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随着移动通信技术的飞速发展，无线频谱资源的稀缺性日益凸显。为了满足日益增长的数据传输需求，通信系统的工作频段不断向更高频段迈进。但高频电波具有波动性弱、绕射能力差的特点，在遇到障碍物时容易受到遮挡，导致信号质量下降。
为了实现连续覆盖并保证信号质量，需要在城市密集区域建设更多基站。然而，基站数量的增加会使得网络规划和优化变得更为复杂，建设和维护成本也会显著增加。因此，传统通信网络覆盖能力弱、能耗高、成本高的问题也日渐凸显，急需探索新技术为无线通信发展提供新的可能。
此时，智能超表面RIS（Reconfigurable Intelligent Surface）应运而生，它融合了人工电磁超材料和现代移动通信技术，是一种全新的无线通信增强技术。作为5G-A和6G研究的关键技术，将有望突破传统通信的不可控性，重塑无线传输环境，解决覆盖和能耗等痛点。
RIS工作原理
智能超表面，全称为可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface），可通过改变电磁波的传播路径，实现对无线信号的智能控制。
听起来是不是有点像魔法？其实，它的原理是基于物理学中的电磁波传播特性。
智能超表面由可重构人工电磁超材料构成，包含大量独立的无源亚波长谐振单元，这些单元可以独立地控制电磁波的相位、幅度、极化等电磁特性。通过改变阵子的单元结构、空间分布等控制无线电波的反射、散射和折射，抵消多径衰落的破坏性，无需复杂的编译码和射频处理即可实现对入射电磁波的定向反射和增强，从而提高通信质量和效率。
传统通信技术往往依赖于固定的基站和天线布局，被动地适应信道环境，而RIS则能根据实时信道环境灵活调整信号覆盖范围和质量，就像一面可以控制光线反射角度的镜子一样。这样一来，无论大家身处何方，都能享受到稳定而强大的网络信号啦~
RIS硬件结构
典型的RIS硬件结构，包含3层底板和一个智能控制器。 最外层是超表面板，是系统中对电磁波进行调控的主体。其上规则地排列了大量的电磁单元，这些电磁单元通常由金属、介质和调控开关构成，其中调控开关一般为PIN二极管、变容二极管、液晶和石墨烯等非线性器件。通过控制调控开关的偏置电压，可以改变电磁单元的电磁特性（幅度、相位等），进而实现对电磁波的智能调控。例如通过控制每个单元的相位，可以让反射波在特定方向上进行叠加。 中间层是金属背板（接地背板），主要作用是防止电磁波信号泄露。 最内层是控制电路板，可根据控制器选择的码本对每个电磁单元施加控制信号，从而实现对超表面板的实时控制。 控制器则用于与基站交互，实现码本选择。码本用于确定控制电路板的数字信号分布，最终实现对超表面板的整体控制。
RIS发展阶段
RIS相较于普通的墙面漫反射和常规材料表面的镜面反射，能实现精准的波束赋形，可根据用户所在位置实时、智能地调整信号反射角度。
RIS智能调控波束赋形的发展和应用可分为三个阶段。 第一阶段：无源静态RIS，波束固定不变。通过反射表面，快速实现弱覆盖区域的补盲与网络覆盖能力的提升。 第二阶段：半静态RIS，波束半静态变化。实现波束控制，每间隔一段时间进行相位调节，扩展超表面波束覆盖范围、提升小区容量和速率。 第三阶段：动态智能RIS。通过编码算法匹配信道环境，进而实现智能控制。可动态跟踪用户、针对信道的实时变化做出最优的波束响应。
RIS应用场景RIS适用于室外覆盖盲区和室外覆盖室内等场景的信号提升，为5G网络深度覆盖以及未来网络演进提供了一种低成本、低功耗、科学可行的创新路径。 O2O（Outdoor to Outdoor）场景：在基站和用户之间部署RIS，能够在视距通信不可达或信号质量较差的盲区或小区边缘，按需动态建立非视距链路，解决因为建筑物遮挡等导致的覆盖弱区或盲区。对于热点区域，也可以通过更大的角度扩展增强空分复用的健壮性，增加流速，提升容量。 O2I（Outdoor to Indoor）场景：通过在建筑物墙体表面部署RIS，可将室外信号透射入室内，达到室内信号增强，补足深度覆盖，提升室内覆盖性能。 I2I（Indoor to Indoor）场景：在室分的场景下，可通过部署RIS增加额外链路，进行信号的收集与反射，提升用户体验，并增强通信系统的稳定性。
根据不同的应用场景和部署环境，中兴通讯发布了系列化RIS产品，按照大类可以分为反射型RIS和透射型RIS。
反射型动态RIS：RIS面板和控制器一体化设计
透射型动态RIS：高透明设计
RIS优势
RIS与传统基站相比，有以下几点优势：
结语
总的来说，智能超表面是一种具有巨大潜力的新型无线通信技术。随着RIS技术的发展和应用的推广，智能超表面设备形态将更加丰富多样，低成本、低功耗、易部署的智能超表面设备将为基站通信提供有效的补充和延伸。
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发表于 2025-2-24 10:44:58
