面向6G的RIS辅助的cell-free系统

前言

多天线技术是公认的提高无线通信网络容量最有效的途径之一。当前5G蜂窝网通信系统中的基站广泛采用了集中式大规模MIMO技术。提高基站密度可进一步提升网络容量，但小区间干扰随之增大，这将限制网络容量的持续提升。近年来提出的无蜂窝大规模MIMO（cell-free massive MIMO）技术可较好地解决上述小区间干扰问题，从而大幅提高网络容量。

与传统的以基站为中心的集中式大规模MIMO技术不同，无蜂窝大规模MIMO技术采用了以用户为中心的网络架构，通过部署大量分布式小型基站，并在基站间引入协作来充分消除小区间干扰，从而获得比集中式大规模MIMO更高的网络容量。2020年11月，中国移动发布《2030 技术趋势白皮书》，把无蜂窝大规模MIMO列为6G第一无线使能技术。

分布式部署的cell-free的必要性和挑战：

必要性

1. As there are no cells or cell-boundaries in CF massive MIMO, 消除小区边界，随之消除了边缘用户的概念，因此 this special feature offers the potential of providing uniformly good throughput for all user equipments (UEs) 。
2. 通过部署成本相对较低的小基站（AP），协作来消除小区间干扰，进而提高更高的网络容量。

挑战

1. 部署cell-free需要远远大于UE数目的AP； 并且AP作为高精度射频器件，系统成本和功耗是个严峻的问题，这一问题在网络容量需要提高几个量级、要求海量连接的未来6G网络中将更为突出。如何在成本和功耗受限的条件下仍能获得容量优势，是无蜂窝大规模MIMO技术应用于未来6G网络必须解决的重要问题之一。
2. 数量众多的AP都要通过前传链路连接到CPU，电缆的成本以及布线问题？

RIS-assisted cell-free

RIS作为一种低成本、可灵活部署的、由大量超材料单元构成的无源阵列，能以很低的功耗和成本灵活调控无线环境中的电磁波，从而大幅提高接收信号质量，进而提高系统容量。对解决cell-free大规模部署AP带来的成本和功耗问题是一个潜在的机会！

挑战

1. 资源分配：AP分簇，AP有源波束赋形，RIS无源波束赋形等，需要同时优化的变量较多。计算成本面临着巨大挑战。
2. 信道估计：cell-free系统通过上行导频估计信道，该系统AP仅有一根或者少量的几根天线数目，使用信道硬化将上行信道直接映射到下行信道，进而进行下行数据的预编码传输的误差可能是巨大的。另外，RIS是一个无源器件，to and from RIS的多径链路的估计也需考量。
3. 分布式天线系统固有的安全问题。

部分内容参考自：面向6G的无蜂窝大规模MIMO技术（基于智能超表面RIS）

这篇好文章是转载于：学新通技术网