面向6G的可重构智能表面

最近，一种名为可重构智能表面(RIS) 的新技术正在成为 6G 网络的潜在候选者。RIS 通常设计为配备有大量无源元件的反射阵列，每个无源元件能够以可控相移被动反射入射信号。通过适当调整大量RIS元件的相移，RIS可以实现具有高阵列增益的反射型波束形成，从而显着增强无线通信。

“虽然最近关于 RIS 的出版物数量急剧增加，但大多数现有工作主要集中在理想假设下的 RIS 算法设计。” 中国北京清华大学电子工程系教授戴玲珑教授说：“受物理特性和实际场景的限制，RIS 的许多具有挑战性的问题仍然值得进一步研究。”

戴教授的研究团队最近发表于2023年5月19日在清华科技的一篇文章中，系统地概述了RIS技术，解释了其关键基础知识，阐明了九个基本问题，并揭示了一个关键问题。具体来说，研究团队首先阐述了RIS的基础知识，包括其工作原理、设计方法以及对无线通信的潜在好处，旨在为RIS的发展梳理出一条清晰的技术路线。基于这些基础知识，明确解释了 RIS 的 9 个基本问题，阐述了它们的技术特征，将它们与中继等现有技术区分开来，并澄清了文献中的一些误解。具体而言，这九个基本问题包括：

问题 1：RIS 和 Massive MIMO 有什么区别?

问题 2：RIS 和中继有什么区别?

问题 3：RIS 只是反射性的吗?

问题 4：RIS 真的是被动的吗?

问题 5：RIS 不会引入噪音吗?

问题六：RIS能否实现“平方律”渐近阵列增益?

问题七：RIS真的智能吗?

第八期：RIS如何高效实现无源波束成形?

问题九：RIS真的省电吗?

在回答了以上这些问题后，研究人员揭示了一个关键问题，即由于“乘法衰落”效应，具有数百个元素的普通 RIS 在具有强直接链接的一般通信场景中很难获得可见增益。

团队成员张子建先生解释说，“乘法衰落效应意味着，发射机-RIS-接收机反射链路的等效路径损耗是发射机-RIS和RIS-接收机链路路径损耗的乘积，并且因此它比畅通无阻的直接链接大数千倍。因此，要使 RIS 实现显着的容量增益，需要数千个 RIS 元件来补偿这种极大的路径损耗。”

为了解决这个关键问题，戴教授的团队在他们最近的技术工作中提出了一种称为主动 RIS 的潜在解决方案。戴教授说：“与现有的无源 RIS 被动反射信号而不放大不同，有源 RIS 的主要特点是通过在 RIS 元件上集成有源组件来放大反射信号。”

“除了无源RIS元件的移相电路外，每个有源RIS元件还额外配备了一个有源反射型放大器，可以以可承受的功耗和硬件成本为代价放大反射信号。” 张先生说：“最近的一项研究表明，通过放大反射信号，可以将RIS辅助链路的乘性衰落转化为加性衰落，从而克服较大的路径损耗。”

为了揭示有源 RIS 在实际系统中的巨大容量增益，戴教授的团队还开发了一个工作在 3.5 GHz、带宽为 40 MHz 的 64 单元有源 RIS 辅助无线通信原型。基于这个原型，有源 RIS 的显着增益通过实验测量得到验证。

“我们希望这篇文章能够激发和激发更多创造性的想法和解决方案，以推进 RIS 在未来 6G 无线通信中的应用。” 戴教授说。

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