可重构智能表面在6G中高频段网络中的机遇与挑战：性能增益还是部署难题？

《IEEE Wireless Communications》：Reconfigurable Intelligent Surfaces in Upper Mid-Band 6G Networks: Gain or Pain?

本文聚焦6G中高频段（7-24 GHz）通信系统，针对可重构智能表面（RIS）在实际部署中存在的频率特异性挑战，通过系统建模与仿真分析，揭示了RIS在固定无线接入（FWA）、移动通信容量增强及小区边缘可靠性提升等四大应用场景下的性能边界。研究表明，在保证视距传输链路且结合静态路径的条件下，RIS可显著提升系统频谱效率（SE）与覆盖可靠性，但需克服大规模元件部署、信道估计及干扰管理等关键技术难题。该研究为RIS在6G中高频段的实用化部署提供了理论依据与工程指导。

　　

随着社会对无线通信技术需求的爆炸式增长，第六代移动通信系统（6G）已成为全球研究的焦点。其中，7-24 GHz的中高频段（又称FR3频段）被业界视为“黄金频段”，因其兼具较宽的频谱资源和相对理想的传播特性，成为6G初期部署的首选。然而，该频段在实际应用中仍面临覆盖范围受限、信号衰减严重等挑战。与此同时，可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface, RIS）作为一项颠覆性技术，近年来备受关注。它通过动态调控电磁波的相位、振幅和偏振状态，能够重构无线传播环境，理论上可显著提升系统容量和覆盖可靠性。但RIS技术是否真能成为6G中高频段的“杀手锏”，还是仅停留在理论层面的美好设想？这一问题亟待深入探讨。

为此，研究人员在《IEEE Wireless Communications》上发表了题为“Reconfigurable Intelligent Surfaces in Upper Mid-Band 6G Networks: Gain or Pain?”的论文，系统评估了RIS在6G中高频段网络中的实际效能。研究团队首先指出，以往许多RIS研究存在一个常见误区——忽略发射端与接收端之间已存在的静态路径（包括非视距路径），从而过分夸大RIS的增益。事实上，在中高频段，丰富的多径效应使得静态路径往往不可忽视，RIS的作用更侧重于增强现有链路而非创建全新连接。

为准确评估RIS性能，研究团队设计了四大应用场景：RIS辅助固定无线接入（FWA）、基站侧RIS部署以提升分布式用户容量、用户侧RIS部署以增强盲区容量，以及小区边缘可靠性增强。通过采用3GPP UMi信道模型，并设定载波频率为7.8 GHz和15 GHz、RIS元件数为2000等参数，研究团队对比了三种通信模式：RIS辅助通信（含静态路径）、仅RIS通信（无静态路径）以及仅静态路径的点对点通信。

仿真结果表明，RIS的增益高度依赖于视距（LoS）链路的保障。当发射端-RIS链路和RIS-接收端链路均具备LoS条件时，RIS辅助通信可比点对点通信提升35%-55%的频谱效率（SE）。反之，若缺乏LoS支持，RIS的增益微乎其微，甚至无法超越传统点对点通信。特别在移动场景下，RIS部署位置对性能影响显著：将RIS置于基站附近（Use Case 2）可为小区内随机分布的用户提供约2 bit/s/Hz的SE提升；而将RIS部署于用户盲区附近（Use Case 3）则能实现更显著的容量增强，其增益在7.8 GHz时尤为突出。

在小区边缘可靠性（Use Case 4）研究中，RIS展现出独特优势。通过被动波束成形带来的信道硬化（Channel Hardening）效应，RIS可显著提升边缘用户的覆盖概率（可靠性）。当服务质量（QoS）要求为3 bit/s/Hz时，RIS辅助通信可将可靠性从45%提升至75%，而传统点对点通信需增加至少5 dB发射功率才能达到相近水平。值得注意的是，在低速率要求（如R=2.4 bit/s/Hz）下，仅RIS通信甚至可完全替代静态路径，实现100%覆盖概率，这是全文唯一一个RIS独享优势的场景。

研究进一步分析了RIS的规模需求。结果显示，为匹配点对点通信性能，仅RIS通信所需元件数随频率线性增长：从7.8 GHz至15 GHz，元件数需翻倍。在FWA场景中，所需RIS元件数满足N≥κ·f_c⁴/d_3D³（κ为校正系数）；而在移动场景中，若要在15 GHz下实现相同可靠性，需近10000个RIS元件，对应物理尺寸达1-4 m²，这为实际部署带来严峻挑战。

技术方法方面，研究主要依托3GPP UMi标准信道模型进行蒙特卡洛仿真，通过对比不同通信模式下的频谱效率（SE）与覆盖概率，量化RIS增益；采用最优相位配置与无限分辨率假设，建立性能上界；通过参数扫描（如RIS位置、元件数、载波频率）系统分析性能边界。

研究结论强调，RIS在6G中高频段的应用价值高度依赖于具体场景与部署条件。在FWA、用户盲区覆盖及小区边缘可靠性增强等特定场景下，RIS可带来实质性性能提升；然而，其增益的实现在往需以大规模元件部署、精确的LoS保障以及复杂的信道估计为代价。未来研究需重点解决多运营商干扰协调、近场效应补偿、低复杂度相位优化等关键技术难题，方能使RIS从“理论热点”走向“工程实用”。