開展下一代無線通信研究及其關(guān)鍵技術(shù)儲備，對于加快構(gòu)建現(xiàn)代化新型基礎(chǔ)設(shè)施體系,、強(qiáng)化國家戰(zhàn)略科技力量,、發(fā)展壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)意義重大,。智能表面技術(shù)（Reconfigurable Intelligent Surface,，簡稱RIS）是當(dāng)前無線通信領(lǐng)域研究的關(guān)鍵技術(shù)之一,，具有低成本,、低功耗,、可規(guī)模擴(kuò)展和部署的特點(diǎn),，因此有望在未來無線通信應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。該技術(shù)通過在無線傳播環(huán)境中部署由亞波長單元結(jié)構(gòu)組成的可編程超構(gòu)表面,，實(shí)現(xiàn)信號傳播的動態(tài)調(diào)控,、信號增強(qiáng)及干擾抑制，最終實(shí)現(xiàn)動態(tài)信號覆蓋增強(qiáng),、優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)等,。智能表面技術(shù)剛剛起步，目前仍面臨的諸多挑戰(zhàn)與技術(shù)難點(diǎn),，包括如何實(shí)現(xiàn)高效超構(gòu)表面物理建模與設(shè)計,、低功耗控制電路設(shè)計、大規(guī)?？刂菩盘柾絺鬏?、信道建模以及信道狀態(tài)獲取等。
為應(yīng)對以上挑戰(zhàn),，近期南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院馮一軍教授團(tuán)隊(duì)在智能表面關(guān)鍵技術(shù)上取得實(shí)質(zhì)性突破,，成功研制了低成本、大面積,、可規(guī)模擴(kuò)展的高效智能表面，具有多比特相位狀態(tài)動態(tài)可調(diào),、單元獨(dú)立控制等應(yīng)用優(yōu)勢,，可靈活實(shí)現(xiàn)動態(tài)、復(fù)雜波束及電磁波環(huán)境分布調(diào)控（圖1）,。在此基礎(chǔ)上,，應(yīng)用所研制的智能表面與華為技術(shù)有限公司合作，進(jìn)行了對5G無線網(wǎng)絡(luò)（2.6GHz頻段）覆蓋補(bǔ)盲及優(yōu)化提升的原型測試,，驗(yàn)證了智能表面在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中應(yīng)用的可行性,。相關(guān)技術(shù)得到了華為技術(shù)專家肯定，并共同規(guī)劃了下一階段的研究,，攻關(guān)解決工程化,、應(yīng)用化問題，并力爭實(shí)現(xiàn)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)場景的低成本,、規(guī)?；渴稹?/p>
圖1 左：智能表面改善通信信道環(huán)境；右：智能表面
南京大學(xué)研制的智能表面總面積近5平方米,，由4000多個人工電磁結(jié)構(gòu)單元組成,。智能表面包含可調(diào)電磁諧振結(jié)構(gòu)、控制電路,、專用控制器,、主控計算機(jī)等部分，其工作帶寬能夠覆蓋現(xiàn)有5G無線網(wǎng)絡(luò)（2.6GHz頻段）,，且具有高效率,、多比特動態(tài)相位可調(diào)、單元獨(dú)立控制,、控制信號低時延,、模塊化設(shè)計等應(yīng)用優(yōu)勢，滿足低成本,、低功耗,、大規(guī)模部署的要求。智能表面所有單元的電磁特性及其空間分布特征均由外部專用控制器實(shí)時同步控制,，以實(shí)現(xiàn)對無線網(wǎng)絡(luò)信號動態(tài)增強(qiáng),、重分配等功能。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明,，智能表面技術(shù)可動態(tài)調(diào)控環(huán)境中的電磁波分布,，有效提升單用戶端、多用戶端的無線信號強(qiáng)度,，能夠顯著實(shí)現(xiàn)信號覆蓋補(bǔ)盲以及弱覆蓋區(qū)域的信號增強(qiáng),。例如，通過在走廊拐角處引入智能表面,，可有效增強(qiáng)走廊中的信號覆蓋,。實(shí)驗(yàn)中使用6500組隨機(jī)編碼控制智能表面（圖2左圖），與未使用智能表面相比,，信號接收功率提升可達(dá)10dB,，平均接收信號增強(qiáng)5dB，信號增強(qiáng)效果顯著且可以動態(tài)調(diào)節(jié),。此外,，其他室內(nèi)典型場景實(shí)驗(yàn)表明（圖2右圖），在引入智能表面后,，離微基站遠(yuǎn)端的手機(jī)用戶,，可從掉話邊緣回歸至正常業(yè)務(wù)范圍，展現(xiàn)了智能表面良好的應(yīng)用前景,。
圖2 左圖：智能表面應(yīng)用于室內(nèi)場景,，改善5G信號覆蓋試驗(yàn)結(jié)果,；右圖：室內(nèi)測試實(shí)景
來源：南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院
