周儒雅　唐萬愷　李瀟　金石

【摘? 要】現(xiàn)代移動通信的發(fā)展揭示了無線信道的隨機(jī)性和不確定性是影響無線傳輸質(zhì)量的關(guān)鍵因素，發(fā)射機(jī)的無線電波在傳輸過程中與傳輸路徑上各種物體不可控制的相互作用，導(dǎo)致接收端信號質(zhì)量降低，目前正興起的6G使能技術(shù)研究中，可重構(gòu)智能表面是被積極探索的新興范式。通過對可重構(gòu)智能表面的概念、基于可重構(gòu)智能表面的信息調(diào)制、基于可重構(gòu)智能表面的無線中繼、以及未來研究方向四個方面進(jìn)行簡要綜述和討論，揭示了可重構(gòu)智能表面輔助的移動通信系統(tǒng)有潛力使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商通過主動控制無線電波的反射來克服自然無線傳播的負(fù)面影響，重塑無線傳播環(huán)境，進(jìn)而大幅提升通信性能。

【關(guān)鍵詞】6G;可重構(gòu)智能表面;直接調(diào)制;中繼

0? ?引言

蜂窩移動通信系統(tǒng)大約每十年更新一代，基本發(fā)展思路是通過引入新的關(guān)鍵使能技術(shù)來提高服務(wù)質(zhì)量。第五代移動通信（5G）的目標(biāo)是提供更高標(biāo)準(zhǔn)的移動通信基礎(chǔ)設(shè)施，支持多種場景，如增強(qiáng)移動寬帶通信、海量物聯(lián)網(wǎng)、超高可靠超低時延通信等。同時，移動通信網(wǎng)絡(luò)正在向軟件定義的模式發(fā)展，即通過軟件實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時配置和優(yōu)化。但是無線環(huán)境的隨機(jī)性和不確定性導(dǎo)致移動通信網(wǎng)絡(luò)仍然有很多不可控因素存在。隨著未來第六代移動通信（6G）的研究拉開序幕，6G被認(rèn)為將以全覆蓋、全頻譜、全應(yīng)用、強(qiáng)安全的形式滿足人們?nèi)找嬖鲩L的各類通信需求。6G將提供更大的容量、極低的延遲、高可靠性、高安全性和全空間覆蓋。探索突破傳統(tǒng)無線信道不可控因素，重塑無線傳播環(huán)境，為6G的發(fā)展提供了新的思路。

近兩年來，可編程超表面技術(shù)引起了移動通信領(lǐng)域的極大關(guān)注?？删幊坛砻嬗蓶|南大學(xué)崔鐵軍院士團(tuán)隊(duì)在2014年首次提出并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[1]，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示?？删幊坛砻媸且环N具有可編程電磁特性的二維薄層人工電磁表面結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用于從微波到可見光的各種頻段中[2]?？删幊坛砻嬗删脑O(shè)計的電磁單元規(guī)則排列組成，這些電磁單元通常由金屬、介質(zhì)和可調(diào)元件構(gòu)成。通過控制電磁單元中的可調(diào)元件，以可編程方式更改反射電磁波的電磁參數(shù)，例如相位和幅度。這一過程提供了超表面的物理電磁世界和信息科學(xué)的數(shù)字世界之間的接口[3]，對于移動通信應(yīng)用尤其有吸引力。

可重構(gòu)智能表面由可編程超表面構(gòu)成和使能，可以實(shí)現(xiàn)對移動通信中的電磁信號進(jìn)行實(shí)時調(diào)控。可重構(gòu)智能表面目前在移動通信領(lǐng)域的研究主要集中在兩個方向。

方向一為基于可重構(gòu)智能表面的直接信息調(diào)制。由于毫米波通信和大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)都對高性能的射頻鏈路有極大的需求，同時，射頻端硬件復(fù)雜度提升導(dǎo)致了高成本和高功耗的問題?？芍貥?gòu)智能表面因結(jié)構(gòu)輕薄、成本可控以及具有對電磁波電磁參數(shù)靈活調(diào)控的卓越能力，成為有可能替代傳統(tǒng)發(fā)射鏈路的新體制陣列式發(fā)射機(jī)架構(gòu)，利用可重構(gòu)智能表面可以實(shí)現(xiàn)基帶信息直接調(diào)制至射頻載波。

方向二為基于可重構(gòu)智能表面的無線中繼?？芍貥?gòu)智能表面通過人為調(diào)整無線信道環(huán)境，從而顯著提高通信設(shè)備之間的傳輸性能。無線信號從發(fā)射端到達(dá)接收端的過程中會因?yàn)閭鬏敪h(huán)境中物體的吸收以及空間內(nèi)信號的自然擴(kuò)散而產(chǎn)生一定的衰減和散射，導(dǎo)致接收端恢復(fù)信號的運(yùn)算復(fù)雜度增加以及性能下降。傳統(tǒng)移動通信系統(tǒng)無法人為操控?zé)o線信道環(huán)境，只能通過大量的信道測量來建模信道特性并在收發(fā)兩端精心設(shè)計收發(fā)機(jī)算法。而在通信系統(tǒng)中引入可重構(gòu)智能表面后，通過靈活控制電磁波傳輸?shù)姆绞剑梢詫?shí)現(xiàn)對無線傳播環(huán)境的主動改善?；诳芍貥?gòu)智能表面的無線中繼可在無線信道中對電磁信號進(jìn)行重定向和波束賦形，更加高效地利用無線信號能量，提高系統(tǒng)性能。

1? ?基于可重構(gòu)智能表面的信息調(diào)制

可重構(gòu)智能表面可以有效地直接調(diào)控電磁信號的波前和各種電磁參數(shù)，例如相位、振幅、頻率、甚至極化，而無需復(fù)雜的基帶處理和射頻收發(fā)操作，因而可被用于探索新型發(fā)射機(jī)架構(gòu)，對信號進(jìn)行直接調(diào)制。如圖2所示，數(shù)字基帶信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器后控制可重構(gòu)智能表面的反射相位或幅度特性，從而對由饋電天線入射的單音電磁信號進(jìn)行信息調(diào)制。

文獻(xiàn)[4]提出了一種產(chǎn)生和控制非線性響應(yīng)的新途徑，即利用具有動態(tài)可編程相位響應(yīng)的時域數(shù)字編碼可重構(gòu)智能表面來調(diào)制反射電磁信號。其中可重構(gòu)智能表面的離散反射相位狀態(tài)由數(shù)字編碼序列控制，通過外部控制信號精確調(diào)控。文獻(xiàn)[4]使用時域數(shù)字編碼可重構(gòu)智能表面來代替?zhèn)鹘y(tǒng)外差結(jié)構(gòu)發(fā)射機(jī)中由數(shù)模轉(zhuǎn)換器、濾波器、混頻器、功率放大器組成的射頻鏈路，實(shí)現(xiàn)了BFSK調(diào)制。基于可重構(gòu)智能表面的信息調(diào)制方式顯示出在不需要混頻器的情況下將數(shù)字信號嵌入射頻載波信號中的優(yōu)異能力，因此可以作為新體制陣列通信系統(tǒng)的理想平臺，簡化了硬件架構(gòu)，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度、成本和能耗。

文獻(xiàn)[5]在基于可重構(gòu)智能表面的移動通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了單載波正交相移鍵控（QPSK）空中傳輸。根據(jù)基帶控制信號直接實(shí)時控制可重構(gòu)智能表面反射電磁波的相位，實(shí)現(xiàn)了2.048 Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，并進(jìn)行了視頻流的空中傳輸。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，大幅降低了發(fā)射機(jī)硬件復(fù)雜度。文獻(xiàn)[6]改進(jìn)了組成可重構(gòu)智能表面的電磁單元的結(jié)構(gòu)，將其相位調(diào)控范圍擴(kuò)展到360°全覆蓋，并采用與文獻(xiàn)[5]中同樣的外部電壓信號控制方式，基于可重構(gòu)智能表面實(shí)現(xiàn)了8PSK直接調(diào)制。此外，文獻(xiàn)[7]和[8]也分別構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)了基于可重構(gòu)智能表面的QPSK和8PSK發(fā)射機(jī)。文獻(xiàn)[9]中通過基于PIN二極管的頻率選擇表面，切換可重構(gòu)智能表面的電磁響應(yīng)狀態(tài)，以在60 GHz上產(chǎn)生幅移鍵控（ASK）調(diào)制。這為可重構(gòu)智能表面在毫米波和太赫茲頻率下進(jìn)行直接調(diào)制打下了基礎(chǔ)。最近，文獻(xiàn)[10]進(jìn)行了高階調(diào)制的研究，提出了一種以非線性方式控制可重構(gòu)智能表面反射相位的調(diào)制方法，在一階諧波上實(shí)現(xiàn)高階調(diào)制。文中實(shí)現(xiàn)了QSPK、8PSK和16QAM三種調(diào)制方案，驗(yàn)證了在移動通信領(lǐng)域中使用可重構(gòu)智能表面進(jìn)行高階調(diào)制的可行性。

此外，文獻(xiàn)[11]和[12]為基于可重構(gòu)智能表面的直接信息調(diào)制范式建立了數(shù)學(xué)模型進(jìn)行系統(tǒng)性能分析。文獻(xiàn)[11]提出了利用可重構(gòu)智能表面作為無線接入點(diǎn)的架構(gòu)，其中可重構(gòu)智能表面充當(dāng)智能反射器和接入點(diǎn)。在該架構(gòu)中，可重構(gòu)智能表面電磁單元的反射相位不僅用于最大化接收信噪比，還用于信息傳輸。文獻(xiàn)[12]通過數(shù)值仿真和理論推導(dǎo)指出可重構(gòu)智能表面在6G中的巨大潛力，討論了基于可重構(gòu)智能表面的低復(fù)雜度發(fā)射機(jī)的潛在應(yīng)用。

2? ?基于可重構(gòu)智能表面的無線中繼

可重構(gòu)智能表面可以通過其大量的低成本電磁單元智能控制無線信號的反射特性，從而實(shí)現(xiàn)無線傳播環(huán)境的重新配置，成為一種被積極討論的新興技術(shù)，有提高移動通信系統(tǒng)傳輸速率、覆蓋范圍、以及能量效率的巨大潛力。如圖3所示，在無線信道上調(diào)控可重構(gòu)智能表面的電磁單元的反射相移，使得通過可重構(gòu)智能表面反射以及通過其它路徑傳播的信號可以在用戶端同相疊加以增強(qiáng)接收信號質(zhì)量。與傳統(tǒng)的無線中繼相比，基于可重構(gòu)智能表面的無線中繼能夠在不引入自干擾的情況下實(shí)現(xiàn)全雙工模式的傳輸，且可重構(gòu)智能表面具有體積輕薄、低成本、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

文獻(xiàn)[13]研究了可重構(gòu)智能表面輔助中繼的單小區(qū)無線通信系統(tǒng)，使用一個可重構(gòu)智能表面輔助多天線接入點(diǎn)和多個單天線用戶之間的通信。通過聯(lián)合優(yōu)化接入點(diǎn)的有源天線陣列的發(fā)射波束和可重構(gòu)智能表面的反射波束，在用戶接收信噪比約束下，使接入點(diǎn)處的總發(fā)射功率最小化。與被動散射通信有著明顯不同，基于可重構(gòu)智能表面的無線中繼主要用于增強(qiáng)現(xiàn)有的通信鏈路性能，而不是通過反射傳輸自己的信息。在可重構(gòu)智能表面輔助通信中，直接路徑信號和反射輔助路徑信號都攜帶相同的有用信息，因此可以在接收機(jī)處相干增強(qiáng)，以最大化接收功率。文獻(xiàn)[14]將可重構(gòu)智能表面用于多天線基站下行鏈路多用戶通信，提出了可重構(gòu)智能表面輔助通信系統(tǒng)的功耗優(yōu)化模型。該模型基于可重構(gòu)智能表面的反射單元數(shù)量和相位調(diào)控能力，在最高功率和最低服務(wù)質(zhì)量約束下，構(gòu)造能源效率最大化問題來優(yōu)化可重構(gòu)智能表面的電磁單元相移分布和下行鏈路發(fā)射功率。文章提出了兩種低復(fù)雜度且收斂的優(yōu)化算法：第一種算法使用梯度下降來獲得可重構(gòu)智能表面的電磁單元相移分布，并優(yōu)化發(fā)射功率的分配;第二種算法采用分式規(guī)劃來優(yōu)化可重構(gòu)智能表面的相移分布。

在可重構(gòu)智能表面輔助中繼的移動通信系統(tǒng)中，信道狀態(tài)信息對于實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)智能表面的無源波束成形增益至關(guān)重要。文獻(xiàn)[15]通過建立一個嚴(yán)格的遍歷譜效率上界來評估在各類衰落信道條件下可重構(gòu)智能表面輔助的多天線系統(tǒng)的性能，證明了遍歷譜效率與可重構(gòu)智能表面的反射相移分布有關(guān)。此外還考慮了硬件非理想因素，在假設(shè)了可重構(gòu)智能表面的相位量化比特約束下，提出了一種基于遍歷頻譜效率上界和統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的最優(yōu)相移設(shè)計來最大化遍歷頻譜效率。文獻(xiàn)[16]研究了可重構(gòu)智能表面輔助移動通信系統(tǒng)中離散相移約束下的波束成形優(yōu)化問題。假設(shè)電磁單元只能通過有限的相移狀態(tài)來輔助多天線接入點(diǎn)至單天線用戶的通信，應(yīng)用交替優(yōu)化技術(shù)，提出了一種接近最優(yōu)且低復(fù)雜度的求解方法，通過聯(lián)合優(yōu)化接入點(diǎn)的連續(xù)發(fā)射波束和可重構(gòu)智能表面的離散反射波束，在用戶接收信噪比約束下來最小化接入點(diǎn)處的發(fā)射功率。仿真表明在有大量反射電磁單元的情況下，具有離散相移的可重構(gòu)智能表面可以達(dá)到與具有連續(xù)相移相同的性能。上述文獻(xiàn)[13]、[14]、[15]和[16]都在完美信道狀態(tài)信息已知的假設(shè)下，進(jìn)行可重構(gòu)智能表面電磁單元的反射相位設(shè)計，該假設(shè)有助于理解系統(tǒng)性能上界。

目前，在可重構(gòu)智能表面輔助通信系統(tǒng)的非理想信道狀態(tài)信息假設(shè)下，聯(lián)合設(shè)計信道估計和反射優(yōu)化的工作較少。值得注意的是，由于可重構(gòu)智能表面只能被動反射電磁信號，沒有射頻信號接收和基帶處理能力，加上單元數(shù)量非常龐大，所以其信道估計方案亟待探索和研究。文獻(xiàn)[17]針對可重構(gòu)智能表面輔助的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，設(shè)計了一種傳輸協(xié)議來實(shí)現(xiàn)信道估計和反射優(yōu)化。在單位模約束下，通過設(shè)計可重構(gòu)智能表面的反射模式來輔助接入點(diǎn)利用用戶傳來的導(dǎo)頻信號進(jìn)行信道估計，并以閉合形式給出信道估計誤差。利用估計出的信道狀態(tài)信息，基于時域中解析出的最強(qiáng)信號路徑，對電磁單元反射相位進(jìn)行了優(yōu)化，能夠達(dá)到與文獻(xiàn)[18]中的半定松弛方法接近的性能，且具有更低的計算復(fù)雜度。文獻(xiàn)[19]研究了基于可重構(gòu)智能表面中繼的MIMO通信系統(tǒng)的級聯(lián)信道估計問題。利用雙線性稀疏矩陣分解和矩陣完備化相結(jié)合的方法，提出了一種求解該信道估計問題的一般框架，并給出了一個兩階段的算法：稀疏矩陣分解的雙線性廣義信息傳遞算法和基于黎曼流形梯度的矩陣完備化算法。

可重構(gòu)智能表面還被研究用于提高移動通信的安全性。文獻(xiàn)[20]通過自適應(yīng)地調(diào)控可重構(gòu)智能表面的反射相移分布，以增強(qiáng)期望信號和抑制不期望信號。通過聯(lián)合設(shè)計接入點(diǎn)的發(fā)射波束成形和可重構(gòu)智能表面的無源反射波束成形，最大限度地提高合法通信鏈路的保密率。文獻(xiàn)[21]探索使用可重構(gòu)智能表面加強(qiáng)物理層保密通信，在多輸入單輸出廣播系統(tǒng)中，基站傳輸獨(dú)立的數(shù)據(jù)流到多個合法的接收機(jī)，并對多個竊聽者保密。通過聯(lián)合優(yōu)化基站處的波束成形器和可重構(gòu)智能表面的反射相位分布，在各類實(shí)際約束下，建立了最小保密率最大化問題，并通過基于交替優(yōu)化的路徑跟蹤算法，降低了計算復(fù)雜度。

以上公開報道的結(jié)果通過理論分析對可重構(gòu)智能表面輔助中繼的移動通信系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出了多種優(yōu)化算法改善系統(tǒng)的性能。實(shí)際上，已經(jīng)有少量早期研究工作進(jìn)行了基于可重構(gòu)智能表面的無線中繼的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

文獻(xiàn)[22]中，名為RFocus的基于可重構(gòu)智能表面的無線中繼將波束成形功能從無線終端遷移到無線環(huán)境中。在典型的室內(nèi)場景中，RFocus的每個電磁反射單元的狀態(tài)由軟件控制器設(shè)定，以最大化接收機(jī)的接收信號功率。通過理論分析和實(shí)際測量，RFocus能夠?qū)⑿盘枏?qiáng)度平均提高10.5倍，信道容量平均提高2倍。文獻(xiàn)[23]中的實(shí)驗(yàn)還證明了RFocus對電磁單元失效具有很好的魯棒性，即使三分之一的單元失效，相對性能的提高也不會驟降到0，而是下降了50%。文獻(xiàn)[22]和[23]為可重構(gòu)智能表面實(shí)際應(yīng)用到通信系統(tǒng)中的可行性提供了實(shí)際驗(yàn)證。

文獻(xiàn)[24]在室內(nèi)家庭環(huán)境中部署了一個由36個低成本天線單元組成的大型陣列來調(diào)控?zé)o線環(huán)境，設(shè)計了信道分解算法來快速估計無線信道環(huán)境，并實(shí)時配置大型陣列的相位分布，從而使多個子信道的相位對齊。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了靈活的可編程無線信道。實(shí)驗(yàn)表明，通過重新配置無線環(huán)境，平均提高了24%的系統(tǒng)吞吐量。并且香農(nóng)容量比基線單天線鏈路平均提高51.4%，比基線多天線鏈路平均提高了12.23%至18.95%。文獻(xiàn)[25]中提出了一種基于可重構(gòu)智能表面的散射MIMO系統(tǒng)，利用低成本的可重構(gòu)智能表面增強(qiáng)環(huán)境中的散射效應(yīng)，從而提高M(jìn)IMO空間復(fù)用增益。它通過與有源接入點(diǎn)配對，來創(chuàng)建虛擬無源接入點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)通過優(yōu)化配置，使虛擬接入點(diǎn)向用戶提供與真實(shí)有源接入點(diǎn)相同功率的信號并提高單個接入點(diǎn)的覆蓋范圍。另一方面，通過設(shè)計算法以較低的運(yùn)算復(fù)雜度為每個用戶優(yōu)化散射MIMO中的可重構(gòu)智能表面。基于可重構(gòu)智能表面的散射MIMO系統(tǒng)減少了干擾，并且降低了分布式MIMO系統(tǒng)的功率需求。實(shí)驗(yàn)測得在商用現(xiàn)成的MIMO-Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中部署后，可重構(gòu)智能表面使系統(tǒng)的平均吞吐量提高了2倍。

文獻(xiàn)[26]提出智能空間的概念，其中無線環(huán)境是可編程的，以在無線空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需的鏈路質(zhì)量。將低成本設(shè)備嵌入建筑物的墻壁中，以被動反射或主動發(fā)射無線信號的方式增強(qiáng)無線鏈路質(zhì)量。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了使用無源元件改變無線信道的可行性，將2×2MIMO信道矩陣條件數(shù)增強(qiáng)了1.5 dB，以及將信號強(qiáng)度增強(qiáng)了26 dB。文獻(xiàn)[27]通過對可重構(gòu)智能表面的物理和電磁特性的研究，建立了不同場景下可重構(gòu)智能表面輔助的移動通信的自由空間路徑損耗模型。并且利用三個不同尺寸的可重構(gòu)智能表面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測量，揭示了可重構(gòu)智能表面中繼系統(tǒng)的自由空間路徑損耗與可重構(gòu)智能表面的發(fā)射/接收距離、可重構(gòu)智能表面的大小、可重構(gòu)智能表面的近場/遠(yuǎn)場效應(yīng)，以及天線和表面單元輻射方向圖之間的關(guān)系。

除了文獻(xiàn)[22]至[27]采用的電信號控制的可重構(gòu)智能表面，研究者也在探索其它的控制方法，以提高可重構(gòu)智能表面的控制效率。文獻(xiàn)[28]報道了一個由6×6個子陣組成的光控可重構(gòu)智能表面平臺，每個子陣包含4×4個基于變?nèi)莨艿目芍貥?gòu)智能表面單元和基于光電二極管的光感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。光感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)將可見光光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電壓，從而對可重構(gòu)智能表面單元施加偏壓，以產(chǎn)生特定的反射相位分布。實(shí)驗(yàn)中通過使用光驅(qū)動的可重構(gòu)智能表面進(jìn)行了電磁隱身、電磁幻覺和動態(tài)渦流光束產(chǎn)生，驗(yàn)證了通過光信號來調(diào)控可重構(gòu)智能表面的可行性。該研究為靈活操控可重構(gòu)智能表面提供了新的思路。

3? ?未來研究方向

基于可重構(gòu)智能表面的移動通信研究目前尚處于初始階段，其相對于傳統(tǒng)移動通信技術(shù)的區(qū)別和優(yōu)勢值得繼續(xù)深入挖掘，未來亟待探索的研究方向如下。

3.1? 信道測量與建模

現(xiàn)有可重構(gòu)智能表面研究中的信道模型大多沿用3GPP和ITU的傳統(tǒng)無線信道模型，并將可重構(gòu)智能表面的相位響應(yīng)簡化為對角陣，缺少可重構(gòu)智能表面無線信道實(shí)測數(shù)據(jù)的支撐。目前尚沒有經(jīng)過信道測量驗(yàn)證的真實(shí)可用的可重構(gòu)智能表面信道模型。文獻(xiàn)[27]對可重構(gòu)智能表面輔助的移動通信的自由空間路徑損耗進(jìn)行了模型和測量驗(yàn)證，可用于鏈路預(yù)算分析，但亟需開發(fā)更加完備地考慮了各類衰落因素的可重構(gòu)智能表面實(shí)際信道模型。此外，信道建模時需要考慮可重構(gòu)智能表面的近場傳播特性和信道相關(guān)性[29]，合理建模亞波長電磁單元間的耦合等硬件非理想因素，并通過信道測量進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2? 遠(yuǎn)場擴(kuò)展到近場

現(xiàn)有可重構(gòu)智能表面的大部分研究工作都基于遠(yuǎn)場通信假設(shè)，近場的相關(guān)研究很少。在實(shí)際系統(tǒng)中，可重構(gòu)智能表面由大量的低成本電磁反射單元組成，其幾何尺寸和單元規(guī)模遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中的天線陣列。這意味著在一些應(yīng)用場景中，可重構(gòu)智能表面將在近場狀態(tài)下工作[30]。例如在室內(nèi)環(huán)境中，部署在墻上的大尺寸可重構(gòu)智能表面將使傳統(tǒng)遠(yuǎn)場通信中的平面波假設(shè)失效，需要考慮球面波的傳輸特性以及輻射近場區(qū)域的影響。研究方向包括可重構(gòu)智能表面的近場通信性能分析和設(shè)計優(yōu)化，這些研究可以幫助學(xué)術(shù)界和業(yè)界理解可重構(gòu)智能表面輔助的近場通信的特性和潛在優(yōu)勢。

3.3? 容量與能量效率極限

在可重構(gòu)智能表面輔助的無線傳輸系統(tǒng)中，由于可重構(gòu)智能表面的引入，系統(tǒng)的傳播環(huán)境由基站/接入點(diǎn)、可重構(gòu)智能表面與各移動終端間的信道共同決定。因此，傳播環(huán)境更加復(fù)雜，影響信道容量與系統(tǒng)能量效率的因素增多。此外，可重構(gòu)智能表面可根據(jù)不同的場景需求執(zhí)行不同的功能，例如波束成形、能量聚焦、近場廣播以及與調(diào)制功能的聯(lián)合優(yōu)化。因此，研究各種場景下系統(tǒng)能夠支持的最大容量及其對應(yīng)的能量效率將是未來研究的熱點(diǎn)，可為基于可重構(gòu)智能表面的傳輸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計及其性能的評估提供重要依據(jù)。

4? ?結(jié)束語

隨著5G商業(yè)化部署的開展，6G的研究正在全球范圍嶄露頭角?？芍貥?gòu)智能表面因其獨(dú)特的無源反射特性和簡單的硬件架構(gòu)，是一種很有潛力的技術(shù)，可被應(yīng)用到移動通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信息調(diào)制、改善信道環(huán)境、提高系統(tǒng)性能和降低覆蓋成本。本文介紹了可重構(gòu)智能表面的發(fā)展現(xiàn)狀以及在未來移動通信系統(tǒng)中的潛在應(yīng)用場景和研究進(jìn)展。

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作者簡介

周儒雅（orcid.org/0000-0001-8185-753X）：東南大學(xué)信息與通信工程專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榛诳删幊坛砻娴臒o線通信。

唐萬愷：東南大學(xué)國家移動通信研究實(shí)驗(yàn)室在讀博士研究生，研究方向?yàn)榛诳删幊坛砻娴臒o線通信系統(tǒng)的理論建模和原型驗(yàn)證。

李瀟：博士，現(xiàn)任東南大學(xué)國家移動通信研究實(shí)驗(yàn)室副教授，研究方向?yàn)橹悄芡ㄐ?、毫米波大?guī)模MIMO和可編程超表面通信。

金石：博士，現(xiàn)任東南大學(xué)國家移動通信研究實(shí)驗(yàn)室教授，研究方向?yàn)榭諘r無線通信、隨機(jī)矩陣?yán)碚?、信息理論、智能通信和可編程超表面通信?/p>