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鐵蟲 (正式寫手)

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RIS賦能UAV通感一體化：機(jī)遇、挑戰(zhàn)與關(guān)鍵技術(shù): 領(lǐng)取紅包 (小木蟲手機(jī)app專屬紅包)

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IEEE TCCN論文 | RIS賦能UAV通感一體化：機(jī)遇、挑戰(zhàn)與關(guān)鍵技術(shù)
RIS賦能無人機(jī)通感一體化：低空經(jīng)濟(jì)的“隱形翅膀”

隨著低空經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，如何為穿梭于城市上空的無人機(jī)（UAV）構(gòu)建一張既能通信又能“感知”的高效網(wǎng)絡(luò)？近日，中興通訊趙亞軍、菅夢楠和中國移動(dòng)研究院袁弋非聯(lián)合撰寫了題為《RIS - Enabled UAV Communications and Sensing: Opportunities, Challenges, and Key Technologies》的綜述論文，深入探討了這一關(guān)鍵問題，并提出利用智能超表面（RIS）技術(shù)作為破解低空覆蓋難題的“金鑰匙”。研究指出，智能超表面（RIS）技術(shù)正從5G時(shí)代的“輔助補(bǔ)充”演進(jìn)為6G時(shí)代的“基礎(chǔ)網(wǎng)元”，成為破解低空覆蓋難題、構(gòu)建低空經(jīng)濟(jì)新基石的關(guān)鍵。該文發(fā)表于期刊IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking。

背景：低空經(jīng)濟(jì)的機(jī)遇與物理瓶頸
隨著低空經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，無人機(jī)在物流配送、環(huán)境監(jiān)測及基礎(chǔ)設(shè)施巡檢等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。據(jù) Markets And Markets 報(bào)告預(yù)測，全球無人機(jī)市場規(guī)模將從 2024年的302億美元增長至2029年的485億美元，年復(fù)合增長率高達(dá) 9.9%。

然而，大規(guī)模部署無人機(jī)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前的地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要針對地面用戶優(yōu)化，基站天線主瓣通�！跋蛳聝A斜”，導(dǎo)致無人機(jī)往往只能通過“旁瓣”接入，信號質(zhì)量極不穩(wěn)定。此外，面向6G的通信感知一體化（ISAC）是支撐低空經(jīng)濟(jì)的使能技術(shù)，雖然前景廣闊，但面臨著成本高、系統(tǒng)復(fù)雜度大以及物理站點(diǎn)部署受限等現(xiàn)實(shí)問題。因此，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界迫切尋求一種高效、低成本的解決方案，而智能超表面（RIS）憑借其低成本、易部署和能夠智能重構(gòu)無線環(huán)境的特性，成為了最佳選擇之一。

主要貢獻(xiàn)：系統(tǒng)性破解低空覆蓋難題
本論文針對無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的特性與挑戰(zhàn)進(jìn)行了深入調(diào)查，其核心貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

● 深入分析覆蓋挑戰(zhàn)：論文系統(tǒng)地梳理了低空無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信號覆蓋、干擾管理及網(wǎng)絡(luò)共存方面的獨(dú)特挑戰(zhàn)。特別指出了自由空間傳播損耗（導(dǎo)致的遠(yuǎn)距離同頻干擾）和大氣波導(dǎo)效應(yīng)（導(dǎo)致的數(shù)百公里外“幽靈導(dǎo)頻”干擾）是制約性能的兩大物理因素。

● 提出雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌簽榱思骖櫟孛媾c低空，論文引入了一種整合“地面覆蓋層”與“無人機(jī)低空覆蓋層”的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種架構(gòu)旨在實(shí)現(xiàn)三維（3D）連續(xù)覆蓋，并通過分層設(shè)計(jì)有效減少層間干擾。

● RIS賦能的解決方案：論文將智能超表面（RIS）確立為增強(qiáng)無人機(jī)ISAC網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，提出通過智能調(diào)節(jié)電磁波反射，主動(dòng)改善信號傳播環(huán)境，而非被動(dòng)適應(yīng)。

圖片
● 實(shí)地試驗(yàn)驗(yàn)證：不僅僅停留在理論層面，論文還展示了在中國進(jìn)行的實(shí)地試驗(yàn)結(jié)果。測試數(shù)據(jù)表明，RIS方案能帶來2.5 dB 至4 dB 的信號增益，有力證明了其在提升無人機(jī)覆蓋性能方面的有效性。

圖片

創(chuàng)新方法：用RIS重構(gòu)低空通信物理場
為了克服無人機(jī)（UAV）通信與感知規(guī)模應(yīng)用的瓶頸，論文探討了多項(xiàng)前沿創(chuàng)新技術(shù)，展示了RIS如何“重塑”物理傳輸環(huán)境：

● 精細(xì)化信道與束控（RIS應(yīng)用）
利用RIS的低成本和低功耗優(yōu)勢，通過天線傾角設(shè)計(jì)和被動(dòng)波束賦形，將信號精準(zhǔn)導(dǎo)向低空無人機(jī)。這種“虛擬視距”技術(shù)有效緩解了傳統(tǒng)地面基站下傾天線對空覆蓋不足的問題，且無需大規(guī)模新建昂貴的有源基站。

● 新型波束設(shè)計(jì)（非衍射與自彎曲）
針對干擾問題，論文引入了非衍射波束技術(shù)。

○貝塞爾波束（Bessel Beams）：能量高度集中，非目標(biāo)區(qū)域快速衰減，降低干擾。

○艾里波束（Airy Beams）：具有獨(dú)特的自彎曲、自修復(fù)特性，能夠自動(dòng)調(diào)整覆蓋區(qū)域以適應(yīng)無人機(jī)的垂直移動(dòng)，甚至能繞過部分障礙物保持連接。

● 近場通信增強(qiáng)
利用超大孔徑RIS構(gòu)建近場傳播環(huán)境。在近場區(qū)域，波束聚焦技術(shù)可以顯著增加空間自由度（DoF），提升空間復(fù)用增益及感知精度，這對于高密度的無人機(jī)群通信尤為重要。

● 高頻段吸收峰抑制干擾
針對大氣波導(dǎo)帶來的超遠(yuǎn)距離干擾，論文提出了一種巧妙的物理層抗干擾手段：利用毫米波和太赫茲頻段中的大氣吸收峰（如60 GHz和183 GHz）特性。RIS負(fù)責(zé)短距離的高效傳輸，而利用大氣吸收特性在長距離外自然“殺掉”信號，從而在物理層面精準(zhǔn)控制覆蓋范圍，徹底隔絕遠(yuǎn)程干擾。

論文小節(jié)
這篇論文全面總結(jié)了RIS在賦能無人機(jī)通感一體化網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。研究表明，相比于昂貴的傳統(tǒng)有源天線方案，RIS以其“四低”（低成本、低功耗、低復(fù)雜度和易部署）優(yōu)勢，為低空經(jīng)濟(jì)提供了一種極具性價(jià)比的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施方案。論文最后指出，雖然理論和初步試驗(yàn)已展現(xiàn)出巨大潛力，但RIS的工程化實(shí)施、標(biāo)準(zhǔn)化制定以及對動(dòng)態(tài)大氣環(huán)境的適應(yīng)性仍是未來研究的重點(diǎn)。隨著6G標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的推進(jìn)（如ITU的IMT-2030框架），RIS有望成為未來低空立體網(wǎng)絡(luò)中的“標(biāo)配”，為無人機(jī)在城市上空的自由翱翔編織一張智慧的“隱形翅膀”。

作者簡介
趙亞軍，中興通訊無線及算力研究院技術(shù)預(yù)研總工。于2010年11月加入中興通訊，就職于無線及算力研究院算法部（北京）。加入中興通訊之前，曾就職于華為（北研所）無線預(yù)研部，專注于4G LTE物理層標(biāo)準(zhǔn)算法的研究。擁有超過二十年的無線通信技術(shù)研究與產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，先后參與了3G、4G及5G移動(dòng)通信技術(shù)的相關(guān)研發(fā)工作。目前，他主要從事5G/6G標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)預(yù)研，研究方向包括智能超表面、近場技術(shù)、頻譜共享、協(xié)作多點(diǎn)傳輸?shù)阮I(lǐng)域。他是智能超表面技術(shù)聯(lián)盟（RISTA）的聯(lián)合發(fā)起人之一，并擔(dān)任聯(lián)盟常務(wù)副秘書長；共同推動(dòng)成立了IMT-2030（6G）推進(jìn)組RIS任務(wù)組，并擔(dān)任副組長；同時(shí)聯(lián)合發(fā)起設(shè)立了中國通信學(xué)會(huì)智能超表面技術(shù)專業(yè)委員會(huì)，并擔(dān)任秘書組組長。已申請4G/5G/6G相關(guān)發(fā)明專利數(shù)百項(xiàng)，其中數(shù)十項(xiàng)被納入4G/5G標(biāo)準(zhǔn)，成為標(biāo)準(zhǔn)核心基本專利。

菅夢楠，中興通訊高級標(biāo)準(zhǔn)總監(jiān)，2019年畢業(yè)于清華大學(xué)，同年入選中興通訊高端人才項(xiàng)目“藍(lán)劍計(jì)劃”，加入中興通訊無線及算力研究院，擔(dān)任高級標(biāo)準(zhǔn)總監(jiān)一職。目前，菅夢楠擔(dān)任CCSA TC5 WG6項(xiàng)目研究負(fù)責(zé)人，同時(shí)兼任IMT-2030（6G）近場通信任務(wù)組副組長，擁有豐富的標(biāo)準(zhǔn)化工作經(jīng)驗(yàn)。

袁弋非，（IEEE fellow）中國移動(dòng)研究院首席專家，同時(shí)也是國家級杰出專家。他先后獲得中國清華大學(xué)學(xué)士與碩士學(xué)位，以及美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)博士學(xué)位。2000年至2008年，他就職于阿爾卡特朗訊公司，從事3G/4G關(guān)鍵技術(shù)研究工作。2008年至2020年，他在中興通訊擔(dān)任技術(shù)總監(jiān)，負(fù)責(zé)LTE-Advanced和5G的標(biāo)準(zhǔn)研究。自2020年起，他加入中國移動(dòng)研究院，負(fù)責(zé)6G空口的先進(jìn)技術(shù)研究。他的研究領(lǐng)域涵蓋MIMO、Channel coding、NOMA、IoT等，受到全球廣泛關(guān)注與認(rèn)可。他發(fā)表了90多篇論文，擁有150多項(xiàng)授權(quán)專利。他是《IEEE通信快報(bào)》（IEEE Communications Letters）和《中國通信》（China Communications）的編委。他擔(dān)任IEEE RIS-ETI產(chǎn)業(yè)聯(lián)絡(luò)官，以及智能超表面技術(shù)聯(lián)盟（RISTA）系統(tǒng)技術(shù)工作組主席。他是3GPP 5G非正交多址接入研究的報(bào)告人。他榮獲IEEE通信學(xué)會(huì)亞太區(qū)理事會(huì)最佳論文獎(jiǎng)。他擔(dān)任中國IMT-2030（6G）推進(jìn)組新型多址接入任務(wù)組組長，以及智能超表面任務(wù)組副組長。

論文鏈接：

[1] Y. Zhao, M. Jian and Y. Yuan, "RIS-Enabled UAV Communications and Sensing: Opportunities, Challenges, and Key Technologies," in IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking, doi: 10.1109/TCCN.2026.3657121.
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https://ieeexplore.ieee.org/document/11361143

Y. Zhao, M. Jian and Y. Yuan, "RIS-Enabled UAV Communications and Sensing: Opportunities, Challenges, and Key Technologies," in IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking, vol. 12, pp. 5451-5472, 2026, doi: 10.1109/TCCN.2026.3657121.

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