IEEE TCCN论文 | RIS赋能UAV通感一体化：机遇、挑战与关键技术

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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。 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。


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”。

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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。
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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。
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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.