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智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surfaces，简称RIS）是当前6G的研究热点技术之一。近日，中国移动联合东南大学崔铁军院士团队、杭州钱塘信息有限公司，率先在南京现网完成电磁单元器件可调、波束方向可灵活控制的智能超表面技术验证。
智能超表面典型应用场景示意图
初步测试结果表明，智能超表面可根据用户分布，灵活地调整无线环境中的信号波束，显著改善现网弱覆盖区域的信号强度、网络容量和用户速率。在室外测试场景下，小区边缘覆盖平均提升3~4 dB，边缘用户吞吐量提升约10倍以上；在室外覆盖室内测试场景下，室内覆盖提升约10 dB，用户吞吐量提升至2倍左右。
智能超表面测试现场
智能超表面是信息超材料在移动通信领域的重要应用，其基本原理是通过数字编程的方式控制超材料的电磁特性，改变普通墙面对空间电磁波的漫反射，实现对空间电磁波的智能调控与波束赋形，并且具有低功耗、低成本等特点，有望成为未来移动通信网络的重要基础设施。
智能超表面（RIS）技术原理
东南大学崔铁军院士是信息超材料领域的创始人，从2004年开始研究电磁超材料，在超材料的创新机理、理论和方法上实现了业内领先。2014年，崔铁军院士团队业界率先实现了智能超表面的硬件系统，为推动信息超材料的应用开创了先河。
中国移动和崔铁军院士团队在信息超材料领域深度合作，共同探究信息超材料的电磁传播特性，在IMT-2030(6G)推进组和未来移动通信论坛（Future Forum）联合牵头相关项目，探索智能超表面的两大应用方向，包括智能反射面和超材料基站。针对技术及产业成熟度相对较高的智能反射面，中国移动结合网络运营经验提出了三阶段的发展思路。第一阶段实现无源静态反射面，可快速部署并满足弱覆盖场景中扩展网络覆盖和补盲的需求；第二阶段实现半静态可控反射面，通过器件单元调控实现波束选择，扩展超表面波束覆盖范围、提升小区容量和速率；第三阶段实现动态智能反射面，通过编码算法动态跟踪用户位置、匹配信道环境，从而实现6G的电磁波传播智能调控。其中，前两个阶段产品经技术验证成熟后有望在5G网络部分场景进行部署。
前期试验测试结果初步验证了智能超表面的可行性，但距离标准化和实际工程应用仍面临四方面挑战。一是基础理论不完善，智能超表面的反射和透射特性有待明确，信道传输模型不完善，缺少在实际传输环境下的建模；二是关键技术亟需突破，同频和邻频干扰特性、运营商之间干扰协调、波束赋形和信道估计算法等有待研究和标准化；三是器件成熟度和可靠性较低，目前业界的智能超表面为原型样机，可调角度受限、器件调控速率不高，单元结构数量庞大且难以快速定位和识别单元故障；四是应用部署受限，智能超表面尺寸和面积较大，有源及有线控制都会限制其应用场景，需进一步优化工程设计，提升部署灵活度。
针对上述挑战，中国移动自2019年开始着力智能超表面的基础理论和关键技术研究，针对智能超表面的电磁调控特性与信道模型、基站与智能反射面的联合波束赋形与信道估计算法、智能反射面无线控制等提出了系列解决方案，并积极开展智能超表面的硬件架构攻关。后续，将联合崔铁军院士团队继续完善智能超表面的系统方案设计，面向更丰富的部署场景以及更高频段开展更全面的技术试验，推动智能超表面技术及早在移动通信网络中应用。
崔铁军院士表示，信息超材料开创了超材料新方向，其最大特征是在超材料物理空间上构建了数字空间，将物理特征调控和信息调控统一起来，目前，信息超材料已在新架构无线通信和微波成像获得应用，未来在新一代电子信息系统仍将发挥重要作用。我们期待与中国移动齐心协力推动这项技术从理论走向应用。
中国移动研究院副院长黄宇红表示，中国移动高度重视应用基础研究，积极发挥央企作为创新主体的作用，持续加强科研投入力度，不断深化与学术界、产业界的合作。这次技术试验的成功，是研究院前期与崔院士密切合作的重要成果，后续将依托东南大学-中国移动联合创新中心，携手更多产业伙伴，深度攻关解决信息超材料理论、关键技术及工程化问题，牵引信息超材料技术的创新和应用，携手共创“万物智联，数字孪生”的美好6G未来。
