专家说：如何加快智能超表面6G技术 5G化的产业化应用步伐？

手术室老王

智能超表面（RIS）是材料和通信技术跨界融合创新的典型代表，是目前业界的研究热点之一。近日，中国移动研究院联合中兴通讯完成业界首个5G基站和动态智能超表面协同波束赋形技术原型验证，双方在智能超表面领域的研发进入基站与智能超表面动态协同的第二阶段。本期移动Labs邀请了中国移动研究院无线与终端技术研究所高级研究员付吉祥，中国移动研究院未来研究院高级研究员吴丹，与大家一起探讨智能超表面技术的发展。

Q & A time starts！
移动Labs：智能超表面相对于传统无线通信有哪些优势？当前国内智能超表面的研究现状如何？
吴丹：智能超表面通过数字可编程的方式控制可调器件，改变电磁单元的电磁特性实现对空间电磁波传输特性的改变，具有重塑电磁波传播环境的潜力。智能超表面在无线通信中的应用主要有两类，一类是作为智能反射面应用，另一类是基站波束赋形应用。
与传统中继或直放站相比，智能反射面无需功放、射频、馈线和基带处理电路等器件，具有低功耗、低成本、低噪声、易部署等优势。在基站波束赋形应用方面，RIS可以取代传统基站模/数混合天线中的移相器，实现模拟域的波束赋形。学术界还进一步提出了用RIS替代传统发射机中的射频器件完成对信号的调制和滤波的新型发射机架构，有望降低基站的复杂度和设计制造成本。
得益于RIS概念的率先提出，我国高校和科研机构在智能反射面领域的研究工作均具有一定的先发优势，并已取得了部分成果和突破。国内部分企业、高校、研究机构等也都积极进行了产业布局。根据国家知识产权局提供的专利统计信息显示，在智能超表面领域中国专利申请量遥遥领先。国内标准化组织IMT-2030、Future论坛等纷纷成立RIS相关工作组，我公司牵头开展了智能超表面技术发展趋势白皮书的撰写，积极联合产业伙伴进行了多次智能超表面技术原型验证。并担任IMT-2030 RIS任务组副组长、智能超表面技术联盟（RISTA）系统技术工作组组长、IEEE RIS前沿技术组的工业界联络官等职位。
移动Labs：近期，中国移动研究院联合中兴通讯完成业界首个5G基站和动态智能超表面协同波束赋形技术原型验证。请您介绍一下，相比于第一阶段的静态超表面，基于5G基站的智能超表面动态协同技术带来了哪些创新与升级？
付吉祥：静态超表面由于波束固定使得超表面的作用范围受到一定限制，动态超表面最大的创新和升级是实现了波束的动态调整，具体来说就是基站通过空口向智能超表面传递波束ID等信息，指导动态智能超表面自动选择和切换波束，实现波束的扫描和用户跟踪，支持用户移动场景的无缝连接。相比静态超表面，具有协同波束赋形功能的动态智能超表面可以大幅扩展覆盖范围，动态智能超表面可以结合应用场景自适应选择最佳波束，使得超表面的适用场景进一步扩展，工程部署更加灵活便捷，为智能超表面产业化应用打下了坚实的基础。
移动Labs：针对此次动态智能超表面技术原型的成功验证，您可以分享一下该项成果在智能超表面技术演进中的意义和作用吗？下一阶段，对于智能超表面技术的研究主要聚焦在什么方向？
付吉祥：我们认为超表面实现产业化应用需要几个阶段的技术演进：第一阶段是实现无源静态超表面，可快速部署，并满足弱覆盖场景中扩展网络覆盖和补盲的需求；第二阶段是实现网络可控的半静态/动态超表面，通过基站实现对RIS波束的控制和选择，扩展超表面波束覆盖范围、提升小区容量和速率；第三阶段是实现网络协同的动态智能超表面，通过编码算法动态跟踪用户位置、匹配信道环境，从而实现电磁波传播实时智能调控。此次动态超表面技术原型的成功验证，标志着超表面技术进入第二阶段，距离产业化应用更近一步。
下一阶段，对于智能超表面技术的研究主要聚焦在以下几个方面：
一是理论方面，需要考虑在超大RIS面板部署的情况下，无线信道近场信道模型的新特性，如：非平面波假设、空间非平稳、空间一致性等，需要考虑实用的智能超表面和基站、终端的联合码本优化算法设计；
二是硬件方面，除极化/多比特等功能性需求之外，还需要研究更合适的器件或方案，以降低功耗、插损，提高调控速度和综合性能，并降低对非设计频段的响应消除异频干扰；
三是控制方案方面，需要考虑多个智能面超表面部署场景下的控制流程的优化、空口开销的降低、调度策略等，最大化频谱利用率，还需要考虑多小区移动性场景下，无线资源管理策略及移动性能的优化，以及复杂场景下智能超表面自动化部署、网络规划和优化及仿真软件的研发等。
移动Labs：随着5G网络规模化商用部署的日益推进，6G关键技术预研需求日益提升。智能超表面被认为是6G的候选关键技术之一，有望成为未来移动通信网络的重要基础设施。请您谈谈，智能超表面技术5G化演进的必要性？
付吉祥：智能超表面技术5G化演进，可以解决现阶段5G规模化商用网络中遇到的网络深度覆盖、盲区弱区覆盖等一系列难题，减少覆盖盲区，提升边缘覆盖性能，实现网络负载均衡，提升用户体验质量。5G现网对于加速智能超表面技术成熟和产业化进程提供了重要契机，一是有助于寻找到智能超表面最佳的应用定位及匹配网络需求的最佳方案设计；二是现阶段智能超表面产业成熟度仍然较低，器件性能和可靠性仍有优化空间，该技术的5G化应用可以促进产业突破瓶颈，加速产品成熟，为后续6G的应用奠定基础，真正构建了5G通往6G的桥梁。
移动Labs：作为一种极具潜力的基础性关键技术，推动智能超表面从理论走向实践是大趋势。您认为，当前智能超表面的发展还面临哪些关键技术挑战？这些挑战可能的解决方法有哪些？
吴丹：当前智能超表面距离标准化和实际工程应用仍面临四方面挑战。
Ø 一是基础理论不完善，智能超表面的反射和透射特性有待明确，信道传输模型及近场理论尚不完善，缺少在实际传输环境下的建模；
Ø 二是关键技术亟需突破，例如：同频和邻频干扰特性、运营商之间干扰协调、波束赋形和信道估计算法等，均有待研究和标准化；
Ø 三是器件成熟度和可靠性较低，目前业界的智能超表面多为原型样机，可调角度受限，器件调控速率不高，单元结构数量庞大且难以快速定位和识别单元故障；
Ø 四是应用部署受限，智能超表面尺寸和面积较大，需进一步优化工程设计，提升部署灵活度。
中国移动自2019年开始着力智能超表面的基础理论和关键技术研究，针对智能超表面的电磁调控特性与信道模型、基站与智能反射面的联合波束赋形与信道估计算法、智能反射面无线控制等提出了系列解决方案，并积极开展智能超表面的硬件架构攻关，包括静态部署方案、半静态/动态部署下的架构设计及节能方案设计等。未来期待与业界齐心协力推动这项技术从理论走向应用。
移动Labs：能否谈谈，对智能超表面技术的发展有何期待？目前中国移动正积极展开智能超表面技术研发工作，未来将如何进一步推动智能超表面相关技术研究、标准化以及产业落地？
吴丹：RIS潜在应用场景广阔，国际热度较高，有望为提升通信能力提供更多路径选项，具有持续深入研究的价值。由于RIS系统的研发涉及到电磁超材料、可控电子元器件、信道建模与测量，以及通信系统和协议设计，学科覆盖广、标准化难度大，因此在RIS通信方面的研究需要加强国内高校、产业等紧密合作。
一是联合高校与产业推动关键核心技术、器件及原型系统的研发与试验验证。开展符合5G演进和6G应用场景需求的RIS系统方案研究及试验测试，明确RIS的优势应用场景和实际性能，从部署需求出发推动RIS技术的全面系统解决方案。
二是及早进行标准化前期预研，基于产业成熟度掌控标准化节奏，主导国际标准制定。围绕RIS网络架构和功能、信道测量和建模、信道估计与反馈、节点控制等研究方向开展标准化预研工作，基于产业成熟度掌控标准化节奏，适时开展标准化工作，加强国际合作交流，争取主导国际标准制定。
三是借助国家在无线新基建方面的统筹和部署能力，推动多种形态RIS的未来普及，提升部署灵活度。充分利用RIS构筑新型电磁传播环境，借助无线新基建的建设机会，统筹规划，提升RIS组网部署灵活度，争取实现电磁环境的智能可控。

《专家说》是移动Labs联合中国移动研究院共同打造的，由研究院专家对通信行业科技热点进行深度解读的系列专题，敬请关注。

来源：https://www.toutiao.com/article/7143********8631552
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