面向6G的智能超表面技术研究报告

2024年11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 ©2024IMT-2030（6G）推进组版权所有 前言 随着全球通信技术日新月异的进步，6G研究项目的启航已成为当前科技领域的焦点议题。预计在2025年，3GPP将正式拉开相关研究的序幕，而当前（2024年）正处于6G关键技术甄选的关键阶段。在众多潜在的核心技术中，智能超表面技术（RIS，ReconfigurableIntelligentSurface）凭借其独特优势，吸引了广泛关注。该技术凭借可编程的人工超材料，创新性地构建了智能电磁波传播环境，为未来的移动通信网络开辟了全新的范式。尤为值得一提的是，RIS于2024年6月在夏季达沃斯论坛中被评选为“十大新兴技术”之一，并位列2024年10月9日美国政府发布的《国家频谱研发计划》基础研究优先重点创新领域之一，这些进一步彰显了其在6G发展中的核心地位。 本研究报告致力于关注即将到来的6G标准化工作，旨在为RIS技术的标准化进程提供来自任务组的深入见解与建议。在剖析RIS的技术潜力与典型应用场景时，我们将详细探讨其如何契合6G需求，并支撑关键技术指标的实现。同时，作为基础性赋能技术的RIS，其潜在应用场景也将成为我们关注的重点。此外，我们还将从标准化的视角出发，对RIS信道建模与仿真的关键技术进行深入探讨，并提出具体的标准化方案建议。通过结合工程实现的仿真条件，我们将展示典型的仿真评估结果，以验证所提方案的有效性与可行性。在探讨RIS关键技术与工程化研究进展的部分，我们将分析标准化过程中所面临的挑战及其工程解决方案，并针对关键问题提出候选的解决策略，以回应外界的广泛关注。最后，针对RIS标准化影响进行分析，明确可能纳入标准化的内容。本研究报告旨在为RIS技术的标准化进程提供有益的参考，进一步推动RIS技术的标准化及其产业化落地。 本报告是由IMT-2030（6G）推进组RIS任务组的众多专家共同努力编写完成。其中，第二章由中国联通和中国铁塔牵头组织撰写；第三章由北京邮电大学和东南大学牵头组织撰写；第四章由中国移动、东南大学和北京交通大学牵头组织撰写；第五章中国电信和中兴通讯牵头撰写。感谢各成员单位专家的辛苦付出，并感谢东南大学崔铁军院士、东南大学金石教授等资深专家的指导。 目录 前言...........................................................................................................................2 一、概述....................................................................................................................5 二、技术能力与典型应用场景...............................................................................7 （一）RIS赋能基站..........................................................................................7（二）网络覆盖增强.........................................................................................9 三、信道建模与仿真方法.....................................................................................17 （一）总体框架...............................................................................................17（二）RIS物理模型........................................................................................18（三）RIS信道模型........................................................................................19（四）系统级仿真模型与校准假设...............................................................23 四、关键技术与工程化探讨.................................................................................30 （一）低开销传输技术...................................................................................30（二）节能调控技术.......................................................................................34（三）组网部署...............................................................................................36 五、标准化影响分析.............................................................................................42 （一）系统架构...............................................................................................42（二）鉴权与管理...........................................................................................43（三）控制信息与参考信号...........................................................................44（四）波束失败恢复.......................................................................................46 图目录 图2.1双极化RIS阵列逻辑结构示意图.......................................................................7图2.2基于RIS的基站天线设计示意图.......................................................................8图2.3基于RIS的直接信息调制发射机.......................................................................9图2.4 RIS辅助室外通信[4].............................................................................................11图2.5 RIS辅助室内通信[5].............................................................................................11图2.6 RIS辅助的毫米波室内覆盖增强试验..............................................................12图2.7 RIS辅助O2I通信................................................................................................13图2.8 RIS使能建筑物底部毫米波覆盖增强..............................................................13图2.9 BD-RIS辅助MU-MISO系统............................................................................14图2.10环型码本典型适用场景及码字环状相位分布..............................................15图2.11基于RIS辅助的低空覆盖增强........................................................................16图3.1传统通信信道模型与RIS辅助通信信道模型的对比......................................17图3.2以3GPPTR38.901为起点的RIS信道模型实施.............................................17图3.3 RIS等效辐射方向图示意图...............................................................................18图3.4基于RCS模型的极化RIS阵元辐射方向图.....................................................19图3.5基于cosαθ模型的归一化功率辐射方向图.........................................................19图3.6基于GBSM原理的RIS辅助通信几何模型[12].................................................20图3.7 RIS与移动设备的网络布局...............................................................................24图3.8两个基站和多个RIS面板的干扰场景示意图..................................................26图4.1基于统计信道参数配置智能超表面，选择性增强部分信号传输路径，定制稀疏化信道以降低信道估计与信道反馈开销....................................................31图4.2基于环形码本码字选择的宽波束生成方法示意图........................................32图4.3宽波束与窄波束的信噪比增益对比(a)用于数据信道的窄波束(b)用于控制信道的宽波束.......................................................................................................32图4.4 PIN二极管故障时功率增益损耗分析...............