2023智能超表面典型应用挑战与关键技术研究报告

北京稻壳科技有限公司BeijingRiceHullTechnologyCo.,Ltd.地址：北京市朝阳区九住路188号IMT-2030(6G)推进组IMT-2030(6G)PromotionGroup 2023年12月版权声明CopyrightNotification未经书面许可禁止打印、复制及通过任何媒体传播©2023IMT-2030（6G）推进组版权所有 IIMT-2030(6G)推进组IMT-2030(6G)PromotionGroup前言智能超表面通过构建智能可控无线环境，将为未来6G带来一种全新的网络范式。作为全新网元和基础使能技术，智能超表面将充分赋能6G网络，满足未来移动通信的巨大需求。智能超表面低成本、低功耗、简单易部署等特性，使其成为国际竞争中备受关注的研究热点，对智能超表面技术的不懈研究将成为未来无线通信的必争之地。2020年6月，IMT-2030（6G）推进组成立了“智能超表面任务组”，标志着智能超表面研究真正开始从学术走向产业。2021年9月17日和2022年11月17日，IMT-2030（6G）推进组分别发布了《智能超表面技术研究报告》（第一版）和《智能超表面技术研究报告（第二版）》。相对已发布的前两版报告，本研究报告作了全面更新，从应用场景、关键技术、标准工作等多个维度展示了智能超表面在理论和工程化应用技术方面的最新进展。第二章应用场景考虑到工程化实践，从之前版本中十余个应用场景收敛聚焦于增强低频覆盖和容量、使能中高频连续覆盖、使能泛在近场、使能泛在感知定位四大智能超表面应用场景，聚焦于智能超表面技术与现网融合的高价值应用；第三章全面综述了智能超表面基础理论及关键技术的最新进展，新增基于智能超表面的近场辐射理论和系统仿真两部分内容；第四章是新增章节，对智能超表面工程化中面临的问题及其对标准化影响进行了全面梳理，探索智能超表面实际应用道路，为未来智能超表面商用做好准备。本报告是由IMT-2030（6G）推进组智能超表面任务组的众多专家共同努力编写完成。感谢各成员单位专家的辛苦付出，并感谢崔铁军院士、东南大学金石教授等资深专家的指导。 IIIMT-2030(6G)推进组IMT-2030(6G)PromotionGroup目录第1章概述..................................................................1第2章典型应用场景..........................................................32.1增强低频覆盖和容量...................................................32.2使能中高频连续覆盖...................................................52.3使能泛在近场.........................................................62.4使能泛在感知与定位...................................................8第3章潜在关键技术..........................................................93.1机理与模型...........................................................93.2面向实现的波束赋形方案..............................................113.3使能近场............................................................153.4使能泛在感知与定位..................................................243.5新型相控阵天线......................................................293.6性能评估方法........................................................30第4章工程化挑战与解决方案.................................................484.1硬件挑战............................................................484.2信道互易性..........................................................494.3极化特性............................................................514.4功耗分析............................................................514.5成本分析............................................................534.6网络部署............................................................544.7潜在标准化工作......................................................55第5章总结与展望...........................................................59参考文献....................................................................60贡献单位....................................................................66 IIIIMT-2030(6G)推进组IMT-2030(6G)PromotionGroup图目录图2.1基于数字编码超表面的收发射机框图[1]...................................................................3图2.2AAU集成反射式智能超表面的超大规模天线设计示意图.....................................3图2.3AAU集成透射式智能超表面的超大规模天线设计示意图.....................................4图2.4基于智能超表面的信道侧辅助通信组网场景.........................................................4图2.5外场测试场景..............................................................................................................5图2.6杭州亚运试点：潮汐效应区域，忙时扩充容量.....................................................5图2.7RIS使能中高频连续覆盖............................................................................................6图2.8近场应用场景..............................................................................................................7图2.9近场定位场景模型[5]...................................................................................................8图2.10RIS辅助定位场景......................................................................................................8图3.1透射、反射、吸波一体化RIS实现形式[11]...........................................................10图3.2有源超表面结构等效路传输模型............................................................................11图3.3条件采样平均（CSM）算法的图解.......................................................................12图3.4不同波束赋形方案的接收功率CDF曲线..............................................................12图3.5基于RIS的无线通信链路模型...............................................................................13图3.6包含控制节点的RIS系统框图...............................................................................13图3.7两跳链路划分方式....................................................................................................14图3.8近场波束聚焦............................................................................................................17图3.9傅立叶平面波展开信道建模....................................................................................18图3.10傅立叶平面波展开信道容量仿真..........................................................................18图3.11近场多极化球面波建模..........................................................................................19图3.12离散/连续孔径通信容量极限分析........................................................................19图3.13超大规模RIS辅助的近远场混合通信场景模型.................................................20图3.14近场波束分裂效应示意图......................................................................................21图3.15近场宽带波束训练....................................