升天线
阵面口径增益,增加基站覆盖增益,如图2.2所示。在现有5GAAU基础上,集成
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