一种基于超智能表面协助的密集毫米波通信模型

作为一种新型的反射材料,超智能表面将在未来通信网络中扮演重要的角色。将超智能表面应用于多点协作的毫米波通信系统,可极大提升系统性能。为此,提出基于超智能表面的密集毫米波通信模型,并分析了基于最大合并比(maximal-ratio combining,MRC)接收和选择(selection combining,SC)接收两类协作传输策略下系统性能。具体而言,阐述在Nakagami-m衰落模型下基站所接收的信号,推导了系统中断概率和各态历经容量表达式,并通过仿真验证。同时,通过仿真分析了系统参数对通信系统性能的影响。仿真结果表明,基于SC策略的系统性能略优于MRC策略。传输功率以及LIS中的反射元数对系统性能有较大影响。

社会5.0、超智能社会及未来图景

社会5.0是"第四次工业革命"的全球运动和信息通信技术进一步发展的产物,相对于"工业4.0"更具前瞻性及全球标志性意义。它具有复杂技术、人机复杂协同、跨学科方法应用与复杂群体差异性冲突等特点,体现了人类"第五社会""工业4.0"、共享社会、人工智能和经济社会问题同步解决等转型升级新趋势。"社会5.0"的未来图景是"智慧公民"、科技创新、认知与决策自动化、社会技术生态融合、在线社区与物理互动、生活智能化与数据驱动的"超智能社会",但它也存在家长式管理与自治、不同治理制度冲突、人类积极作用降低、人工智能意外风险、社会主权和设计者缺乏等陷阱。研究认为"社会5.0"时代旨在解决社会问题以及服务社会,致力于实现提高人类生活质量的最终目的,变挑战为机遇,实现社会和经济同步发展。

日本借力“第四次产业革命”构筑“超智能社会”

推动“第四次产业革命”与构筑“超智能社会”(Society5.0)具有相乘效果。通过构建“超智能社会”,将第四次产业革命的创新成果应用到经济社会的各个方面,不仅可以解决日本面临的各种社会问题,而且会创造出许多新的机会,支持日本经济的持续发展。日本政府以解决问题为出发点,借力“第四次产业革命”,构建“超智能社会”,提升国家竞争力与国民幸福感的政策思路值得借鉴。

国家创新系统下日本超智能社会对我国智慧社会建设的启示

基于国家创新系统理论,从企业、院校、政府及其相互协同的角度出发,对日本超智能社会进行了梳理分析。研究发现,日本超智能社会通过以政府为主的阶段性政策制定、以院校为主的知识创造与人才培养、以企业为主的科技创新与技术研发,充分促进产学官三者的协同合作,从而推动了超智能社会的逐步发展与实现。并对中国建设智慧社会的顶层设计提出四方面的建议。

日本超智能社会建设与实现可持续发展研究

2019年6月,日本内阁会议发布了《科学技术创新综合战略2019》(以下简称《综合战略》),重点分析了过去一年日本国内与国际形势的变化,指明了未来亟待解决的问题,进一步明确了加快落实第五期《科学技术基本计划(2016-2020)》中关于实现超智能社会(Society 5.0)战略目标的年度重点计划任务。本文就《综合战略》的重点内容进行分析,以期对我国的科技创新战略制定和实践提供一些的借鉴和参考。

海信XT880系列超智能电视UHD TV赏析

正海信近期正式发布了之前在德国柏林IFA展示过的XT880系列UHD超高清智能电视,尺寸分别包括50英寸、65英寸和84英寸三个档次,该系列智能电视拥有3840×2160物理分辨率,是传统FHD全高清电视1920×1080分辨率的4倍,最大特色是搭配了今天同时发布的海信AndroidTV Pro操作系统,让智能电视操作更简单,并且将各种终端融为了一体,成为了行业新的标杆。

智能超表面辅助的通感一体化性能优化

为了解决因障碍物等遮挡导致的覆盖空洞和探测精度下降问题,提出了一种基于栅格化的智能超表面辅助的通感一体化优化方法。首先,建模了最小化均方位置误差问题,将弱通感区域和RIS可能部署区域栅格化以降低计算难度,并采用粒子群优化算法和交替优化算法联合优化智能超表面期望反射角角度和部署位置。最后,引入探测需求因子,建模通感性能联合优化问题,并分析了探测需求因子对系统通感性能的影响。仿真结果显示:(1)相较于仅优化期望反射角,联合优化智能超表面的期望反射角和部署位置的方案,在平均信噪比仅有略微下降的情况下,可显著降低平均均方位置误差,平均均方位置误差降低10倍左右;(2)不同尺寸大小的智能超表面会对其最佳部署位置有影响;(3)联合优化智能超表面的期望反射角和部署位置提高了探测精度,最大化了通感整体性能。

全双工主动窃听非正交多址接入系统智能超表面辅助物理层安全传输技术

针对全双工被动窃听和主动干扰攻击下的多用户非正交多址接入(NOMA)系统,该文提出一种智能超表面(RIS)辅助的鲁棒波束赋形方案以实现物理层安全通信。考虑在仅已知窃听者统计信道状态信息的条件下,以系统传输中断概率和保密中断概率作为约束,通过联合优化基站发射波束赋形、RIS相移矩阵、传输速率和冗余速率,来最大化系统的保密速率。为解决上述多变量耦合非凸优化问题,提出一种有效的交替优化算法得到联合优化问题的次优解。仿真结果表明,所提方案可实现较高的保密速率,且通过增加RIS反射单元数,系统保密性能更佳。

智能超表面辅助的OAM通信信道建模及容量分析

现有智能超表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)辅助的轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)通信系统的相关研究大都采用自由空间传播信道,针对该信道无法准确描述OAM信号传播特性的问题,研究了OAM信号在自由空间场景下的传播特性。结合莱斯衰落信道建立了一种RIS辅助的OAM信道模型。RIS辅助的OAM通信系统采用RIS产生具有不同模态的OAM信号,通过联合优化算法优化功率分配系数和RIS无源波束成形来提高信道容量,分析了信噪比和传输功率等因素对信道容量的影响。仿真结果表明:所提出的衰落信道模型能够描述OAM信号在RIS辅助信道中的传播特性,实现更高的信道容量。

基于智能超表面的电磁涡旋能量效率最大化

针对电磁涡旋通信系统能量效率受限的问题,提出了基于智能超表面的电磁涡旋通信的传输方案。建立了基于智能超表面的电磁涡旋通信的系统模型,基于该系统模型推导了能量效率的数学表达式。为实现能量效率最大化,采用了一种交替优化算法进行求解,考虑到目标函数和约束条件的非凸性,问题被分为2个子问题,即通过分别优化基站的功率分配和智能超表面的相移系数来实现能量效率最大化。数值仿真结果表明采用智能超表面可以提高电磁涡旋通信系统的能量效率,并且所采用的优化算法可以有效地实现能量效率最大化。

可重构智能超表面辅助的大规模机器类通信深度学习大规模MIMO信道估计

大规模机器类通信(mMTC)是第5代移动通信系统的重要应用场景之一,可实现每平方公里近百万级设备的连接。考虑到mMTC传播环境的复杂性,该文引入可重构智能超表面(RIS)进行上行免授权的传输,由此级联形成用户与RIS、RIS与基站(BS)之间的信道链路,从而有效控制无线信号传输的质量。在此基础上,建立Turbo译码消息传递思想下的降噪学习系统,通过大量的训练数据,以学习RIS辅助的级联信道状态信息,并对其进行估计。此外,该文对RIS辅助的mMTC信道估计结果进行了统计分析,以验证所提方案的准确性。数值仿真结果和理论分析结果表明,该文方法优于其他压缩感知类的方法。

6G智能超表面通信信道测量与建模:进展与挑战

RIS是6G无线通信的潜在关键技术之一,受到学术界和产业界的广泛关注。RIS不仅具有低成本、低功耗、可编程、易部署、与现有网络兼容等优点,还可以智能调控通信环境,提升信号质量与通信系统性能。首先介绍了目前的RIS通信信道测量实验,总结了暗室、室内和室外环境中的RIS信道特性,然后,对多种RIS信道模型进行了比较,包括大尺度衰落与小尺度衰落信道模型,并探讨了不同模型的适用场景及特点。最后指出RIS信道研究的挑战,包括新型RIS通信信道测量与建模、新频段新场景RIS通信信道测量与建模、参数可调天线与信道一体化建模、普适RIS通信信道建模等,为未来RIS通信信道研究提供重要指导。

面向6G的信息超材料和智能超表面通信与感知技术

目前,信息超材料和智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)已经在全球范围内受到了产业界与学术界的广泛关注,在5G和未来6G网络中具有重要机遇和应用前景。针对信息超材料和智能超表面在6G时代通信和感知的需求,分析与阐述了基于信息超材料和RIS的通信与感知理论、基本算法和系统设计,并对信息超材料和RIS的进一步发展进行了展望。

基于智能超表面辅助的组网分析

在5G-Advanced(5G-A)和6G阶段,智能超表面(reconfigurableintelligentsurface,RIS)作为一种面向网络深度覆盖需求的辅助型技术,能够在满足网络稳定连续覆盖、多流增速等需求的基础上提供低成本、低功耗的解决方案。基于对RIS技术定位的分析,提出了基于智能超表面辅助的高低频协同组网架构,分析了基站与智能超表面协同部署的比例,针对智能超表面阵面引入邻频干扰的问题,提出了基于定制化带宽设计抑制邻频干扰方案,且面向基于基站与智能超表面协同组网,开展系统级仿真验证,验证不同终端分布条件下,智能超表面部署位置和阵元数对系统性能的影响。仿真测试结果表明,基于RIS辅助的网络能够明显提升边缘和弱覆盖区域,从而提升整个通信系统网络性能。

可重构智能超表面在卫星导航系统中的应用展望

高中低轨复杂大型星座是下一代全球卫星导航系统(GNSS)的发展方向,尤其是低轨卫星的大量部署,对卫星段和地面段的波束扫描天线在成本、重量及功耗等方面提出了更高要求,传统的电扫相控阵天线和机械扫描天线均无法较好地满足需求。近些年,可重构智能超表面(RIS)因其可低成本、低功耗地控制波束传播方向而被极大关注,并在下一代移动通信中被视为能够提升网络容量和覆盖范围的主要关键技术之一,利用RIS来解决卫星导航系统中的天线问题具有较大的潜力,但同时也面临诸多挑战。基于下一代卫星导航系统的发展需求,本文简要介绍了RIS的基本原理及目前的发展现状,重点分析了RIS在卫星导航系统中的应用前景,并提出了需要解决的核心关键技术。

智能超表面赋能5G-A/6G网络的思考

未来移动通信网络在满足用户个性化需求的同时将社会福祉作为网络发展的重要方向,基于对移动通信网络业务发展趋势和挑战的分析探讨,面向下一代移动通信网络泛在接入、绿色节能等发展需求,指出智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)在5G-Advanced(5G-A)和6G网络典型应用场景,并从技术能力、产业成熟度等多个角度分析RIS在信道侧和收发端等不同场景下的应用价值。面向移动通信网络设备管控需求,提出了基于网络控制、自主调控和终端控制三种RIS管控方案,并分析了三种方案的差异。

无线通信网络中智能超表面技术应用研究

智能超表面(RIS)是一种可提升网络覆盖能力并重构非理想信号传播环境的重要技术,在无线信号传输中,通过RIS重构无线通信环境,实现通信信号的盲区覆盖,提高信号传播效能。文章介绍了RIS的系统结构及技术原理,着重探讨了智能超表面技术的信道测量、信道估计和波束赋形等关键技术,通过剖析RIS潜在的应用场景,结合对RIS未来研究趋势的分析和实现之关键要素,为RIS技术的应用研究提供一定的参考价值。

基于智能超表面的无人机移动边缘计算综述

当今移动通信和计算领域移动边缘计算(Mobile Edge Computing, MEC)已成为提高性能和用户体验的关键技术之一,利用智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)和无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)技术辅助的MEC系统,在网络性能提升、时延降低、计算和通信资源分配优化以及适应性方面具有显著优势,引起了学术界和工业界的广泛关注。系统地讨论了RIS辅助的UAV MEC(RIS-assisted UAV MEC,RU-MEC)系统中的协作方式,梳理了RU-MEC系统在设计过程中需要考虑的关键问题以及可采取的解决方法,阐述了未来的研究方向,包括RIS和UAV技术的进一步创新、系统安全性和可靠性增强,以及在各种场景中的广泛应用。

基于深度强化学习的可重构智能超表面辅助无人机通信联合波束成形与轨迹优化

针对可重构智能超表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)辅助无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)通信中的相移矩阵和UAV轨迹设计高度耦合所带来的运算复杂度较高的问题,本文面向RIS辅助UAV通信服务多用户场景,提出采用一种基于双深度确定性策略梯度框架的优化方法。该方法利用两个深度确定性策略梯度框架分别解耦UAV轨迹和波束成形两个子问题,并通过在奖励函数中添加与UAV能耗相关的惩罚项,实现系统频谱效率和能源效率的联合优化。数值仿真结果证明,联合优化UAV轨迹和波束成形向量能够有效提升系统性能,恰当的奖励函数设计能够有效指导智能体在动态无线环境中学习到正确的UAV轨迹与波束成形策略。该联合优化方法和基础方法相比实现了至少12%的频谱效率提升和24%的能源效率提升。