RIS辅助通感一体化系统

通感一体化是综合了无线通信和雷达感知的技术领域，旨在通过一个系统同时实现数据传输和环境感知的一体化功能，不仅可以减少硬件成本和频谱资源，还可以通过相互协作提高系统性能。6G 时代，毫米波、太赫兹等高频段逐渐被投入使用，由于其丰富的频谱资源，成为通感一体化颇具潜力的频段，然而，高频信号路径损耗和穿透损耗严重，高频通感一体化面临覆盖难题。

RIS（Reconfigurable Intelligent Surface，智能超表面）是解决上述问题颇具潜力的方案。RIS 是一种具有可编程电磁特性的人工电磁表面结构，表面集成了大量的低成本无缘反射原件，可以巧妙地重新配置无线传播环境。具体来说，RIS 可看作是由被动反射单元组成的均匀平面阵列，能够通过对入射波的相位和振幅进行智能控制，实现对电磁波的动态操控。RIS 可以构建虚拟视距路径，在非视距通信中提供一个或多个有效的反射路径，使信号精确地反射到目标位置，实现信号的聚焦和增强，从而扩展覆盖区域。并且，RIS 能够提供通信和感知性能增益：对于通信而言，通过空域波束赋形降低误比特率，构造富散射环境，提升通信多流传输能力；对于感知而言，通过空域波束赋形提升精度，使时域波束变化，提升感知分辨率。

系统概述

RIS 辅助通感一体化系统，可实现双重功能：一方面与盲区的通信用户进行通信，另一方面对盲区内的目标进行检测。

通感一体化设备发端发送OFDM 波形，经过RIS反射后由通信用户接收，通感一体化设备收端接收由RIS 反射的盲区目标回波信号。

系统组成

RIS 辅助通感一体化系统由通感一体化设备、可重构智能超表面 RIS、盲区通信用户以及盲区内的目标组成。

实物搭建图

通感一体化设备及通信用户均由 USRP-LW X310、毫米波变频模块和i9高性能电脑主机组成；无源RIS 在y-o-z 平面上有M×M 大小的均匀平面天线列阵；RIS 的波束赋形由通感一体化设备控制，感知目标为一块铜板。

硬件平台

USRP-LW X310

USRP-LW X310是一款性能卓越，定位于高端的，服务于下一代软件无线电设计和开发的软件无线电设备。支持PCIE接口，以及1 Gbps和10 Gbps Ethernet接口，为USRP与通用处理器（GPP）之间提供了高速接口。

毫米波扩展模块MMW-44

毫米波扩展模块（24-44GHz）MMW-44包含一个双通道的上变频模块和一个双通道的下变频模块，可以将两路中频信号搬移到毫米波频段，或者将两路毫米波频段信号搬移到中频频段。内置高性能本振源，参考信号选用OCXO晶振，也可外接10MHz参考输入，同时支持10MHz参考输出。

试验参数

验证效果

RIS随机码本：无法检测到目标，通信性能差

调整优化RIS码本后：成功检测到目标，通信性能好

通信与感知结果示意图

试验结果表明，通过优化RIS码本设计，可有效降低通信误比特率，从无RIS 部署时的44.42% 和使用随机码本时的1% 左右，降低到近乎为0，同时检测概率也从0 到达近乎100%。

通过部署 RIS 并优化RIS码本可以同时提高通信与感知性能，这表明RIS 是解决高频通感一体化覆盖问题颇具潜力的解决方案。

本案例来源于：宗岳旺,胡小玲,彭木根.智能超表面辅助通感一体化信号处理与硬件试验[J].移动通信,2024,48(04):73-80

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