中国移动袁弋非：智能超表面中继以往教训和未来成功的策略

源自：通信世界网

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　　通信世界网消息（CWW）近年来，随着超材料技术的快速发展，智能超表面技术（Reconfigurable Intelligent Surface，RIS）因其具有调控无线信道的能力，为通信系统的设计提供了一种新的范式，被认为是未来6G中颇有前景的关键技术之一。
　　在近期举行的全球6G发展大会--新型技术及无线空口演进分会场上，中国移动首席专家袁弋非发表了《智能超表面中继：以往教训和未来成功的策略》的主题演讲，会后移动Labs对其进行了专访，他表示，RIS是由超材料领域的突破引起的多天线技术又一次革命，目前虽有诸多挑战，但存在更多潜力和机会，有望开创出一个全新的技术领域和组网方式。
　　我国RIS研究居全球前列
　　无线网络的频谱效率和覆盖是历代移动通信系统的关键性能指标（KPI），6G系统的频谱效率相比5G系统需要提升2～3倍。在5G时代，频谱效率指标主要是依靠大规模天线技术，但继续增加基站天线数将难以显著提高谱效，功耗和硬件复杂度也愈加成为基站天线发展的瓶颈。作为新一代多天线技术，RIS依托近几年在信息超材料上的重要进展，通过调控无源超表面天线单元的相位、幅度或极化方向，大幅改善电磁传播环境，提升小区吞吐，扩展覆盖，有望成为满足6G系统频谱效率指标的重要引擎，并且降低无线侧的功耗。
　　RIS技术的主要特点是以低功耗的方式，对大规模低成本的无源天线单元进行智能调控，从而重塑无线环境。RIS是信息超材料和无线通信的跨学科融合的典范，其典型应用场景包括：无线网络的吞吐量提升，覆盖增强，通信感知一体化等。
　　我国在RIS方面的研究深度和广度在全球居前列，2020年6月在IMT-2030（6G）推进组成立智能超表面任务组，积极参与并贡献文稿的单位超过30家，包括高校、科研院所、运营商和厂商等。2022年4月成立RIS技术联盟（RISTA），国内外成员单位超过120家。
　　在器件方面，已有多家企业具有生产中等大小（单元数200 ～2000）RIS面板的能力；
　　在原型系统方面，有近十家高校和企业参与了IMT-2030 RIS技术试验；
　　在测试方面，多家运营商与厂家/高校都开展了现网的外场测试，验证了RIS的性能增益；
　　在RIS理论、方案设计、信道建模和系统性能仿真方面，国内的高校和企业的研究成果也十分显著。
　　RIS中继发展成功的策略
　　2006年学术界掀起了一场中继的研究热潮。当时对于中继的研究分为两大类，一种是放大前向（AF）模式，类似于直放站，另外一种是解调前向（DF）模式。到了2009年标准化研究，基本上聚焦于解调前向（DF）模式，原因是AF节点性能限制以及对标准化影响比较小。研究过程中增强系统吞吐量以及扩展网络覆盖范围成为目标。2009年之后设计变得过于复杂，比如交织与非交织R-PDCCH，中继定时和回传子帧结构，回传子帧结构与HARQ等等。相比之下，3GPP Full Dimensional-MIMO研究是一个比较成功的例子，体现了从学术到商用的平滑过渡。
　　据袁弋非介绍，RIS中继是一个具有强大天线功能的中继，它的发展需要参考4G中继的经验教训：第一，标准推进的节奏缺乏统筹，开始照搬学术界的研究方式，范围过于发散，之后又突然收紧，技术方向筛选比较盲目；第二，标准上的过度设计，包含大量很不必要的功能；第三，应用场景过于狭窄，只用于补盲。
　　袁弋非还提出了RIS中继发展成功的策略。首先，作为具有颠覆性的新技术，RIS中继应采用多步骤推进的策略，在3GPP当前的R18中做好网络控制的直放站（NCR）的相关研究和标准化，在R19成立RIS中继的研究，为使研究扎实深入，可以跨整个一个版本，在R20基于新的空口对RIS中继进行更全面的研究和标准化。在这个跨版本多阶段的推进过程中，需要结合RIS硬件的发展和信道建模的工作，例如在硬件方面进一步优化器件成本和设计，硬件控制器从FPGA向ASIC的过渡，信道模型从几何统计模型出发，逐步融入确定性模型的因素，随着RIS面板口径的增加，从远场条件到近场条件，深入挖掘无线信道中更多的空间资源。
　　RIS面临的挑战以及中国移动实践成果
　　据了解，当前RIS技术面临着三方面的挑战。第一，RIS器件的成本还不够低，生产厂家多是依托高校的小企业，高一致性量产较难；第二，RIS工作模式还是以波束赋形为主，对RIS信道缺乏系统全面模型，还未达到对无线环境的全面调控；第三，RIS中继是一项系统技术，需要与基站进行紧密的配合，无论是从RIS在小区中的位置部署，还是与基站动态交互信令的角度，以及邻频的干扰问题。
　　中国移动在RIS方面取得了一系列的实践成果：在现网测试方面，与东南大学于2021年6月完成业界首个全面的外网测试，涵盖室外遍历、室外到室内、塔下阴影、覆盖拉远等场景，2022年与华为/港中文深圳开展了对RIS盲波束方案的现网覆盖和吞吐量测试；在系统仿真方面，中国移动在业界较早进行了多小区多RIS部署场景下的RSRP、SINR性能评估，验证了不同大小RIS的性能增益；在理论性能、硬件仿真建模、标准化策略方面，在IEEE核心期刊/会刊如Communications Magazine、Wireless Communications Magazine、Globecom发表多篇论文，在通信/控制方案设计和硬件设计方面申请相关专利30余项。
　　袁弋非表示，RIS是由超材料领域的突破引起的多天线技术又一次革命，目前虽有诸多挑战，但存在更多潜力和机会，有望开创出一个全新的技术领域和组网方式。