[论文解读] A Path to Smart Radio Environments: An Industrial Viewpoint on Reconfigurable Intelligent Surfaces

Ruiqi Liu, Qingqing Wu+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2021

Advanced Wireless Communication Technologies参考文献 9被引用 5

一句话总结

本文提出了一项将可重构智能表面（RIS）集成到未来无线网络中的工业路线图，提出了一套切实可行的标准化与商业部署框架。通过利用低成本的无源反射单元，RIS可增强信号覆盖范围与网络吞吐量，重点在于通过技术、标准化和产业合作路径，弥合研究成果与实际应用之间的差距。

ABSTRACT

With both the standardization and commercialization completed in an unforeseen pace for the 5th generation (5G) wireless network, researchers, engineers and executives from the academia and the industry have turned their sights on candidate technologies to support the next generation wireless networks. Reconfigurable intelligent surfaces (RIS), sometimes referred to as intelligent reflecting surfaces (IRS), have been identified to be potential components of the future wireless networks because they can reconfigure the propagation environment for wireless signals with low-cost passive devices. In doing so, the coverage of a cell can be expected to increase significantly as well as the overall throughput of the network. RIS has not only become an attractive research area but also triggered a couple of projects to develop appropriate solutions to enable the set-up of hardware demonstrations and prototypes. In parallel, technical discussions and activities towards standardization already took off in some regions. Promoting RIS to be integrated into future commercial networks and become a commercial success requires significant standardization work taken place both at regional level standards developing organizations (SDO) and international SDOs such as the 3rd Generation Partnership Project (3GPP). While many research papers study how RIS can be used and optimized, few effort is devoted to analyzing the challenges to commercialize RIS and how RIS can be standardized. This paper intends to shed some light on RIS from an industrial viewpoint and provide a clear roadmap to make RIS industrially feasible.

研究动机与目标

• 通过识别在标准化和商业化方面面临的关键挑战，弥合RIS研究与工业部署之间的差距。
• 从工业和系统工程的角度，提供一条清晰且可操作的路径，将RIS整合到未来的无线网络中。
• 促进学术界、产业界和标准组织之间的合作，以加速RIS的采用。
• 突出RIS部署的技术和运营需求，包括硬件、控制和网络集成。
• 指导区域和国际层面的标准化工作，特别是在3GPP及其他标准制定组织（SDO）中的推进。

提出的方法

• 提出一种分层的RIS部署架构，区分不同的RIS部署模式（例如，独立部署、与基站集成）。
• 利用具有相位移的无源单元分析RIS的信号反射机制，以动态控制无线电波传播。
• 提出一种基于信道状态信息的实时RIS配置控制与反馈框架。
• 通过系统级仿真和理论模型，评估RIS在频谱效率和覆盖范围扩展方面的性能。
• 将RIS功能映射到现有的3GPP和ITU-R标准，识别差距与对齐机会。
• 概述一个分阶段的工业化路线图，涵盖原型开发、现场试验和标准化里程碑。

实验结果

研究问题

• RQ1 在真实无线网络中部署RIS面临哪些关键技术与工业挑战？
• RQ2 如何在3GPP等区域和国际标准组织中有效推进RIS的标准化？
• RQ3 在覆盖范围和频谱效率方面，RIS在系统级性能上可实现多大提升？
• RQ4 RIS在5G和未来6G网络中的实际部署场景与集成策略有哪些？
• RQ5 如何设计反馈与控制机制，以实现RIS的实时、可扩展运行？

主要发现

• 通过利用低成本无源元件对无线电波进行智能调控，RIS可显著提升小区覆盖范围和网络吞吐量。
• 3GPP等地区已启动标准化工作，但实现全球协调一致的标准化对商业化成功至关重要。
• 本文明确识别出一条包含明确阶段的工业化路径：原型开发、现场试验和标准化整合。
• RIS的集成需要产业界、学术界和标准组织的紧密协作，以应对硬件、控制和互操作性方面的挑战。
• 系统级仿真结果证实，RIS在非视 Line-of-Sight（非视距）和阴影区域中可实现显著的频谱效率增益。
• 该路线图强调了统一控制接口和反馈机制的必要性，以实现可扩展且动态的RIS部署。