智能超表面（RIS）是如何对网络减负的呢-526互联

随着5G系统的大规模商用，在5G的下半场，产业界和学术界纷纷启动了6G技术的研究，6G的关键技术确定也成为关注焦点。
在6G的研究中，智能超表面技术或可重构的智能表面技术，被广泛提及，被认为是6G的关键技术之一，也是产业链发力的重点。
日前，中信科移动成功实现了智能超表面替代传统的相控阵天线、实现高速数据传输的实验，作为原生智能、网络感知、连接中的关键支撑，此次试验的成果，引起业界的广泛关注。

近年来，智能超表面（RIS）能够灵活操控信道环境中的电磁特性，一出现就吸引了业界的广泛关注。RIS通常由大量精心设计的电磁单元排列组成。通过给电磁单元上的可调元件施加控制信号，RIS可以动态地控制这些电磁单元的电磁性质，进而实现以可编程的方式对空间电磁波进行主动的智能调控，形成相位、幅度、极化和频率可控制的电磁场。作为超材料的二维实现，RIS天然具有低成本、低复杂度和易部署的特性，可用于解决未来无线网络面临的问题。RIS的引入使得无线传播环境从被动适应变为主动可控，从而构建了智能无线环境（SRE）。

目前，中国在RIS的材料工艺、理论研究、实现算法及工程试验等方面做出了重大贡献。作为未来通信关键技术领域中一个极具潜力的方向，RIS有机会在5G-Advanced网络中提前落地，并可能在未来 6G 网络中使能智能无线环境，进而带来全新的网络范式。

近期，产业界在现网中针对RIS技术进行了一系列的测试验证工作。众多测试结果表明，RIS 的部署可以有效提高无线网络的吞吐量和覆盖性能。

作为一种动态电磁参数调控技术，RIS在多个领域已经初步展示了其强大的性能。但是，在规模商用前，RIS仍在技术研究、工程应用、网络部署和标准化等方面面临诸多问题与挑战。本文中，我们将从背景、基础和关键技术、典型应用场景以及趋势与挑战等方面对RIS进行探讨。

2、RIS的理论和技术

RIS是一种多学科融合技术。在RIS概念诞生前，超材料相关基础理论已发展了半个多世纪，这为RIS理论体系的建立奠定了坚实基础。在关键技术方面，与RIS相关的相控阵、可编程逻辑门等技术均有了应用案例。RIS的概念在最近10年才被提出，并被视为一种潜在的6G关键技术，已有的理论与技术基础支撑了其研究的快速发展。

参考：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4NDczODcyNQ==&mid=2689414779&idx=1&sn=dfe0ac10e4861d02d4f8893a6b41811a&chksm=ba5b01b18d2c88a769944de4ff2e517f0290605f3a3ef033c036a79a3920ff0ac15a6051514c&scene=27

5G-A智能超表面（RIS）是指利用微小的元件排列在表面上，通过改变电磁波的传播方向和幅度来控制信号的传播。它可以在保持网状结构的同时，调整信号传输的方向和力度，实现更好的信号质量和覆盖范围。

5G-A智能超表面（RIS）通过智能动态协同技术实现了动态波束扫描和用户跟踪。这意味着它可以根据用户的位置和需求，自动调整信号传输方向和力度，以获得最佳的信号覆盖和速度。

通过应用验证，5G-A智能超表面（RIS）在场馆内实现了大容量业务需求的满足，为现场提供了高质量的网络保障。无论是观众还是工作人员，都可以享受到更好的网络体验，并且可以稳定地进行高清直播、视频播放和在线互动等活动。

这项技术的应用，不仅可以满足大型会议的要求，还为未来的大型体育赛事和其他重要场馆提供了参考和借鉴。通过利用5G-A智能超表面（RIS），运营商可以在不增加建网难度的情况下，提供更稳定、更高速度的网络服务。

目前，业界大部分的研究主要集中在中继型智能超表面技术的探索和应用研究，大部分场景主要应用于无线通信系统的中继补盲，实现覆盖的扩展，包括非视距场景增强、解决局部空洞、支持边缘用户等，还有部分在研究基于RIS的高精度定位与感知。
但是，中继型智能超表面技术仍然存在级联信道信息获取困难，需要大面积的RIS阵列来保证接收信号能量、无源RIS无法实现高效波束跟踪、异构网络下的互干扰等技术亟待突破。
值得一提的是，目前中国在RIS的材料工艺、理论研究、实现算法及工程试验等方面做出了重大贡献，而作为未来通信关键技术领域中一个极具潜力的方向，RIS有机会在5G-Advanced网络中提前落地，并可能在未来6G网络中使能智能无线环境，进而带来全新的网络范式。
剑指全新网络范式
当前，6G网络关键技术的研究及技术验证吸引了学术界和产业界的极大关注。事实上，当我们在讨论5G技术和6G技术时，如何界定6G技术和5G技术的范畴是一个很重要的问题。
记者了解到，高频毫米波是5G-Advanced和6G潜在工作频段。高频信号存在路径损耗较大，小区半径较小，受障碍物遮挡、雨雪天气、环境吸收影响大等缺点，使得应用场景上存在较大的限制。通过智能超表面技术，可以使得毫米波应用场景取得较大的改善。
一方面可在基站和终端用户之间部署智能超表面设备，通过中继型智能超表面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，从而提升网络深度覆盖质量，减少覆盖盲区;但是，中继型智能超表面技术仍然存在级联信道信息获取困难，需要大面积的RIS阵列来保证接收信号能量、无源RIS无法实现高效波束跟踪等技术亟待突破。
另一方面，将RIS作为发射机，和传统天线阵列相比，利用RIS构建了规模更大的天线阵列形态，从而实现毫米波系统实现更大覆盖和更高容量。在索士强看来，随着智能超表面技术的新型天线阵列技术成熟，也可能用于5G-Advanced系统设备中，实现6G技术的5G化应用。
目前，除了基于智能超表面的大规模天线多流传输发射机方案测试验证之外，为了配合IMT-2030(6G)推进组智能超表面技术测试验证工作，中信科移动还开展了针对智能超表面辐射特性与非视距(NLOS)场景及补盲方案等项目的测试，检验了智能超表面的关键性能指标，并验证了智能超表面作为中继的覆盖补充效果。
需要指出的是，在RIS推进中，仍存在涉及理论模型、应用技术、工程化研究等方面挑战。首先，理论模型的刻画上，虽业界已有一些积累，但后续还需在电磁调控物理机理、电磁信息学、信道模型等方面进一步深入探索，以尽快构建完善的理论体系，同时，RIS是材料科学、电磁学、信息与电子学、通信工程等多学科交叉融合的技术，需要多学科协同推进。

无疑，本次智能超表面技术的推进，验证了智能超表面阵列作为基站发射机天线阵列构建灵活多流波束赋形的技术可行性，拓宽了智能超表面的应用场景，有助于加快智能超表面技术的落地和产业化进程，未来，随着超材料天线的应用推广，智能超表面设备形态将更加丰富多样，而低成本、低功耗、易部署的智能超表面设备将成为基站提供有效的补充和延伸。

RIS有何能耐？

那么，RIS到底是怎样重塑无线信道的呢？我们来看看下面这几个典型的场景。

1. 覆盖盲区消除。当基站和终端之间有不可逾越的障碍物时，它们之间就是非视距信道，如果信号传播环境单一，缺乏反射径的话，终端所能接收到的信号是非常微弱的。

有了RIS，可以操控反射波束，对准位于盲区的终端并动态跟踪，这就相当于创建了虚拟的视距路径，扩展了小区的覆盖范围。

2. 物理层辅助安全通信。当网络探测到窃听者或者非法用户时，可以利用调控RIS的反射信号的相位，让其和直射信号在接收时进行抵消，从而减少信息泄露。

3. 多流传输增强。当信号传输的环境较为简单时，往往缺乏独立的多径，难以实现足够的多流传输。通过RIS的反射，可以人为增加信号传播路径，更好地实现多流传输，提升热点用户的吞吐量。

4. 边缘覆盖增强。当终端（下图中的终端1）位于小区边缘时，使用RIS动态操控服务小区和邻区的反射信号，使服务小区的信号同相叠加增强，来自邻区的信号则反相叠加抵消，从而有效消除邻区干扰。

5. 大规模D2D通信。RIS可以通过对多路信号的智能反射，可以起到干扰抑制的作用，并同时进行低功率传输，有助于实现大规模的D2D通信。

6. 物联网中无线功率和信息的传输。同步无线信息和能量传输（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer, SWIPT）技术可以同时传输信号和能量，即在与无线设备进行信息交互的同时，为无线设备提供能量。RIS可以起到类似中继的作用，通过无源波束来补偿长距离传输带来的巨大能耗，帮助充电区域提高无线传输功率。