基于RIS技术的速率分割多址接入技术：面向6G及未来无线通信网络的全面研究

《IEEE Internet of Things Journal》：RIS-Empowered Rate-Splitting Multiple Access Toward 6G and Beyond Wireless Communication Networks: A Comprehensive Survey

可重构智能表面与速率分裂多址接入结合提升6G频谱效率、用户公平性和抗干扰能力，涵盖理论基础、架构设计、机器学习优化及未来研究方向。

　　

摘要：

鉴于第六代（6G）及后续无线网络的革命性需求，可重构智能表面（RIS）和速率分割多址接入（RSMA）作为关键技术应运而生，因为它们在提高频谱效率（SE）、用户公平性和干扰管理方面具有巨大潜力。本文探讨了RIS辅助RSMA的理论基础、架构框架和设计策略，强调了RIS的无线传播控制与RSMA的多用户（MU）灵活性在动态频谱管理中的结合优势。首先，本文介绍了RSMA和RIS技术的基本概念。接着，我们研究了RIS-RSMA网络的各种关键技术，重点关注了干扰抑制、能效和安全性的关键进展。随后，提出了一些提升RIS-RSMA网络性能的优化技术。此外，我们还探讨了先进的机器学习（ML）方法，这些方法使RIS配置能够动态适应变化的网络需求。例如，深度强化学习（DRL）技术支持实时调整，从而构建出更具可扩展性和弹性的RIS-RSMA架构。最后，我们讨论了在新兴6G应用中推进RIS辅助RSMA的研究方向，并考虑了包括基于量子的ML和大型语言模型（LLMs）在内的先进ML技术在处理大规模网络优化复杂性方面的潜力。本文解决了关键挑战并总结了当前的技术进展，为RIS辅助RSMA网络的未来研究提供了路线图，为构建强大、智能且适应性强的6G无线通信系统奠定了基础。

引言

无线通信的快速发展需要先进且高效的多址接入技术来满足6G及后续网络的各种需求[1]、[2]。因此，对高频谱效率、大规模机器通信（mMTC）、超可靠低延迟通信（URLLC）以及无处不在的无线连接的需求正在急剧增加[3]。整合地面、空中和卫星网络以创建全球网络架构将是6G的一个重要特征，从而实现万物互联[4]、[5]。在这方面，6G的几项关键技术包括RIS[6]、太赫兹通信[7]、人工智能驱动的网络优化[8]和量子通信[9]。这些先进技术将支持智慧城市、物联网（IoE）、工业自动化和增强现实等各种应用。预计于2030年左右推出的6G移动通信系统正在全球研究机构和国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）的领导下逐步成形。ITU-R制定了IMT-2030框架，明确了6G的目标和规范。IMT-2030的目标是构建一个包容性的信息社会并实现可持续发展，这包括应对普及智能、沉浸式多媒体、数字医疗和智能产业等趋势。这些进步需要诸如基于AI的空中接口、RIS和超密集网络等创新技术，这些技术利用从亚1 GHz到亚太赫兹的频段来满足多样化的应用需求。在IMT-2020（5G）的基础上，IMT-2030定义了六种使用场景，并提出了四个核心设计原则，以满足日益增长的高级连接需求，如图1所示。这些增强型场景包括：基于eMBB的沉浸式通信，支持扩展现实和全息通信等应用[10]；HRLLC通过提高可靠性和延迟要求来完善URLLC[11]；以及大规模通信，扩展mMTC以支持大规模设备和传感器网络[12]。此外，新的场景还包括无处不在的连接[13]、[14]、AI与通信的结合[15]，以及ISAC（智能传感与通信），它为连接设备和未连接对象提供了多维感知能力，促进了创新应用的发展。图1.

IMT-2030使用场景及其关键要素的示意图，通常称为“轮盘图”（参考：ITU-R内部文件，2023年9月）。