?？?G與智能超表面

東南大學(xué)副校長、首席教授、博士生導(dǎo)師，國家級高層次人才、國家自然科學(xué)基金杰出青年科學(xué)基金獲得者、江蘇省特聘教授。長期從事移動通信的教學(xué)和研究工作，圍繞蜂窩移動通信理論與關(guān)鍵技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)理論與關(guān)鍵技術(shù)、智能超表面技術(shù)，以及人工智能在移動通信中的應(yīng)用等領(lǐng)域開展研究工作。在國際國內(nèi)核心期刊及學(xué)術(shù)會議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文600余篇；授權(quán)國際／國家發(fā)明專利90余項，出版專著2部，教材1本。研究成果獲省部級科學(xué)技術(shù)一等獎4項、二等獎1項、IEEE通信學(xué)會萊斯獎1項、IEEE信號處理學(xué)會最佳論文獎／青年作者最佳論文獎、China Communications最佳論文獎、ElectronicsLetters最佳論文獎、National Science Review最佳論文獎、Journal of Communications andInformation Networks青年作者最佳論文獎、以及十余個國際重要學(xué)術(shù)會議最佳論文獎，2014年至今連續(xù)入選愛思唯爾中國高被引學(xué)者，2019年至今連續(xù)人選科睿唯安全球高被引學(xué)者。主持承擔(dān)并完成多項國家級科研項目，包括國家自然科學(xué)基金杰出青年基金／重點基金／專頊項目／優(yōu)秀青年科學(xué)基金各1項、國家科技重大專項課題2項、科技部國際合作項目1項等，承擔(dān)華為技術(shù)有限公司、Intel中國研究院等企業(yè)合作項目多項。指導(dǎo)本科生獲“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎、一等獎以及“創(chuàng)青春”全國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽金獎；指導(dǎo)研究生獲得中國電子學(xué)會優(yōu)秀博士學(xué)位論文、中國通信學(xué)會優(yōu)秀博士論文以及江蘇省優(yōu)秀博士學(xué)位論文。

東南大學(xué)副研究員、博士生導(dǎo)師，獲中國電子學(xué)會優(yōu)秀博士學(xué)位論文、入選江蘇省科協(xié)青年科技人才托舉工程。從事無線通信與智能超表面研究，研究成果3篇人選ESI熱點論文，6篇入選ESI高被引論文，6篇人選IEEE推薦的智能超表面Best Readings。第一作者成果獲IEEE通信學(xué)會亞太區(qū)杰出論文獎、Electronics Letters最佳論文獎、China Communications最佳論文獎、中國科協(xié)優(yōu)秀科技論文獎。完成中國信息通信研究院牽頭的IMT-2030 6G智能超表面技術(shù)第一階段測試驗證，指導(dǎo)學(xué)生獲得“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽全國特等獎、研究生電子設(shè)計競賽全國總決賽華為6G先進(jìn)無線探索方向冠軍。

內(nèi)容導(dǎo)讀

智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surface．RIS）已成為6G研究熱點之一，有望以低成本、低能耗、可編程的方式實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能增強(qiáng)與系統(tǒng)容量提升，對構(gòu)建6G網(wǎng)絡(luò)及發(fā)展其關(guān)鍵使能技術(shù)具有重要意義。智能超表面技術(shù)的研究，需要多學(xué)科的協(xié)同配合，涉及無線通信領(lǐng)域與超材料、物理學(xué)、電磁學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科交叉與協(xié)同配合。當(dāng)前，智能超表面的研究和發(fā)展仍面臨諸多開放性問題：基于實測數(shù)據(jù)的智能超表面信道模型、智能超表面的無線通信基礎(chǔ)理論、完整傳輸方案的設(shè)計優(yōu)化、應(yīng)用場景的聚焦、標(biāo)準(zhǔn)化前景的討論、面向通信需求的智能超表面硬件功能與接口設(shè)計等。鑒于上述情況，為了更好地將我國智能超表面的最新研究成果介紹給讀者，促進(jìn)6G前沿技術(shù)發(fā)展，我們組織了本專刊。

智能超表面起源于數(shù)字編碼與現(xiàn)場可編程超材料及融合電磁物理世界與數(shù)字世界的信息超材料，在SG和未來6G網(wǎng)絡(luò)中具有重要機(jī)遇和應(yīng)用前景。崔鐵軍院士觀點文章《面向6G的信息超材料和智能超表面通信與感知技術(shù)》對基于信息超材料和智能超表面的通信與感知理論、基本算法和系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了闡述與分類，對信息超材料和智能超表面的進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)行了展望，并討論了實際部署與應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)和相關(guān)潛在技術(shù)路徑。

在信道模型方面，《面向6G的RIS信道測量與建模研究進(jìn)展》綜述了智能超表面信道的測量與建模研究進(jìn)展，介紹了基于時域的智能超表面信道測量平臺，分析了反射系數(shù)、散射方向圖和級聯(lián)路損三個特性，總結(jié)了智能超表面信道建模方法，給出了一種基于現(xiàn)有SG標(biāo)準(zhǔn)的3D幾何統(tǒng)計性信道模型擴(kuò)展的建模方法，以及基于此方法的智能超表面信道仿真平臺。

在信道估計與波束成形設(shè)計方面，《智能反射面輔助通信中的信道估計方法》根據(jù)不同用戶的智能超表面級聯(lián)反射信道都包含基站至智能超表面之間公共反射信道，介紹了兩階段信道估計算法和先量化后估計的信道估計框架，利用信道相關(guān)性降低信道估計時間開銷。在智能超表面輔助的去蜂窩大規(guī)模MIMO系統(tǒng)場景中，《RIS輔助去蜂窩大規(guī)模MIMO系統(tǒng)低復(fù)雜度預(yù)編碼算法設(shè)計》以最大化系統(tǒng)的和速率為優(yōu)化目標(biāo)，提出了一種低復(fù)雜度預(yù)編碼和智能超表面反射相位交替優(yōu)化算法，大幅降低了預(yù)編碼的計算復(fù)雜度。隨著智能超表面尺寸的增大和傳輸頻段的提升，傳統(tǒng)的平面波模型面臨挑戰(zhàn)，《智能超表面近場通信的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》研究了近場球面波的傳輸模型，并設(shè)計了智能超表面聚焦預(yù)編碼、聚束預(yù)編碼以及軌道角動量預(yù)編碼方案和傳輸策略。《超大規(guī)模智能反射面輔助的近場移動通信研究》介紹了近場信道模型下的通信性能極限，從基站波束對準(zhǔn)、超大規(guī)模智能反射面波束訓(xùn)練以及波束跟蹤三方面介紹了波束管理設(shè)計，討論了近場通信的關(guān)鍵設(shè)計難題以及有前景的解決辦法。

在覆蓋增強(qiáng)應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案方面，《智能反射面輔助的覆蓋增強(qiáng)技術(shù)綜述》對應(yīng)用場景、問題建模及求解方案進(jìn)行了歸納，并按照大尺度網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化、小尺度區(qū)域覆蓋控制以及離散相位碼本下的實際部署測試三種典型場景進(jìn)行了綜述與展望?！吨悄艹砻嬷欣^的系統(tǒng)方案設(shè)計》介紹了智能超表面輔助通信系統(tǒng)的基于頻分的初始接人方案、基于尋呼消息的半靜態(tài)節(jié)能控制方案、與入射角和頻率有關(guān)的碼本設(shè)計方案，為智能超表面中繼系統(tǒng)的方案設(shè)計提供了參考?！吨悄艹砻尜x能5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)的思考》討論了覆蓋增強(qiáng)等典型應(yīng)用場景，分析了智能超表面在信道側(cè)和收發(fā)端不同場景下的應(yīng)用價值，指出了基于網(wǎng)絡(luò)控制、自主調(diào)控和終端控制三種智能超表面管控方案的差異?！犊芍貥?gòu)智能表面輔助通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)綜述》介紹了集中式、分布式、混合式智能超表面三種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，根據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)類型的不同討論了在LOS/NLOS環(huán)境下智能超表面輔助通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，展望了面臨的挑戰(zhàn)以及未來研究趨勢。《多RIS輔助通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)同傳輸性能研究》研究了智能超表面分布式和機(jī)會式輔助策略，從中斷概率和信道容量兩種性能指標(biāo)分別對兩種方案的性能進(jìn)行了評估和分析。

在基于智能超表面的通感一體化方面，《RIS輔助毫米波通感一體化關(guān)鍵技術(shù)與研究進(jìn)展》闡述了該方向的發(fā)展過程與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，討論了研究中的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，介紹了該領(lǐng)域已有的研究成果，進(jìn)而展望了智能超表面輔助毫米波通感一體化未來的發(fā)展方向和面臨的挑戰(zhàn)?！痘诮y(tǒng)計CSI的RIS輔助通感一體化波束成形設(shè)計》提出了一種利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的聯(lián)合波束成形設(shè)計方案，在感知性能約束下，設(shè)計了一種最優(yōu)基站發(fā)送協(xié)方差矩陣和智能超表面對角相移矩陣的交替優(yōu)化算法，揭示了通信與感知性能之間的折衷關(guān)系。《基于RIS輔助的通信感知一體化技術(shù)研究》介紹了采用OTFS作為智能超表面輔助通信感知一體化波形的優(yōu)勢，并提出了可以設(shè)計波束色散影響下通信感知多任務(wù)參數(shù)低開銷估計算法，以及通過高低頻協(xié)作通信感知波束優(yōu)化來協(xié)同控制功率和調(diào)度無線資源的思路?！吨悄艹砻孑o助聯(lián)合雷達(dá)與通信系統(tǒng)設(shè)計》在總體發(fā)射功率約束下，對系統(tǒng)的加權(quán)和速率與探測性能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，使用一種交替算法提高了系統(tǒng)的通信性能和方向探測性能。

在與無人機(jī)、深度學(xué)習(xí)、語義通信等領(lǐng)域結(jié)合方面，《基于智能超表面的無人機(jī)移動邊緣計算綜述》討論了該場景下的協(xié)作方式，梳理了在設(shè)計過程中需要考慮的關(guān)鍵問題以及可采取的解決方法，闡述了未來的研究方向，包括智能超表面和無人機(jī)移動邊緣計算技術(shù)的系統(tǒng)安全性和可靠性增強(qiáng)。《基于深度學(xué)習(xí)的有源智能超表面通信系統(tǒng)》提出了一種基于端到端學(xué)習(xí)的有源智能超表面輔助的通信系統(tǒng)框架，將通信過程建模為自編碼器結(jié)構(gòu)，對各通信模塊進(jìn)行了聯(lián)合優(yōu)化，仿真結(jié)果表明可以有效補(bǔ)償乘性衰落下的高路徑損耗?！吨悄芊瓷涿嬖鰪?qiáng)的多無人機(jī)輔助語義通信資源優(yōu)化》對無人機(jī)軌跡、智能反射面一無人機(jī)軌跡、智能反射面相移和語義符號數(shù)量進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，仿真結(jié)果表明引入智能反射面可以有效提升語義通信系統(tǒng)的性能。

在智能超表面硬件實現(xiàn)與原型系統(tǒng)驗證方面，《雙線極化寬帶1-bit可編程智能超表面設(shè)計》設(shè)計了一種具有極化轉(zhuǎn)換能力的1-bit雙極化可調(diào)控超表面，在完成雙線極化電磁波極化轉(zhuǎn)換的同時，可以實現(xiàn)3.5 GHz附近的1-bit相位調(diào)控，所建立的16x16陣列在+500范圍內(nèi)可以實現(xiàn)筆形波束掃描，相對帶寬達(dá)到36.7%。《一種雙極化1-bit相位調(diào)控智能超表面》設(shè)計了一種雙極化1-bit相位調(diào)控超表面，在不同極化方向下可實現(xiàn)1-bit相位獨立調(diào)控，且具有300以內(nèi)的斜入射角度穩(wěn)定性，組成的10x10超表面陣列在空間中具有靈活的波束調(diào)控能力?！痘谥悄艹砻娴亩S相掃天線》設(shè)計了一種基于智能超表面的相控陣天線，包括超表面陣列、饋電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，采用了自支撐饋源降低了天線饋源復(fù)雜度，在7.7、8.0、8.3 GHz的測試增益為24. 72、24. 92、25. 06dBi，掃描特性良好?！痘?bit超表面的單階諧波波束掃描》設(shè)計了一種角度不敏感的2bit超表面單元并組建32x32陣列，通過使用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，有效壓低正一階諧波的波束副瓣，實現(xiàn)了超表面在600范圍內(nèi)的諧波波束掃描?！缎滦涂芍貥?gòu)分布式天線與反射面：性能分析與原型驗證》提出了一種名為可重構(gòu)分布式天線與反射面（RDARS）的新型無線通信系統(tǒng)架構(gòu)，陣面單元可靈活地切換為“反射態(tài)”與“連接態(tài)”，為系統(tǒng)引入了“反射增益”與“分布式增益”并實現(xiàn)性能與功耗的平衡。在理論分析和仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了采用RDARS的原型樣機(jī)進(jìn)行實驗，驗證了該架構(gòu)的可行性與其帶來的顯著性能增益。

綜上所述，本專刊涵蓋智能超表面無線通信領(lǐng)域的前沿趨勢、信道測量與建模、信道估計與波束成形、覆蓋增強(qiáng)應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案、基于智能超表面的通感一體化，與無人機(jī)、深度學(xué)習(xí)、語義通信等領(lǐng)域結(jié)合，智能超表面硬件實現(xiàn)與原型系統(tǒng)驗證等多個方面，希望能夠給廣大讀者了解6G智能超表面技術(shù)提供有益的啟示和參考。最后，感謝?？u審專家及時、耐心、細(xì)致的評審工作；衷心感謝各位作者的辛勤工作和精心撰稿！