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RIS赋能UAV通感一体化：机遇、挑战与关键技术
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IEEE TCCN论文 | RIS赋能UAV通感一体化：机遇、挑战与关键技术
RIS赋能无人机通感一体化：低空经济的“隐形翅膀”

随着低空经济的蓬勃发展，如何为穿梭于城市上空的无人机（UAV）构建一张既能通信又能“感知”的高效网络？近日，中兴通讯赵亚军、菅梦楠和中国移动研究院袁弋非联合撰写了题为《RIS - Enabled UAV Communications and Sensing: Opportunities, Challenges, and Key Technologies》的综述论文，深入探讨了这一关键问题，并提出利用智能超表面（RIS）技术作为破解低空覆盖难题的“金钥匙”。研究指出，智能超表面（RIS）技术正从5G时代的“辅助补充”演进为6G时代的“基础网元”，成为破解低空覆盖难题、构建低空经济新基石的关键。该文发表于期刊IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking。

背景：低空经济的机遇与物理瓶颈
随着低空经济的蓬勃发展，无人机在物流配送、环境监测及基础设施巡检等领域的应用日益广泛。据 Markets And Markets 报告预测，全球无人机市场规模将从 2024年的302亿美元增长至2029年的485亿美元，年复合增长率高达 9.9%。

然而，大规模部署无人机面临着严峻的挑战。目前的地面移动通信网络主要针对地面用户优化，基站天线主瓣通常“向下倾斜”，导致无人机往往只能通过“旁瓣”接入，信号质量极不稳定。此外，面向6G的通信感知一体化（ISAC）是支撑低空经济的使能技术，虽然前景广阔，但面临着成本高、系统复杂度大以及物理站点部署受限等现实问题。因此，学术界和工业界迫切寻求一种高效、低成本的解决方案，而智能超表面（RIS）凭借其低成本、易部署和能够智能重构无线环境的特性，成为了最佳选择之一。

主要贡献：系统性破解低空覆盖难题
本论文针对无人机网络覆盖的特性与挑战进行了深入调查，其核心贡献主要体现在以下四个方面：

● 深入分析覆盖挑战：论文系统地梳理了低空无人机网络在信号覆盖、干扰管理及网络共存方面的独特挑战。特别指出了自由空间传播损耗（导致的远距离同频干扰）和大气波导效应（导致的数百公里外“幽灵导频”干扰）是制约性能的两大物理因素。

● 提出双层异构网络拓扑：为了兼顾地面与低空，论文引入了一种整合“地面覆盖层”与“无人机低空覆盖层”的双层异构网络拓扑结构。这种架构旨在实现三维（3D）连续覆盖，并通过分层设计有效减少层间干扰。

● RIS赋能的解决方案：论文将智能超表面（RIS）确立为增强无人机ISAC网络的关键技术，提出通过智能调节电磁波反射，主动改善信号传播环境，而非被动适应。

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● 实地试验验证：不仅仅停留在理论层面，论文还展示了在中国进行的实地试验结果。测试数据表明，RIS方案能带来2.5 dB 至4 dB 的信号增益，有力证明了其在提升无人机覆盖性能方面的有效性。

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创新方法：用RIS重构低空通信物理场
为了克服无人机（UAV）通信与感知规模应用的瓶颈，论文探讨了多项前沿创新技术，展示了RIS如何“重塑”物理传输环境：

● 精细化信道与束控（RIS应用）
利用RIS的低成本和低功耗优势，通过天线倾角设计和被动波束赋形，将信号精准导向低空无人机。这种“虚拟视距”技术有效缓解了传统地面基站下倾天线对空覆盖不足的问题，且无需大规模新建昂贵的有源基站。

● 新型波束设计（非衍射与自弯曲）
针对干扰问题，论文引入了非衍射波束技术。

○贝塞尔波束（Bessel Beams）：能量高度集中，非目标区域快速衰减，降低干扰。

○艾里波束（Airy Beams）：具有独特的自弯曲、自修复特性，能够自动调整覆盖区域以适应无人机的垂直移动，甚至能绕过部分障碍物保持连接。

● 近场通信增强
利用超大孔径RIS构建近场传播环境。在近场区域，波束聚焦技术可以显著增加空间自由度（DoF），提升空间复用增益及感知精度，这对于高密度的无人机群通信尤为重要。

● 高频段吸收峰抑制干扰
针对大气波导带来的超远距离干扰，论文提出了一种巧妙的物理层抗干扰手段：利用毫米波和太赫兹频段中的大气吸收峰（如60 GHz和183 GHz）特性。RIS负责短距离的高效传输，而利用大气吸收特性在长距离外自然“杀掉”信号，从而在物理层面精准控制覆盖范围，彻底隔绝远程干扰。

论文小节
这篇论文全面总结了RIS在赋能无人机通感一体化网络中的机遇与挑战。研究表明，相比于昂贵的传统有源天线方案，RIS以其“四低”（低成本、低功耗、低复杂度和易部署）优势，为低空经济提供了一种极具性价比的网络基础设施方案。论文最后指出，虽然理论和初步试验已展现出巨大潜力，但RIS的工程化实施、标准化制定以及对动态大气环境的适应性仍是未来研究的重点。随着6G标准化进程的推进（如ITU的IMT-2030框架），RIS有望成为未来低空立体网络中的“标配”，为无人机在城市上空的自由翱翔编织一张智慧的“隐形翅膀”。

作者简介
赵亚军，中兴通讯无线及算力研究院技术预研总工。于2010年11月加入中兴通讯，就职于无线及算力研究院算法部（北京）。加入中兴通讯之前，曾就职于华为（北研所）无线预研部，专注于4G LTE物理层标准算法的研究。拥有超过二十年的无线通信技术研究与产品研发经验，先后参与了3G、4G及5G移动通信技术的相关研发工作。目前，他主要从事5G/6G标准化技术预研，研究方向包括智能超表面、近场技术、频谱共享、协作多点传输等领域。他是智能超表面技术联盟（RISTA）的联合发起人之一，并担任联盟常务副秘书长；共同推动成立了IMT-2030（6G）推进组RIS任务组，并担任副组长；同时联合发起设立了中国通信学会智能超表面技术专业委员会，并担任秘书组组长。已申请4G/5G/6G相关发明专利数百项，其中数十项被纳入4G/5G标准，成为标准核心基本专利。

菅梦楠，中兴通讯高级标准总监，2019年毕业于清华大学，同年入选中兴通讯高端人才项目“蓝剑计划”，加入中兴通讯无线及算力研究院，担任高级标准总监一职。目前，菅梦楠担任CCSA TC5 WG6项目研究负责人，同时兼任IMT-2030（6G）近场通信任务组副组长，拥有丰富的标准化工作经验。

袁弋非，（IEEE fellow）中国移动研究院首席专家，同时也是国家级杰出专家。他先后获得中国清华大学学士与硕士学位，以及美国卡内基梅隆大学博士学位。2000年至2008年，他就职于阿尔卡特朗讯公司，从事3G/4G关键技术研究工作。2008年至2020年，他在中兴通讯担任技术总监，负责LTE-Advanced和5G的标准研究。自2020年起，他加入中国移动研究院，负责6G空口的先进技术研究。他的研究领域涵盖MIMO、Channel coding、NOMA、IoT等，受到全球广泛关注与认可。他发表了90多篇论文，拥有150多项授权专利。他是《IEEE通信快报》（IEEE Communications Letters）和《中国通信》（China Communications）的编委。他担任IEEE RIS-ETI产业联络官，以及智能超表面技术联盟（RISTA）系统技术工作组主席。他是3GPP 5G非正交多址接入研究的报告人。他荣获IEEE通信学会亚太区理事会最佳论文奖。他担任中国IMT-2030（6G）推进组新型多址接入任务组组长，以及智能超表面任务组副组长。

论文链接：

[1] Y. Zhao, M. Jian and Y. Yuan, "RIS-Enabled UAV Communications and Sensing: Opportunities, Challenges, and Key Technologies," in IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking, doi: 10.1109/TCCN.2026.3657121.
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