智能超表面系统的通信感知一体化：现状、设计与展望

通信感知一体化（integrated sensing and communication,ISAC）是6G的主流趋势,将ISAC引入智能超表面（reconfigurable intelligent surface,RIS）系统,具有扩展系统覆盖范围、提升通信和感知性能、降低系统成本和功耗三大优势。在概述和分析RIS系统ISAC研究现状的基础上,提出了两种非正交ISAC方法,支持盲区用户在非正交时频资源上的通信和感知,最后探讨了RIS系统ISAC的技术挑战和未来发展。     

可重构智能表面辅助的通信感知一体化系统

通信感知一体化（ISAC）是6G移动通信的候选技术之一,可实现感知和通信的集成和优势互补。可重构智能表面（RIS）能够智能地控制传播环境,提高网络的容量和覆盖率,已成为6G实现广泛连接的一项关键技术。认为将RIS部署于ISAC系统可以提供一个新的通信和感知性能优化维度。从ISAC的研究意义出发,探讨ISAC的关键技术,概述RIS的工作原理及其在感知系统和通信系统中的应用,并重点分析RIS辅助ISAC以更好地实现感知目标和服务通信用户的研究现状。     

基于RIS辅助的通信感知一体化技术研究

随着更大带宽、更高频段和更大规模天线阵列的使用,现代无线通信系统展现出了越来越强的空间辨识能力,表明了通信与感知融合的巨大潜力。立足于智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)辅助通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication, ISAC)技术,考虑通信感知性能边界,从信息论角度提出通感性能权衡方法,并结合多种通信、感知性能指标,构建ISAC网络完备的性能权衡理论体系。结合RIS辅助通信硬件结构特征,设计高精度、低复杂度的通信感知传输技术。设计通信感知多载波发射波束,采用RIS实现高低频协作大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)通信感知波束优化,协同控制功率和调度无线资源,实现通信感知资源最优部署。旨在形成新型的RIS辅助通信感知增强框架,提升网络整体性能。     

可重构智能表面辅助通信系统网络架构演进综述

随着无线通信技术的发展,越来越多的无线终端接入到通信系统中,对通信网络造成很大的业务承载与传输压力,尤其是障碍物严重阻挡或强信道衰落情况下,使得接收机信号以及系统频谱效率下降现象日益严峻。为了解决该问题,近年来,可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)作为一种有效的6G候选技术被提出。RIS可以通过电磁调控方式主动改变信道传输质量,从而能够解决无线通信系统频谱效率受限、信号补盲、绕障通信等现实难题。基于此,对RIS辅助通信网络架构演进进行了研究。介绍了RIS的基本概念,并对其三种基本网络架构进行了分析与对比;根据不同的信号传输类型和传输环境,对RIS辅助通信网络架构进行了分析与设计;对当前网络架构发展所面临的挑战以及未来研究趋势进行了展望,为RIS辅助通信系统性能分析、资源分配、网络优化、RIS位置部署提供帮助。     

面向新一代移动通信的智能超表面技术综述

智能超表面（reconfigurable intelligent surface,RIS）技术是6G的潜在关键技术之一,具有低成本、低功耗和易部署等特点。通过智能地调控空间中的电磁波,RIS 可以辅助构建智能可控的无线电磁环境,从而为移动通信的发展提供一种新范式。首先,对 RIS 的基础原理、主要技术优势和应用场景进行了分析。其次,对RIS应用于通信传输中的信道估计、波束成形等关键技术进行了探讨,并给出了相关研究建议。最后,从硬件实现、算法设计和网络部署3个方面分析了目前RIS技术在实际应用中面临的主要挑战。     

智能超表面近场通信的机遇与挑战

实现无线环境的智能可控是无线通信领域研究的热门课题之一。作为6G的关键技术之一,智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)被认为是一种革命性的电磁环境调控技术。RIS以绿色、低成本的方式显著提升网络性能,通过对发射机和接收机以及传播环境的联合优化,重新定义无线系统的传播范式,构建智能可控的无线传播环境。RIS通常依赖于无源被动调控机制,但这种机制带来乘性路径损耗问题,超大规模调控单元的部署十分必要。随着阵列尺寸的扩大以及频率的提高,传统的平面波假设不再适用,近场传输不可避免。为了更精确地刻画RIS近场传输,需要研究近场球面波的传输模型及其在辐射近场区域的影响。深入分析RIS辅助的近场无线通信系统的信道模型,针对性地设计了适应性预编码方案和传输策略,旨在充分利用RIS辅助近场通信的潜在优势,提升整个无线通信系统的性能和效率。     

5.5G通信感知网络架构关键问题研究

<正>随着5G技术不断发展,毫米波和空间天线技术推动了5.5G通信感知融合架构研究。在未来6G通信系统中,更高的频段（毫米波、太赫兹甚至可见光）、更宽的频带都将为通信系统集成无线感知能力提供可能。未来网络将利用通信感知融合技术实现对目标的检测、定位、识别、成像等感知功能,获取周边环境信息,智能精确地分配通信资源,挖掘潜在通信能力,增强用户体验。近年来,通信感知融合技术研究成为业界关注的重点课题。2021年5月IMT-2030(6G)推进组在《6G总体愿景及潜在关键技术白皮书》中预测,通信感知融合技术是5.5G/6G潜在关键技术之一。2021年7月,IMT-2020(5G)     

多个可重构智能表面辅助的双向通信系统中断概率分析

可重构智能表面(RIS)可以智能地改变无线传播环境来显著提高通信性能,被视为6G的潜在关键技术之一。为了进一步提升RIS辅助通信系统的性能,该文提出一种双向RIS选择方案,通过引入全双工技术和自干扰消除技术,有效提高了系统传输效率。研究了所提方案在瑞利衰落信道下的中断性能,推导了所提系统的中断概率的闭合表达式,得到了系统中断概率与系统中RIS反射单元的数量、RIS个数等系统参数之间的函数关系。最后,蒙特卡罗仿真验证了推导的准确性和所提方案的性能优势。     

低开销智能反射面辅助无线通信研究综述

智能反射面（RIS）为无线网络注入新型绿色资源，但也带来了新的组网开销，成为制约其实际应用的关键。在考虑开销的基础上，RIS是否依然能够发挥其赋能无线通信的潜在价值、如何降低RIS开销，以及如何减小RIS开销的影响，是亟待探索的问题。对低开销RIS辅助无线通信进行了系统综述，梳理了RIS开销模型，包括RIS通信开销模型和RIS电路开销模型，分析了开销问题对RIS协助无线网络性能的负面影响，并整理了5种常见的低开销方案。结合6G网络发展趋势，对未来亟待解决的RIS开销问题及相关研究方向进行了总结。本研究有助于激发RIS的无线赋能潜力，从而推进RIS技术在更多场景中的应用。     

超大规模智能反射面辅助的近场移动通信研究

超大规模智能反射面(Extremely Large-scale Intelligent Reflecting Surface, XL-IRS)是未来6G通信系统的一个关键备选技术,其可以通过调节信号的反射来实现无线传播环境的智能可重构,从而大幅提升未来通信系统的性能。不同于现有研究工作主要关注于远场通信的小规模IRS,考虑建模更加准确的XL-IRS辅助近场通信场景。指出XL-IRS辅助通信系统中考虑近场信道模型的重要性,介绍XL-IRS系统中的近场信道建模,指出近场信道模型下的通信性能极限。从基站波束对准、XL-IRS波束训练以及波束跟踪三方面详细阐述XL-IRS辅助通信的波束管理设计方法,针对XL-IRS辅助的通信感知一体化(Integrated Sensing and Communicatioin, ISAC)的场景,详尽讨论其在近场通信的关键设计难题以及有前景的解决办法。     

太赫兹智能可重构超表面

未来6G网络将是物理世界和数字世界的融合,实现万物互联、智能感知的场景.智能可重构表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)是未来6 G通信重要发展方向.在微波频段智能可重构超表面的研究基础上,提出了一种太赫兹频段智能可重构超表面.该超表面单元加载PIN二极管作为有源器件对电磁...     

基于智能超表面的6G近场网络构建

近年来,近场传播特性的研究备受关注,尤其是基于RIS的近场技术成为研究的热点。目前尚缺乏对基于RIS的近场技术进行全面梳理的文献。首先简要概述了近场技术的基本概念,然后分别从三个方面系统地梳理了基于RIS的近场技术研究进展及挑战,包括RIS构建泛在的近场无线传播环境、使能6G网络的近场新范式以及基于RIS的近场技术面临的挑战等。通过技术梳理,期望对RIS和近场技术研究工作起到推进作用。     

RIS辅助卫星物联网中基于压缩感知的SCMA信号重构

卫星物联网是未来6G网络重要组成部分,在地面部署可重构智能反射面（Reconfigurable Intelligence Surface, RIS）则能进一步增强天地之间信号的传输能力;然而海量设备的接入和检测,以及RIS的引入带来的较高复杂度,给系统设计与实现带来挑战。针对卫星物联网设备和业务稀疏特性,本文提出了一种基于压缩感知的信号重构算法,旨在提高系统的接入用户数和检测成功率,同时降低检测的复杂度。首先,介绍了RIS辅助的卫星物联网系统架构,构建了天地信道模型和星上接收信号模型。然后考虑到卫星物联网地面终端的稀疏性和业务的稀疏性,结合稀疏码分多址（Sparse Code Multiple Access,SCMA）和压缩感知的信号处理方法,通过合理设计SCMA中的稀疏码字,将多用户检测转化为压缩感知理论中的信号重构。最后提出了一种演进的近似消息传播算法（Evolved Approximate Message-Passing,EAMP）来实现压缩感知中的信号重构。仿真结果表明,RIS辅助的SCMA系统与功率域的非正交多址接入技术相比可以提高系统的吞吐量性能,同时EAMP算法相比传统的SIC算法具有更高的正确检测概率和更低的算法复杂度。      

智能超表面辅助6G通感算深度融合关键技术

为支撑新兴业务实施和产业升级，未来无线通信网络将提供通信、感知、计算（通感算）的融合服务。智能超表面作为6G重要的备选技术，能有效提升系统的通信、感知、计算性能，具有构建通感算一体化系统的潜力，近年来得到广泛关注。为此，首先介绍了智能超表面辅助的通感算融合系统的研究现状，进一步介绍智能超表面辅助通感算融合的关键技术，最后分析了智能超表面辅助通感算融合网络的技术挑战。对智能超表面在通感算领域的应用做了系统地阐述，为未来通感算融合网络提供技术支撑。     

智能超表面性能仿真与测试

作为6 G的潜在关键技术之一,智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)通过改变电磁波的电磁特性,可以智能地重构无线传播环境.对RIS辅助通信系统在不同场景和系统参数配置条件下的性能进行了数值仿真、系统级仿真和外场测试.仿真和测试结果表明,RIS不但可以扩大用户覆盖范围,...     

基于智能超表面的室内覆盖增强技术研究与实验验证

智能超表面(RIS)通过打造可重构主动智能无线环境,打破了无线通信系统中被动电波传播的局限性,为5G-Adv和6G发展创造了新的契机。该文介绍了RIS系统架构与工作原理,包括硬件设计与波束聚合原理等。搭建了RIS辅助的无线通信实验测试系统,通过对比无RIS、随机码本RIS及赋形码本RIS 3种情况下的测试结果,验证了RIS通过反射波束赋形实现覆盖增强的能力。     

6G通信感知一体化系统的性能指标

面向6G通信感知一体化（ISAC）系统,从业务共存、能力互助、网络共惠3个阶段研究了技术演进趋势,明确给出各阶段的系统设计目标和性能指标需求。从通信性能、感知性能、资源分配和应用场景等维度,提出影响6G ISAC系统性能的四维边界因素。基于提出的通感效率和通感效用两个新的性能指标,仿真评估了典型场景下的通信感知一体化系统性能,为后续进一步开展6G ISAC的系统设计和评估验证工作提供了重要参考。     

基于无源可重构智能超表面的室内无线信号覆盖增强

可重构智能超表面（RIS）是一种新型人工电磁材料,可灵活调控电磁波的频率、幅度、相位、极化、传播方向、波形等特性。在无线通信领域,可利用RIS重构无线通信信道,实现无线信号的盲区覆盖,提高通信质量。首先,概述了RIS技术的发展和研究现状,分析了RIS的关键技术和应用场景。然后,提出了一种新型无源RIS,通过无源编码和拼接原理实现了RIS口径可重构和波束可重构特性,具有低成本、低功耗、低复杂度的优点。最后,在实际室内环境下进行了基于无源RIS的室内无线信号盲区覆盖增强实验。通过仿真与实测对比,证明了无源可拼接超表面在无线通信补盲场景应用中的有效性。此外,针对5G/6G毫米波通信,设计了双层十字交叉振子无源RIS,应用到室内典型的L形走廊场景,验证了无源RIS对室内无线信号覆盖的增强效果。     

毫米波无线通信发展趋势及技术挑战

未来无线通信系统面临传统频谱资源短缺与无线业务需求爆炸性增长的瓶颈问题,拥有丰富可用频谱资源的毫米波通信成为下一代无线宽带蜂窝通信的有效选择.然而,传输路径损耗大、氧气及水分子吸收严重等特性给毫米波通信带来了极大挑战,需寻求不同于低频段无线通信的技术途径.在分析毫米波传输特性后,对毫米波通信技术研究进展、射频前端进行了比较全面的分析,并比较深刻地剖析了毫米波通信的技术挑战,同时提出相应的研究方向.     

面向6G的信息超材料和智能超表面通信与感知技术

目前,信息超材料和智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)已经在全球范围内受到了产业界与学术界的广泛关注,在5G和未来6G网络中具有重要机遇和应用前景。针对信息超材料和智能超表面在6G时代通信和感知的需求,分析与阐述了基于信息超材料和RIS的通信与感知理论、基本算法和系统设计,并对信息超材料和RIS的进一步发展进行了展望。