《IEEE Open Journal of the Communications Society》：Space-time Coded Differential Modulation for Reconfigurable Intelligent Surfaces
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本文针对6G无线通信中可重构智能表面（RIS）的信道状态信息（CSI）获取难题，提出了一种融合差分反射调制（DRM）与差分空时调制（DSTM）的编码方案DRM-DSTM。该方案无需CSI，利用酉群码构建空时码，通过优化反射模式选择，在准静态瑞利衰落信道中取得了显著的误码率性能增益，为提升未来无线系统的覆盖与效率提供了有效解决方案。
在通向第六代移动通信系统（6G）的道路上，如何进一步提升无线网络的覆盖范围、频谱效率和能量效率，是研究人员面临的核心挑战。可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surfaces， RIS）作为一种革命性技术，被视为应对这一挑战的关键。想象一下，未来的无线环境不再是被动和不可控的，而是布满了无数个可以智能调控电磁波传播的“智能镜子”——这就是RIS。它通过大量低成本的无源反射单元，能够动态地重构无线信道，将信号精准地“引导”到需要它的地方，从而极大地增强信号强度、扩大覆盖并抑制干扰。
然而，要让这些“智能镜子”发挥最大效用，一个棘手的“拦路虎”横亘在前：如何精确获取并跟踪其信道状态信息（Channel State Information， CSI）。与传统通信系统不同，RIS通常由大量无源元件构成，且与用户设备之间可能没有直接的射频链路用于信道估计，这使得CSI的获取变得异常困难且开销巨大。如果为了获得CSI而投入过多资源，反而会抵消RIS带来的效能提升。那么，是否存在一种方法，能够让RIS系统在无需知晓精确CSI的情况下，依然能够稳定可靠地工作，甚至获得性能增益呢？
这正是发表于《IEEE Open Journal of the Communications Society》上的研究“Space-time Coded Differential Modulation for Reconfigurable Intelligent Surfaces”所要回答的问题。为了攻克这一难题，研究人员独辟蹊径，将两种无需信道状态信息的调制技术——差分反射调制（Differential Reflecting Modulation， DRM）与差分空时调制（Differential Space-Time Modulation， DSTM）——创造性地融合在一起，提出了一种名为DRM-DSTM的编码方案。
本研究主要采用了几个关键技术方法：首先，以无需CSI的差分反射调制（DRM）方案作为性能基准和参考点。其次，深入研究了基于酉群码（unitary group codes）构建的差分空时调制（DSTM）技术，并详细阐述了将其与DRM集成的流程与架构。再者，重点探讨了集成系统中反射模式的选择与优化问题，并将原始的DRM方案以及新提出的DRM-DSTM编码方案，扩展到了支持更多反射模式（K值更大）的场景。最后，为DRM-DSTM方案提供了适用于K‘ = 2， 3， 4情况下的循环码（cyclic codes）和双循环码（dicyclic codes）码本，并系统分析了其编码与解码的复杂度。
研究结果
• 方案设计与集成框架
研究首先概述了差分空时调制（DSTM）的基本原理，该技术利用酉群码在发射天线间引入空时编码，可以在接收端进行差分检测，从而避免了对瞬时CSI的需求。随后，论文详细勾勒了将DSTM与RIS的差分反射调制（DRM）相结合的具体步骤，形成了完整的DRM-DSTM系统框架。该框架确保了信息既通过RIS的反射模式进行调制，也通过发射端的空时结构进行编码，实现了双重的差分传输。
• 反射模式选择与扩展
反射模式的选择是影响RIS性能的关键。本文深入探讨了在DRM-DSTM系统中如何选择反射模式以优化性能。更重要的是，研究将原始的DRM方案以及新提出的DRM-DSTM编码方案，从有限的反射模式数目扩展到了更大的K值（反射模式数量），这增强了方案的灵活性与适用性，使其能够适应更复杂的信道条件和更高的数据速率需求。
• 码本设计与复杂度分析
为了支撑DRM-DSTM方案的实际应用，研究者专门构造并提供了适用于集成系统的码本。具体给出了在反射模式子集大小K‘为2、3、4时，可用的循环码和双循环码的示例表格。这些结构化码本有利于简化编解码过程。同时，论文对DRM-DSTM方案的编码复杂度和解码复杂度进行了理论分析，评估了其在实际部署中的计算负担，为工程实现提供了参考。
• 仿真性能验证
通过大量的蒙特卡洛仿真，在准静态瑞利衰落信道模型下，对DRM-DSTM编码方案的性能进行了全面评估。仿真结果清晰地证实了该方案的有效性。与作为基准的无编码DRM方案相比，在选取适当的系统参数（如反射模式数量K、空时码结构等）后，DRM-DSTM方案能够展现出显著的误码率性能增益。这从实验数据上强有力的证明了，通过引入空时编码，可以在不依赖CSI的前提下，实质性提升RIS辅助通信系统的可靠性。
结论与讨论
本研究成功提出并验证了一种面向可重构智能表面（RIS）的新型编码调制方案——DRM-DSTM。该方案的核心优势在于其完全摆脱了对精确信道状态信息（CSI）的依赖，通过差分反射调制（DRM）与基于酉群码的差分空时调制（DSTM）的深度融合，实现了信息的可靠传输。
研究结论表明，首先，所提出的集成框架是可行且有效的，它系统性地解决了DRM与DSTM的协同工作问题。其次，通过对反射模式选择的探讨和对更大K值方案的扩展，增强了该技术的实用性和适应性。再者，提供的特定循环码与双循环码码本，为方案实现提供了具体工具。最后，也是最重要的，广泛的仿真实验证明，在准静态瑞利衰落环境中，DRM-DSTM编码方案能够获得比无编码DRM更优的误码性能，这直接体现了空时编码为RIS系统带来的性能红利。
这项研究的重要意义在于，它为6G潜在关键使能技术RIS所面临的核心挑战——CSI获取难题——提供了一条极具吸引力的解决路径。DRM-DSTM方案绕开了复杂的信道估计过程，降低了系统开销与实现复杂度，同时还能提升传输可靠性，完美契合了RIS低成本、易部署的初衷。这不仅丰富了RIS无线传输的理论工具箱，也为未来能量效率与频谱效率并重的超大规模无线网络设计提供了新的思路和强有力的技术候选。随着6G研究的深入，这类智能、高效且鲁棒的传输方案，必将为构建无处不在、智能可控的无线环境奠定坚实的基础。
