Page 16 - 网络电信2022年7/8月刊
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口，进行预扫描和用户分组，然后进行距离感知多载波传输，                          当多个RIS协同工作时，可靠传输波束对将获得进一步增强。这
            精确模拟波束赋形，最后选择天线子阵列，进行功率分配和混                          使得波束协同方案在解决波束阻塞问题时更加具有吸引力。
            合波束成形。
                在UM-MIMO空间复用中，我们可以将超大规模天线阵列划分                        四、RIS技术
            为不同的子阵列。子阵列的数量、天线元素数目、星座图之间                              无线信道是一种不可控的随机连接，本身具有一定的不可
            的权衡都有助于实现不同的传输目标。在短距离通信时，天线                          靠性。此外，环境通常也会对通信效率产生负面影响。随着智
            元素级空间复用更有优势。在长距离传输时，子阵列的数量需                          能无线电磁环境概念的提出，控制无线环境成为超越传统通信
            要根据实际需求来配置。基于空域太赫兹信道存在多条不相关                          的可行方法。这为无线通信系统增加了新的自由度。
            传播路径的特点，通过空间多路复用可以提高用户数据的传输                              RIS由特殊设计的超材料单元按照一定规则排列组成，是一
            速率。                                                  种具有可编程电磁特性的二维薄层人工电磁表面。改变RIS  阵
                利用太赫兹传输多窗口可以实现更高的系统容量。等离子                        子的电磁特性可以控制无线电波的散射、反射和折射，克服多
            体纳米天线阵列的谐振频率可调性使多传输窗口的协同应用成                          径衰落和自然环境无线传播的负面影响。无需复杂的编译码和
            为可能。这种方法的基本思路是：首先以虚拟方式将纳米天线                          射频处理，RIS技术就可实现对入射电磁波的定向反射，并形成
            阵列分成多个子阵列，然后独立地调整每个子阵列元素的动态                          振幅、相位、频率可控的电场。
            复电导率，以使子阵列元素在不同的中心频率上工作，最后通                              全球有不少高校和企业开展了对RIS技术的研究工作。例
            过选择特定元素或交错方式来创建不同频率的虚拟子阵列。                           如，东南大学崔铁军院士团队和麻省理工大学H.BALAKRISHNAN
                4.波束管理                                           教授团队等均对基于RIS的6G超大规模无线发射机、新型无线中
                太赫兹波长短的特点使得在小面积内集成大量天线成为可                        继、智能电磁墙等新应用展开了深入研究。欧洲远程教学创作
            能。虽然太赫兹波束极窄，但容易产生波束指向误差。由于射                          与销售网联盟（ARIADNE）正在通过RIS先进连接技术来探究100
            频链路数量受限且太赫兹器件不成熟，因此部分具有混合波束                          GHz以上的D波段频率。
            赋形的连接结构更具有潜力。                                            1.RIS优势分析
                太赫兹信道具有天然稀疏特性，可以通过两步波束子集                             RIS技术不仅具有低成本、大面积、易部署、连续表面、强
            优化和线性波束搜索来减少搜索空间。对此，一种可行的方案                          兼容性、全双工的优点，还具有频谱效率增强、无源被动反射
            为：通过压缩感知等稀疏信号处理方法来减少波束选择的训练                          和全频段工作的突出特点。将RIS应用于太赫兹频段是未来的技
            负担。具有较低复杂度的正交匹配追踪（OMP）算法、近似消息                        术发展趋势。
            传递（AMP）算法都是候选方法。在波束极窄的情况下，原子范                            太赫兹信号容易受到阻挡物干扰，同时严重的分子吸收和
            数超分辨率压缩感知的方法能够提升波束训练性能。此外，数                          路损衰减会影响太赫兹信号的可靠性。对此，RIS能够通过重新
            据驱动波束选择方法可以降低波束管理的复杂度。数据模型双                          配置无线传播环境来补偿功率损耗，以克服非视距限制，进而
            驱动的深度学习方法可以将无线传输模型和深度学习的优点进                          构建智能可控的无线环境。RIS技术可以显著增加复用层数和容
            一步结合，是一种待挖掘的波束训练方法。                                  量，提高异构网络的服务质量，改善移动边缘计算的网络延迟
                用户的移动性会导致太赫兹波束空间发生快速变化。因                         性能。
            此，利用时变信道时间相关性的信道追踪方法是研究方向之                               将RIS  密集地分布在室内和室外空间中会对太赫兹覆盖空
            一。基于先验信息的波束追踪方案通过实际用户运动模型，来                          洞产生积极作用。具体来说，RIS可以在用户与服务基站（或接
            挖掘基站与用户之间的物理方向时间变化规律，并利用先前时                          入点）之间创建虚拟视线链接，以克服局部空洞问题，改善恶
            隙中获得的波束空间信道来预测时变波束空间信道。智能波束                          劣的传播环境。这种方法具有低成本和环境友好的优点。
            追踪方案    [19] 借助机器学习的训练和预测过程，并利用过去信道                      太赫兹衰减严重的缺点限制了其覆盖范围，这使太赫兹面
            状态信息（CSI）来有效地预测未来波束方向和用户CSI，使波                       临小区边缘用户服务差和多小区同频干扰的问题。对此，我们
            束追踪精度得到进一步提升。                                        可以将RIS  部署在小区边缘，通过被动波束赋形来提高目标信
                由于太赫兹信号衰减严重且衍射能力较弱，因此太赫兹出                        号功率并抑制干扰，进而实现覆盖范围扩大和动态用户追踪。
            现阻塞的概率远高于毫米波波段。对此，我们可以采用基站间                              对希望降低电磁干扰的场景（如医院、机场等），RIS不仅
            协作的方案来应对波束阻塞。越区切换和阻塞预测是这种方案                          可以通过智能控制无线环境来控制多径，还可以通过有效干扰
            的主要手段。该方案构造序列标记并解决相关问题，利用监督                          控制来降低电磁辐射水平。作为发射机应用时，RIS  可以降低
            学习等方法来获取阻塞发生时下一次最可能切换的基站信息，                          对射频链路和模数转换器/  数模转换器（ADC/DAC）的高需求。
            以防止由阻塞导致的突然链路断开。太赫兹信道的多径特性使                          这将有助于应对目前太赫兹面临的硬件技术难题。
            得波束间协作成为解决波束阻塞问题的另一种思路。基于这种                              此外，RIS还可用于太赫兹频段的定位、感知，以及其他新
            思路的方案可以建立针对LOS和（非视距传播）NLOS路径的波束                      场景。RIS的极大阵子数目可以显著提高空间分辨率，从而获得
            对列表。当检测到堵塞时，系统将首先选择一个新波束对，然                          超高定位精度。例如，RIS  不仅可以用于无人机太赫兹通信，
            后立即进行切换。RIS的引入不仅使得改变传输环境和获得期望                        提升无人机网络性能，还可以用于增强太赫兹物联网场景，构
            路径成为可能，还使波束协调方案的可行性得到进一步提升。                          建智能无线传感器网络。



                                                      网络电信 二零二二年七，八月                                           17
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