關(guān)鍵詞：智能超表面；信道測量；信道建模；3D幾何統(tǒng)計性信道建模

0引言

隨著5G移動通信系統(tǒng)已在全球范圍內(nèi)部署，6G移動通信技術(shù)的研究正在廣泛開展，預(yù)計在2030年實現(xiàn)商用。目前已經(jīng)建立了多個6G研究項目和組織，包括一些區(qū)域性的項目以及由國際電信聯(lián)盟無線通信部門（Radio Communication Divisionof the International Telecommunication

Union， ITU-R）組織和協(xié)調(diào)的全球性的IMT-2030（6G）項目。2023年6月，IMT-2030建議框架（6G愿景）最終確定，標(biāo)志了全球6G標(biāo)準(zhǔn)化進程的正式啟動。根據(jù)該建議框架，6G的功能在各個維度上都得到增強，包括數(shù)據(jù)速率、頻譜效率、連接密度等，催生了對新的物理層傳輸技術(shù)的需求。智能超表面（ReconfigurableIntelligent Surface，RIS）正是ITU-R認(rèn)為的一項在6G中有應(yīng)用潛力的技術(shù)。

RIS是由大量亞波長尺寸的被動反射單元組成的二維超表面，具有低成本、低能耗、易部署的優(yōu)勢。通過改變每個單元的反射或透射系數(shù)，從而改變電磁波的傳播特性，實現(xiàn)信道由不可控到可控。在覆蓋增強領(lǐng)域，RIS的應(yīng)用尤其受到期待。傳統(tǒng)難以覆蓋的區(qū)域，如街道峽谷、室內(nèi)拐角和室外到室內(nèi)（Outdoor-to-lndoor，021）等場景中，信號的傳播常受到阻礙和多徑傳播等因素的干擾，導(dǎo)致信號覆蓋不均勻。RIS可以通過動態(tài)配置，主動控制信號傳播路徑，引入虛擬視距（Line of Sight，LoS）鏈路，達到提升信號覆蓋的效果。除此之外，RIS還被認(rèn)為有望實現(xiàn)6G中智慧城市、智慧交通、工業(yè)環(huán)境通信、物聯(lián)網(wǎng)通信等用例，長期以來備受學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注。2021年6月，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織（Euro-pean Telecommunications Standards Institute， ETSI）正式批準(zhǔn)了關(guān)于RIS的新行業(yè)規(guī)范組（Indusrty Speci-fication Group，ISG），以此為里程碑，世界上已經(jīng)有越來越多的區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)化組織開始推動RIS技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。在中國，已經(jīng)有數(shù)個標(biāo)準(zhǔn)化組織開展了RIS標(biāo)準(zhǔn)化工作的研究，比如中國通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會、未來移動通信論壇、IMT-2030（6G）推進組等，其中IMT-2030（6G）推進組于2022年11月發(fā)布了國內(nèi)首個RIS研究報告。智能超表面技術(shù)聯(lián)盟（RISTech Alliance，RISTA）于2022年4月成立，致力于引導(dǎo)推進RIS相關(guān)技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)業(yè)方面的探討。

在無線通信中，信道是發(fā)射機（Tx）與接收機（Rx）之間電磁波傳播的媒介，其物理特性決定了系統(tǒng)的性能上限。信道建模旨在通過數(shù)學(xué)模型描述物理世界中電磁波的傳播特性，而準(zhǔn)確的信道模型則是通信系統(tǒng)設(shè)計、評估和優(yōu)化的基礎(chǔ)。在信道研究中，通常會展開廣泛的信道測量來揭示真實場景下的信道傳播特性，并采用合適的建模方法對真實信道特性進行精確刻畫。對于RIS信道模型的研究而言，其與傳統(tǒng)信道模型最大的區(qū)別是引入了Tx-RIS-Rx級聯(lián)鏈路。圍繞這一區(qū)別，綜述了當(dāng)前RIS信道建模領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。RIS信道測量方面，目前主要有基于時域和頻域原理的兩種信道測量方法，在總結(jié)了現(xiàn)有的RIS信道測量工作的基礎(chǔ)上，搭建了基于滑動相關(guān)的時域RIS信道測量平臺。RIS信道特性分析方面，基于理論推導(dǎo)和測量平臺實測數(shù)據(jù)，分析了RIS級聯(lián)信道中出現(xiàn)的新特性。RIS信道建模方面，總結(jié)了當(dāng)前主要的RIS信道建模方法，并提出了基于現(xiàn)有5G標(biāo)準(zhǔn)的3D幾何統(tǒng)計性信道模型（Geometric-Based Stochastic Model，GBSM）擴展的RIS信道建模方法，支持后續(xù)RIS技術(shù)的研發(fā)和評估。

1RIS信道模型與傳統(tǒng)信道模型的區(qū)別

與傳統(tǒng)Tx-Rx信道模型不同，RIS信道需要對Tx-RIS-Rx級聯(lián)鏈路建模。級聯(lián)鏈路由Tx-RIS鏈路、RIS-Rx鏈路和RIS三部分組成，這帶來了RIS散射特性的建模問題和級聯(lián)鏈路損耗特性的問題，如圖1所示。

前期的理論推導(dǎo)和實測研究表明，RIS本身的散射特性將影響RIS輔助通信鏈路的性能。因此一個準(zhǔn)確的RIS物理模型至關(guān)重要。部分研究通過散射方向圖的形式刻畫RIS本身的物理模型。同時RIS級聯(lián)鏈路與子鏈路的關(guān)系仍需要研究，包括級聯(lián)鏈路的大尺度路徑損耗和小尺度參數(shù)等的建模。由于RIS低成本的特點，可以采用大量單元實現(xiàn)高增益。實際應(yīng)用中，大規(guī)模RIS一方面能補償高頻電磁波的傳播損耗，另一方面能對抗級聯(lián)鏈路的高路徑損耗特性。然而，構(gòu)建大規(guī)模的RIS可能使Tx/Rx到RIS的距離小于瑞利距離，落入RIS近場區(qū)內(nèi)，引入新的近場特性。相比于傳統(tǒng)信道研究，這些新的信道特性，導(dǎo)致了RIS信道研究在測量手段和建模方法上都面臨著新的挑戰(zhàn)，如表1所示。

信道測量方面，由于存在Tx-RIS-Rx級聯(lián)信道，鏈路傳輸損耗大，要求平臺具有較高的發(fā)射功率和大動態(tài)范圍。此外由于需要獲取空域小尺度、時變動態(tài)、空一天一地等復(fù)雜場景信道特性，需要平臺具有多天線多通道、高采樣率和收發(fā)分離靈活可配的架構(gòu)等能力。

信道建模方面，為了滿足RIS技術(shù)的研發(fā)和評估需求，需要模型能夠高精度復(fù)現(xiàn)真實信道特性、具有較低的仿真復(fù)雜度以及能靈活支持6G多頻點、大帶寬和復(fù)雜的應(yīng)用場景，因此要求建模時RIS信道充分考慮Tx-RIS-Rx級聯(lián)鏈路、RIS板調(diào)相特性等新特性的建模與仿真。

2RIS信道測量方法與工作

2.1RIS信道測量方法與平臺

信道測量是指通過專用的信道探測設(shè)備獲得信道本身的參數(shù)。兩種傳統(tǒng)方法可以用于RIS信道測量。

方法一：基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（Vector NetworkAnalyzer，VNA）的頻域測量平臺，該方法依賴于VNA，是一種用于測量各端口對入射波響應(yīng)的儀器。它本質(zhì)上測量了微波網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)。由于VNA工作在頻域，通過快速掃頻來實現(xiàn)各頻點的測量，因此可以輕松處理幾十GHz帶寬的測量。然而，隨著測量距離的增加，通過線纜將Tx和Rx連接到VNA，可能會導(dǎo)致較大的信號損耗。一些研究采用了光纖無線電（Radio over Fiber，RoF）技術(shù)，成功將最遠測量距離擴展到100m。此外，當(dāng)VNA進行大帶寬頻率掃描時，需要較長的采樣時間，要求盡量保持信道穩(wěn)定不變。因此，VNA更適合較短距離內(nèi)靜態(tài)的測量場景。

方法二：基于滑動相關(guān)的時域信道測量平臺，該方法利用偽噪聲（Pseudo-Noise．PN）序列的高度自相關(guān)特性進行測量。其優(yōu)點在于能夠?qū)崿F(xiàn)Tx和Rx的分離，從而便于進行長距離和大動態(tài)的信道測量。

基于方法二，搭建時域信道測量平臺，通過同步線來保證分離的Tx/Rx的日寸間頻率同步，可以靈活適用于RIS的信道測量，如圖2所示。

2.2RIS信道測量實驗

目前，已有許多RIS信道測量實驗得到開展，他們各自關(guān)注了不同的信道特性，包括路徑損耗、信道互易性、RIS調(diào)相能力的角度相關(guān)性等。

由于RIS引入的虛擬LoS鏈路由兩段信道級聯(lián)而成，有著比一般意義下的LoS鏈路更高的路徑損耗。因此，路徑損耗的大小以及如何對抗高路徑損耗往往是許多RIS信道測量實驗關(guān)注的重點。文獻[19]提出了一種基于雷達散射截面（Radar CrossSection，RCS）的接收功率模型，使用國家儀器（National Instruments，NI）的通用軟件無線電外設(shè)（Universal Software Radio Peripheral， USRP）測量系統(tǒng)，在室內(nèi)和室外場景下開展了5.8GHz功率衰減的測量，驗證了所提路徑損耗模型。文獻[20]采用了時域相關(guān)的方法，重點在毫米波頻段進行了信道路徑損耗測量。該研究使用了兩個不同頻段的RIS，分別工作在27GHz和33GHz，進行了兩組實驗。第一組實驗旨在測量接收角度對RIS反射信號功率分布的影響，第二組實驗則關(guān)注了Tx到RIS以及RIS到Rx距離的影響，得到了與理論分析相符的實驗結(jié)果。文獻[10]構(gòu)建了一個基于時域相關(guān)的信道測量平臺，并在微波暗室中進行了多個頻段的測試，以驗證關(guān)于距離的路徑損耗模型。該研究在10.5GHz頻段部署了兩個RIS，旨在驗證近場廣播場景下的路徑損耗模型；同時在4.25GHz頻段部署了一個RIS，以驗證遠場波束成形場景下的路徑損耗模型。該研究指出了RIS相位調(diào)節(jié)對入射角的敏感性，該敏感性可能破壞信道的互易性。

文獻[21]進一步利用上述的4.25GHz和27GHz頻段的RIS進行了進一步的研究。該研究將RIS配置成相等碼本、梯度碼本和條紋碼本的模式時，分別測試了Tx和Rx在不同位置角度時上下行信道收到的復(fù)信號，發(fā)現(xiàn)上下行信道保持了良好的一致性，信道互易性沒有被打破。

文獻[22]設(shè)置了一個非視距（Non Line ofSight，NLoS）的室內(nèi)場景，以驗證RIS在NLoS場景下的性能。該研究中RIS工作在5.8GHz頻段，RIS和Rx位于辦公室內(nèi)，Tx位于辦公室外的走廊。Tx與RIS之間存在一堵30cm厚的水泥墻，信號到達RIS前，信號將有穿透損耗。在沒有LoS路徑的情況下，RIS仍然為信號提供了約26dB的增益。該研究還使用VNA對上行鏈路和下行鏈路的S參數(shù)進行了測試。為了減少非RIS多徑的影響，兩個天線被置于非?？拷黂IS的位置上。結(jié)果顯示，S12參數(shù)和S21參數(shù)高度一致，說明盡管與入射角相關(guān)，但RIS輔助信道保持了信道的互易性。

文獻[23]理論推導(dǎo)出了RIS輔助射頻識別場景下的自由空間路徑損耗模型，模型中考慮了識別目標(biāo)的RCS、RIS物理特性以及RIS的輻射近遠場效應(yīng)。該研究在5GHz的頻段利用VNA在室內(nèi)進行了測量驗證，測量結(jié)果與所提理論相一致，證明了在射頻識別場景下路徑損耗與距離的4次方成正比。

文獻[13]測量了L形走廊場景的路徑損耗，如圖3所示。測量頻段為26GHz，帶寬為200MHz。RIS被置于走廊拐角處，碼本設(shè)置為執(zhí)行鏡面反射，Tx和Rx部署于RIS遠場區(qū)。該研究重點分析了路徑損耗與Tx-RIS和RIS-Rx之間的距離關(guān)系，結(jié)果表明，在遠場情況下Tx-RIS和RIS-Rx之間的距離對RIS級聯(lián)信道路徑損耗的貢獻呈現(xiàn)乘性關(guān)系。此外，在室內(nèi)走廊中，電磁波傳播呈現(xiàn)明顯的波導(dǎo)效應(yīng)，在距離超過波導(dǎo)斷點后接收到的信號強度受波導(dǎo)效應(yīng)影響大于自由空間傳播的理論值。

各測量方法與平臺的頻率、場景、測量系統(tǒng)、實驗結(jié)果和信道特性等信息，如表2所示。

3RIS信道新特性

如圖1所示，RIS技術(shù)為信道引入了級聯(lián)鏈路，導(dǎo)致RIS信道與傳統(tǒng)信道有著明顯的不同之處，帶來了RIS調(diào)相特性如何準(zhǔn)確刻畫、RIS信道有著怎樣的級聯(lián)特性等的問題。本節(jié)通過理論推導(dǎo)和實際測量分析了RIS陣元反射系數(shù)、RIS散射方向圖、RIS信道級聯(lián)特性三項新特性。

3.1RIS陣元反射系數(shù)

目前許多對RIS進行的性能分析多采用了理想的RIS調(diào)相模型，即RIS僅會對出射信號的相位添加一個事先按照碼本設(shè)置好的相位滯后。但事實上根據(jù)菲涅爾反射公式，反射系數(shù)是與電磁波入射角度和極化相關(guān)的，理想模型中并沒有描述這一特性。

為了更準(zhǔn)確地描述RIS單元的反射特性，研究人員從電磁理論出發(fā)，提出了多種模型。文獻[25]將RIS單元等效為一個并聯(lián)諧振電路，電路元件的參數(shù)是由RIS單元在入射方向上的幾何投影決定，由此來反映反射系數(shù)對入射方向的依賴性。文獻[26]提出了廣義薄片傳輸條件（Generalized SheetTransition Conditions，GSTCs）模型，采用表面磁化率張量來描述RIS單元，在此模型下可以計算出任意入射角和偏振方向下的反射系數(shù)。文獻[12]提出了更適用于實際信號傳播場景的負載阻抗模型，其中RIS單元被視為具有一定電阻抗和磁阻抗的薄表面，入射電磁波在表面激起感應(yīng)電流和感應(yīng)磁流，其與表面阻抗以及入射電磁波的方向和極化有關(guān)。感應(yīng)電流和磁流重新向外輻射出電磁波形成反射電磁波，如圖4所示。

在等效阻抗模型中，垂直極化信號的反射系數(shù)如式（1）所示，平行極化信號的反射系數(shù)如式（2）所示：

3.2RIS散射方向圖

文獻[20]認(rèn)為RIS的單元輻射方向圖是出射、入射俯仰角余弦值的某種多項式函數(shù)，具體的函數(shù)形式與RIS的結(jié)構(gòu)和制造有關(guān)，文中的推導(dǎo)采用了cos的形式來擬合。文獻[27]也類似地使用了cOS來表示RIS輻射方向圖。文獻[28]運用了物理光學(xué)方法計算了RIS單元的散射方向圖，考慮了RIS非理想相位調(diào)制的效應(yīng)。

文獻[9]采用了電磁等效原理計算RIS陣元散射方向圖，該方法直接考慮RIS對RIS附近處電磁場的影響，并將這一影響歸結(jié)于散射方向圖，其計算步驟如圖5所示。

根據(jù)等效定理，RIS表面附近的磁場可以認(rèn)為是RIS表面上的電流激發(fā)出的，電場可以認(rèn)為是由表面上的磁流激發(fā)出的，有：

對于出射方向上的觀察點處磁矢位和電勢位，可由表面電流、磁流計算得出：

RIS面板整體的輻射方向圖是RIS單元影響的相干疊加：

3.3RIS級聯(lián)特性

與傳統(tǒng)信道的路徑損耗不同，在RIS級聯(lián)信道中，路徑損耗涉及兩個距離，分別是Tx-RIS的距離d1和RIS-Rx的距離d2。文獻[10]通過理論計算推導(dǎo)出了任意情況下RIS級聯(lián)信道的路徑損耗，并著重分析了遠場波束成形、近場信號聚焦、近場信號廣播場景下的路徑損耗。模型表明，在遠場波束成形場景下，路徑損耗與d1．d2（乘性模型）的平方成正比。在近場信號廣播場景下，路徑損耗與d1+d2（加性模型）的平方成正比。而在近場信號聚焦或其他更一般的RIS碼本配置下，路徑損耗與d1、d2則不一定有簡單的比例關(guān)系。文獻[13]通過信道測量分析驗證了當(dāng)Tx/Rx處于RIS遠場范圍時，級聯(lián)鏈路的路徑損耗與兩段子鏈路的路徑損耗呈乘性關(guān)系，如圖6所示。

4RIS信道建模

本節(jié)介紹RIS信道統(tǒng)計性建模、確定性建模和混合性建模方法。這幾種建模方法在模型準(zhǔn)確性和復(fù)雜性之間各有權(quán)衡，統(tǒng)計性建模復(fù)雜性稍低并且遷移性更強，但會犧牲一定的準(zhǔn)確性；確定性建模準(zhǔn)確度高，能很好地反映場景實際，但建模復(fù)雜度略高；混合型建模通常綜合利用上述兩種方式的思路，嘗試同時發(fā)揮兩種建模方法的優(yōu)勢。

4.1統(tǒng)計性建模

統(tǒng)計性建模即通過統(tǒng)計的方法來描述信道延遲、角度、功率及其他參數(shù)。GBSM方法是一種應(yīng)用廣泛的統(tǒng)計性建模方法，該方法考慮信道沖激響應(yīng)由數(shù)個簇和徑疊加而成，每個簇和徑的大小尺度參數(shù)可以通過信道測量得到。大尺度參數(shù)如路徑損耗、陰影衰落（Shadow Fading，SF）、時延擴展（Delay Spread，DS）、角度擴展等與仿真場景相關(guān)；小尺度參數(shù)包括多徑時延、功率、到達角和離開角等按照特定的統(tǒng)計分布生成。該方法在對無線信道特性反映較為全面的同時保持了很好的遷移性，借助前期測量、計算得到的參數(shù)表可以覆蓋典型的實際通信場景。考慮到RIS易部署的特點，在6G系統(tǒng)中應(yīng)用于復(fù)雜多樣的場景，遷移性較好的統(tǒng)計性建模方法將十分適合RIS信道建模。與傳統(tǒng)GBSM方法不同的是RIS信道考慮的是Tx-RIS-Rx級聯(lián)信道，并且RIS的獨特散射特性也與傳統(tǒng)散射體有所不同。文獻[30]基于GBSM的原理提出了一種RIS輔助的sub-6GHz頻段信道建模方法，文獻[27]將其中的相關(guān)工作推廣到多個RIS的場景。

文獻[9]中進一步考慮了RIS相位調(diào)制中的角度依賴效應(yīng)，擴展了SG標(biāo)準(zhǔn)中的3D GBSM方法，考慮如圖7所示的RIS輔助多輸人多輸出（Multiple-Input Multiple-Output．MIMO）通信場景。

文獻[9]給出非理想相位調(diào)制下RIS級聯(lián)信道的表示。如第二節(jié)提到，RIS的相位調(diào)制與入射角、出射角有一定相關(guān)性[26]，可以在RIS的輻射方向圖中反映出來。考慮到上述屬性，第s個Tx和第M個Rx之間的RIS輔助通信鏈路的信道沖激響應(yīng)可以表示為：

除了GBSM方法之外，也有一些研究基于統(tǒng)計性的思想對RIS信道建模開展了研究。文獻[32]提出了一種基于傅里葉平面波級數(shù)展開的信道模型，該模型主要考慮了較小空間內(nèi)大量天線陣列的情形，與RIS的情況相符。文獻[33]應(yīng)用了這一方法進行RIS信道建模并碼本分析。這一統(tǒng)計性模型將小尺度衰落建模為零均值、空間平穩(wěn)、相關(guān)的高斯標(biāo)量隨機場，在頻域滿足亥姆霍茲方程，在時域則等效于標(biāo)量波動方程。文獻[34]考慮了車聯(lián)網(wǎng)中遠場條件不一定總得到保證，特別是對于陣列尺寸較大的RIS，提出了一種混合近場和遠場的隨機信道模型。為了降低近場傳播條件下信道建模的復(fù)雜性，文獻[34]提出了一種子陣劃分方案，可以將RIS陣列劃分成數(shù)個適用平面波假設(shè)的小陣列。

4.2確定性建模

確定性建模方法是在給定的環(huán)境中通過求解或近似求解麥克斯韋方程組，計算信道傳播特性。該方法可以達到很高的精度，但同時有著較高的計算復(fù)雜度。它根據(jù)環(huán)境的幾何和電磁特性的詳細信息對真實的無線傳播環(huán)境進行重構(gòu)，因此這種建模方法更適用于依賴于特定環(huán)境的RIS應(yīng)用。

文獻[20]通過研究RIS的物理和電磁特性，針對4種不同場景建立了RIS輔助無線通信的自由空間路徑損耗模型。文獻[35]提出了一種RIS輔助無線通信的兩徑模型，該模型考慮了從Tx到Rx的直接鏈路以及RIS提供的輔助路徑。研究證明RIS可以通過適當(dāng)?shù)呐渲镁徑舛鄰剿ヂ?。文獻[36]為RIS輔助無線通信系統(tǒng)引入了一種基于電路的通信模型。該模型考慮了輻射元件如收發(fā)天線、RIS之間的互阻抗，通過RIS對收發(fā)天線等效電流和等效電壓的影響將RIS引入到通信模型中。

此外，射線追蹤法也是一種廣泛使用的確定性建模方法。當(dāng)物體的尺寸遠大于波長時，幾何光學(xué)通常是一種對電磁波傳播行為的良好近似。通常的做法是使用實際測量場景的幾何數(shù)據(jù)進行幾何光學(xué)計算，模擬出電磁波傳播可能經(jīng)過的路徑。隨后，對路徑上的電磁波進行電磁學(xué)計算，以獲得每條路徑的功率、極化等具體數(shù)據(jù)。文獻[12]利用阻抗邊界條件和等效阻抗推導(dǎo)出RIS單元反射系數(shù)與入射角的關(guān)系，然后結(jié)合射線追蹤法實現(xiàn)RIS的確定性信道建模。為了驗證該模型的準(zhǔn)確性，在走廊場景下開展了路徑損耗測量實驗，并將測量結(jié)果與射線追蹤模擬進行了比較，測量結(jié)果與模擬結(jié)果高度吻合。

4.3混合型建模

文獻[37]提出了一種基于地圖的混合信道（Map-based Hybrid Channel， MHCM）模型。MHCM在準(zhǔn)確性和復(fù)雜度之間取得一定折中，分為確定性部分和統(tǒng)計性部分。確定性部分通過射線追蹤技術(shù)生成復(fù)雜場景中的多徑信息，而統(tǒng)計性部分包括簡化配置和粗糙表面反射等建模方法。通過將RIS表面建模為虛擬基站，受不同入射波激發(fā)，計算不同多徑條件下RIS的增益，從而相干疊加生成整個RIS信道的信道響應(yīng)。MHCM在保持較高準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上簡化了算法，降低了計算負擔(dān)，為復(fù)雜實際場景中部署RIS時的信道建模方法提供了理論基礎(chǔ)。

各RIS信道建模方法的建模思路、刻畫特性等總結(jié)，如表3所示。

4.4RIS輔助通信信道仿真平臺

基于前期對6G信道的研究擴展了5G標(biāo)準(zhǔn)中的3D GBSM方法，搭建了面向6G的信道模型BUPTCMCCCMG_IMT2030仿真平臺，支撐RIS、通信感知一體化、太赫茲以及超大規(guī)模MIMO等6G關(guān)鍵技術(shù)的仿真評估。其中，該平臺的RIS仿真模塊是基于4.3節(jié)介紹的RIS散射方向圖以及Tx-RIS-Rx級聯(lián)鏈路建模原理搭建的，平臺支持多天線技術(shù)，Tx/Rx均可以配置為均勻線形陣列（Uni-form Linear Array．ULA）、均勻平面陣列（UniformPlane Array，UPA）等；支持標(biāo)準(zhǔn)中的城市宏蜂窩（Urban Macrocell，UMa）、城市微蜂窩（Urban Micro-cell．UMi）、郊區(qū)宏蜂窩（Rural Macrocell，RMa）、室內(nèi)熱點（Indoor Hotspot，InH）等大部分場景；支持頻段覆蓋0.5～100GHz；并且支持RIS的位置、方向、碼本、陣元參數(shù)等的自由配置。

仿真平臺基于5G標(biāo)準(zhǔn)中的仿真流程思路搭建，如圖8所示，增加了RIS參數(shù)配置、子信道參數(shù)生成、多徑簇刪減、RIS散射方向圖計算以及RIS級聯(lián)信道系數(shù)生成等步驟。

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①大尺度參數(shù)。確定通信場景，生成Tx-RIS信道和RIS-Rx信道的大尺度參數(shù)。大尺度參數(shù)包括DS、到達水平角擴展（Azimuth Spread of Arrival，ASA）、到達俯仰角擴展（Zenith Spread of Arrival，ZSA）、離開水平角擴展（Azimuth Spread ofDeparture，ASD）、離開俯仰角擴展（Zenith Spread ofDeparture，ZSD）、SF和萊斯K因子。通過互相關(guān)矩陣引入這些參數(shù)之間的相關(guān)性。根據(jù)文獻[31]計算兩個子信道的路徑損耗。

②小尺度參數(shù)。生成兩個子通道的小尺度參數(shù)，包括簇和多徑的延遲、功率、角度和交叉極化功率比。詳細的生成過程參照文獻[31]。

③信道沖激響應(yīng)。Tx-RIS-Rx級聯(lián)鏈路的較多的多徑數(shù)會導(dǎo)致很高的仿真復(fù)雜度。通過RIS陣元有效散射方向角先濾除一部分多徑，再根據(jù)多徑功率設(shè)置功率閾值，只保留占功率主導(dǎo)的部分多徑，完成多徑簇刪減，降低仿真復(fù)雜度。最后根據(jù)第二節(jié)中的方法計算出RIS散射方向圖，合并生成級聯(lián)鏈路信道系數(shù)。

5未來研究方向和挑戰(zhàn)

在信道測量方面，目前RIS信道測量的主要焦點是針對遠場和大尺度特性的研究。盡管已經(jīng)進行了多項在微波暗室中的路徑損耗測量，但在室外、室內(nèi)等真實場景下的測量工作還相對不足。此外，近場問題已引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并已取得了一些理論研究成果，但缺少真實場景下的信道測量和實驗驗證。未來，為了獲取室內(nèi)、室外等實際場景和近場情況下的數(shù)據(jù)可能需要大規(guī)模的測量活動。

在信道建模方面，RIS的引人為信道帶來了許多新特性，如何準(zhǔn)確描述RIS單元的反射系數(shù)、RIS輻射方向圖等特性具有挑戰(zhàn)性。此外，RIS還可能與大規(guī)模MIMO、通感一體化、太赫茲等技術(shù)進行結(jié)合，還需要進一步研究RIS與上述技術(shù)結(jié)合后的信道傳播新特性和建模方法。

6結(jié)束語

綜述RIS信道建模研究的最新進展，涵蓋了RIS信道測量、信道特性和信道建模三個方面。在信道測量部分，介紹了VNA和時域滑動相關(guān)法這兩種主要的RIS信道測量方法，并對他們進行了詳細的比較；著重總結(jié)了當(dāng)前測量活動關(guān)注的重點，主要集中在信道路徑損耗和性能增益方面。介紹了RIS的幾種關(guān)鍵信道特性，包括RIS的反射系數(shù)、輻射方向圖和RIS級聯(lián)信道路徑損耗。對統(tǒng)計性建模、確定性建模和混合型建模等不同的信道建模方法，作了簡要的綜述和比較。從信道特性研究的角度，對未來RIS研究的發(fā)展方向進行了展望。