文 献 综 述
1 引言
随着移动通信网络的飞速发展与5G网络成功规模商用，对于6G无线蜂窝通信技术的研究已经展开。智能反射表面（Intelligent Reflecting Surface，简称IRS）是6G的重要候选技术[1]。与传统无线通信技术比较，IRS有许多优点，可有效地用来解决物联网中的能耗过大的问题。因此，该技术在6G通信系统中有着广阔的应用前景。特别地，移动通信技术不仅能够在军用、民用等各个领域中发挥实质性作用，也能够为人们的日常生活、生产带来便捷[2]。然而，人们对移动通信要求的越来越高，传统移动通信技术已经很难满足当前市场的发展需求。因此，移动通信还需在5G、6G等方向上有进一步突破。随着基于智能反射表面的MIMO通信系统技术在学术界被提出来，移动通信网络的可能会向着更加科学、合理且多元化的方向转变。这不仅能带动大量移动通信业务的飞速发展，也会推动我国经济向着更高的层次发展，进而为移动网络在各个领域的应用提供更可靠的技术支持。
2 研究现状
智能反射表面（IRS），是一种二维人工结构，由大量无源无线电超原子/天线组成。这些天线对入射的电磁波具有独特的特性，例如负反射/折射，完美吸收和反常反射[3]。现有的大多数工作都利用IRS将入射的视频信号引导到类似于可调反射阵列的所需方向。此外，IRS可以实时进行电子调谐。通过利用这些属性，可以将IRS的实现集成到多种环境中，例如墙壁、天花板和建筑物。基于IRS的通信机制具有许多优点，例如超低功耗、无自干扰以及没有向转发信号添加额外的热噪声。另外，IRS辅助的MIMO系统可以有效减少有源天线，在使用IRS的情况下MIMO系统的速率会大幅度提高[4]。基于智能反射表面的研究具有重要的实用价值。
基于智能表面技术的通信系统提供了可观的系统性能增益。在产业化之前，智能表面技术还有很多开放性问题需要研究，我们列出目前学术界讨论最多的三个问题:
- 器件单元的设计和建模理论。用于通信的智能表面器件单元需要支持双极化的入射信号，并且对于双极化入射信号具有相近幅度和相位响应特性[5]。智能表面器件单元的设计需要从器件材料选取和器件结构两个方向设计符合通信系统需求的智能硬件。在理论分析中，智能表面器件单元被建模成理想的反射单元，然而实际的器件单元的响应信号的参数受到多个因素影响，例如入射信号角度，出射信号角度，入射信号极化方向等[6]。准确高效的器件单元的信号响应模型是智能表面设备性能评估的基础。
- 智能表面的信道建模。未来的通信环境中可能会大量部署智能表面设备。智能表面设备不能抽象为一个简单的通信节点，现有的无线通信信道模型不适用于智能表面的信道建模。学术界需要对智能表面设备与基站或终端节点之间的信道特征进行分析和建模并进行测试验证。特别地，智能表面的信道特征受基站、终端和智能表面部署位置的影响，系统仿真需要对智能表面进行空间建模来准确地评估系统性能[7]。
- 信道测量和反馈机制。由于智能表面由大量的器件单元构成并且没有射频和基带处理能力，所以基站无法分别获得基站到智能表面以及智能表面到终端的信道信息[8]。基站或终端的接收信号由大量的智能表面器件单元的响应信号叠加形成，改变一个或者少量的器件单元的工作状态并不能使接收信号产生明显的变化。一种可能的测量方案是在智能表面中安装少量有源器件单元，使得智能表面能够进行信道测量和反馈;基站使用压缩感知或者深度学习算法从有限的信道信息中推算出合理的智能表面配置参数[9]。基于智能表面的通信系统需要一个高效的信道测量机制，在保证智能表面低复杂度的前提下，尽量提升端到端的信号质量。
此外，基于智能表面的通信系统的理论性能分析，多用户MIMO性能分析，智能表面应用部署场景的探索等也是后续研究的重要方向。
3 总结
作为5G、6G潜在关键技术之一，智能表面技术通过控制每个器件单元对入射到智能表面的无线信号的响应模式，来实现覆盖延伸、热点增强和MIMO空间分集增强等目的[10]。智能表面技术相当于重构或者增强了信道传播环境。相信在未来，会有更多对基于智能反射表面的MIMO通信系统的理论研究和实验分析，这项技术也会在5G和6G市场中获得广阔的前景。
当然，网络侧技术创新的目标始终是:更高的频段和或带宽，更高的频谱、空间、接入、能量、成本、冗余、链路、拓扑、密集部署、管理与编排、计算效率[11]。6G自治自动网络架构、智能三维连接、智能大规模天线阵、按需网络拓扑、按需网络计算是实现上述网络侧技术创新目标的潜在候选技术[12]。其中，空地通信融合组网、平滑虚拟小区、智能反/透射表MIMO技术、大约1-10 GHz带宽的太赫兹通信、通信传感集成技术、增强多用户共享接入Pre6G技术将可能率先在5G演进网络中得到应用[13]。
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