Castle on a Cloud

在 5G/6G 的新通訊發展中, 有許多新的概念被提出, 當然, 也有很多曾經火紅的研究議題失寵, 今天要介紹的技術是 Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS), RIS, 也有人稱為 Intelligent Reflecting Surfaces (IRS), 其基本的想法就是: 透過一個可控制的反射平面, 改變訊號在不同方向的反射強度, 我們可以用下圖來表示其基本想法: 來自:  https://www.free6gtraining.com/2020/12/communications-using-intelligent.html 在上圖中, 介紹了 RIS 的基本構件以及基本的原理, 首先, RIS 是一個智慧反射平面, 其功能只限於電波的轉傳,  因此不帶有發送源 (Transmitter), 真實的傳送端位於左下角. 而接收端 (user 1, user 2) 則散布於此空間中,  透過直視 (LoS) 或是反射 (NLoS) 路徑, 接收來自於傳送端的訊號.  RIS 的目的就是透過改變反射訊號 (NLoS) 的通道特性,  改善接收端 (user 1, user 2) 的接收訊號強度. 如果只透過被動反射, RIS 如何改變反射訊號的通訊強度呢? 在上圖, 我們可以看到 RIS 為許多小型元件所組成. 每一個元件可以透過: 1) 改變阻抗, 2) 改變延遲, 3) 改變相位, 的方式m 等校上, RIS 可以對來自於遠場的電磁訊號 (遠場: 射線平行的來自於遠方),  進行反射時每一個射線 (ray) 的相位調整. 此處的調整, 則是透過控制器 (controller) 對 RIS 下達 configuration 達成. 而正如同我們之前在 beamforming 中所看到的, RIS 相當於一個被動的大型天線陣列, 雖然沒有主動的訊號源, 但是可以透過對反射訊號的相位設計, 達成對某一方向上訊號的增益. 這也是 RIS 這個想法讓無線通訊領域驚豔的原因. 在過去, 無線通訊主要透過改變傳送端和接收端的行為, 來增進整體通訊所達成的效能, 而通道, 通常是我們所必須克服的困難, RIS 則開啟了一扇"改變通道"的大門, 使無線通訊有更多可能. 但是, 持平而論, 這是我們第一次能夠改變通

在 LTE 系統中, 支援了多種不同的傳輸方式, 透過多天線的傳輸, 與編碼技術, 用以增加傳輸的速率, 考慮到不同的技術, 就有不同的量測信號需求,  因此, 在 LTE 系統中就以不同的傳輸模式 (Transmission Mode, TM) 作為區分, 其中, 主要的兩項技術為: 透過 code book 的選擇進行 MIMO, 或是透過 phase shifter 和振幅的調變, 進行 beamforming, 基於 Rel. 12 的基準, 我們把 Transmission Mode 的表格與相對技術, 列於下表: 來自:  https://www.rohde-schwarz.com/ae/file/1MA186_2e_LTE_TMs_and_beamforming.pdf 在表中, 我們可以看到 TM 可以大概分成 4 類: TM 1: 原本全向性天線的傳輸 TM 2~6: MIMO 的通訊技術 TM 7~8: Beamforming 技術 TM 9~10: 8x8 MIMO/Beamforming 設計 其中, 需要注意的是第三個欄位,  顯示了 antenna port, 對應於不同的天線埠, antenna port 0~3 對應於真實的天線 0~3, 對應於 TM 1~6, 此部分是比較傳統的設置, 不同 port 的數值對應於不同的 RS (參考訊號), * 關於 RS 的部分, 我們會在下一篇文章中說明. 在 TM 1~6 的設計中, 每個 UE 接收基地台不同實體天線的訊號, 並回報估測通道. 至於對於 Beamforming 的 TM 7~8, 由於天線場型已被改變, 因此, 此處的參考訊號是針對每一個 UE 設計 (稱為 UE-RS), 在 UE 回報時, 也是針對不同的 Beamforming 場型設計進行回報. 考慮到此處的天線已經過 Beamforming 的調整,  因此, 在 TM 7 中, 對應到 antenna port 5 (作為一個虛擬的天線). 在 TM 8 中, 則可以把 8 根天線分成兩組, 分別進行兩次 Beamforming, 對應於 antenna port 7 和 8, 此兩組天線可對應於單一 UE 或是 2 個 UE. 延伸自 TM 8 的設計,  TM 9 把 8 根天線分別形成 8 個虛擬 ante