5G 网络的快速发展带来了新的机遇和挑战,如高频信道环境差、大规模 MIMO 发展受限、能耗负担重以及无线环境被动适应等问题。可重构智能表面 (RIS) 技术作为一种新兴的基础性创新技术,具有低成本、低功耗、易于部署等优势,在 5G/6G 网络中具有广阔的应用前景。
RIS 技术的潜在应用场景包括:
- 5G-A 阶段:覆盖增强、吞吐量增强和鲁棒性增强。例如,通过在基站和覆盖空洞之间部署 RIS,可以有效反射/传输信号,提高覆盖性能;在热点区域,RIS 可以引入额外的路径和信道子空间,提高系统吞吐量;通过多个 RIS 生成多个反射波束,提高传输的鲁棒性。
- 6G 阶段:高频通信(毫米波/太赫兹)、空间通信、一体化感知和通信、RIS 辅助物联网、无线边缘计算、物理层安全、信息-能量同时传输、频谱感知和共享、全双工通信、多细胞通信系统、多组组播传输、轨道角动量和语义通信等。
RIS 技术的系统模型和关键技术包括:
- RIS 辅助传输信号模型:将 RIS 引入通信系统,形成等效级联通信链路。
- RIS 信道建模方法:包括基于几何的统计建模方法、基于射线追踪的确定性建模方法和基于地图的混合信道建模方法。
- RIS 辅助通信网络的关键技术:包括信道估计和反馈、波束成形、人工智能赋能技术等。
- RIS 增强多址接入:包括 RIS 辅助 TDMA、RIS 辅助 NOMA、RIS 辅助 OTFS 和 RIS 辅助块多址接入系统等。
- 网络部署:包括 RIS 网络部署模式比较、RIS 网络部署挑战等。
新型 RIS 包括:
- 同时传输和反射表面 (STARS):可以同时进行传输和反射,实现全空间覆盖,并具有更高的可调自由度。
- 主动 RIS:集成了主动功率放大器,可以实现空间电磁波的二次场增强,并具有空间功率传输的能力。
- RIS 辅助大规模天线阵列:可以降低大规模天线阵列的成本和功耗,并实现更灵活的波束成形。
- RIS 辅助收发器:可以实现无线通信多路复用技术,并具有低成本、低复杂度的特点。
- 空中计算:通过 RIS 构建无线传播环境,实现卷积神经网络中的推理任务。
目前,RIS 技术的研究和发展处于早期阶段,但仍面临着许多挑战,如技术研究方向不明确、标准化进程缓慢、生态系统建设不完善等。未来,RIS 技术需要进一步加强基础理论研究、加快原型测试和验证、推动标准化进程和生态系统建设,才能更好地满足未来移动通信的需求。