跨學(xué)科創(chuàng)新，中國移動聯(lián)合崔鐵軍院士團(tuán)隊率先完成智能超表面技術(shù)試驗

智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surfaces，簡稱RIS）是當(dāng)前6G的研究熱點技術(shù)之一。近日，中國移動聯(lián)合東南大學(xué)崔鐵軍院士團(tuán)隊、杭州錢塘信息有限公司，率先在南京現(xiàn)網(wǎng)完成電磁單元器件可調(diào)、波束方向可靈活控制的智能超表面技術(shù)驗證。

智能超表面典型應(yīng)用場景示意圖

初步測試結(jié)果表明，智能超表面可根據(jù)用戶分布，靈活地調(diào)整無線環(huán)境中的信號波束，顯著改善現(xiàn)網(wǎng)弱覆蓋區(qū)域的信號強(qiáng)度、網(wǎng)絡(luò)容量和用戶速率。在室外測試場景下，小區(qū)邊緣覆蓋平均提升3~4 dB，邊緣用戶吞吐量提升約10倍以上；在室外覆蓋室內(nèi)測試場景下，室內(nèi)覆蓋提升約10 dB，用戶吞吐量提升至2倍左右。

智能超表面測試現(xiàn)場

智能超表面是信息超材料在移動通信領(lǐng)域的重要應(yīng)用，其基本原理是通過數(shù)字編程的方式控制超材料的電磁特性，改變普通墻面對空間電磁波的漫反射，實現(xiàn)對空間電磁波的智能調(diào)控與波束賦形，并且具有低功耗、低成本等特點，有望成為未來移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

智能超表面（RIS）技術(shù)原理

東南大學(xué)崔鐵軍院士是信息超材料領(lǐng)域的創(chuàng)始人，從2004年開始研究電磁超材料，在超材料的創(chuàng)新機(jī)理、理論和方法上實現(xiàn)了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先。2014年，崔鐵軍院士團(tuán)隊業(yè)界率先實現(xiàn)了智能超表面的硬件系統(tǒng)，為推動信息超材料的應(yīng)用開創(chuàng)了先河。

中國移動和崔鐵軍院士團(tuán)隊在信息超材料領(lǐng)域深度合作，共同探究信息超材料的電磁傳播特性，在IMT-2030(6G)推進(jìn)組和未來移動通信論壇（Future Forum）聯(lián)合牽頭相關(guān)項目，探索智能超表面的兩大應(yīng)用方向，包括智能反射面和超材料基站。針對技術(shù)及產(chǎn)業(yè)成熟度相對較高的智能反射面，中國移動結(jié)合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營經(jīng)驗提出了三階段的發(fā)展思路。第一階段實現(xiàn)無源靜態(tài)反射面，可快速部署并滿足弱覆蓋場景中擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋和補(bǔ)盲的需求；第二階段實現(xiàn)半靜態(tài)可控反射面，通過器件單元調(diào)控實現(xiàn)波束選擇，擴(kuò)展超表面波束覆蓋范圍、提升小區(qū)容量和速率；第三階段實現(xiàn)動態(tài)智能反射面，通過編碼算法動態(tài)跟蹤用戶位置、匹配信道環(huán)境，從而實現(xiàn)6G的電磁波傳播智能調(diào)控。其中，前兩個階段產(chǎn)品經(jīng)技術(shù)驗證成熟后有望在5G網(wǎng)絡(luò)部分場景進(jìn)行部署。

前期試驗測試結(jié)果初步驗證了智能超表面的可行性，但距離標(biāo)準(zhǔn)化和實際工程應(yīng)用仍面臨四方面挑戰(zhàn)。一是基礎(chǔ)理論不完善，智能超表面的反射和透射特性有待明確，信道傳輸模型不完善，缺少在實際傳輸環(huán)境下的建模；二是關(guān)鍵技術(shù)亟需突破，同頻和鄰頻干擾特性、運(yùn)營商之間干擾協(xié)調(diào)、波束賦形和信道估計算法等有待研究和標(biāo)準(zhǔn)化；三是器件成熟度和可靠性較低，目前業(yè)界的智能超表面為原型樣機(jī)，可調(diào)角度受限、器件調(diào)控速率不高，單元結(jié)構(gòu)數(shù)量龐大且難以快速定位和識別單元故障；四是應(yīng)用部署受限，智能超表面尺寸和面積較大，有源及有線控制都會限制其應(yīng)用場景，需進(jìn)一步優(yōu)化工程設(shè)計，提升部署靈活度。

針對上述挑戰(zhàn)，中國移動自2019年開始著力智能超表面的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，針對智能超表面的電磁調(diào)控特性與信道模型、基站與智能反射面的聯(lián)合波束賦形與信道估計算法、智能反射面無線控制等提出了系列解決方案，并積極開展智能超表面的硬件架構(gòu)攻關(guān)。后續(xù)，將聯(lián)合崔鐵軍院士團(tuán)隊繼續(xù)完善智能超表面的系統(tǒng)方案設(shè)計，面向更豐富的部署場景以及更高頻段開展更全面的技術(shù)試驗，推動智能超表面技術(shù)及早在移動通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。

崔鐵軍院士表示，信息超材料開創(chuàng)了超材料新方向，其最大特征是在超材料物理空間上構(gòu)建了數(shù)字空間，將物理特征調(diào)控和信息調(diào)控統(tǒng)一起來，目前，信息超材料已在新架構(gòu)無線通信和微波成像獲得應(yīng)用，未來在新一代電子信息系統(tǒng)仍將發(fā)揮重要作用。我們期待與中國移動齊心協(xié)力推動這項技術(shù)從理論走向應(yīng)用。

中國移動研究院副院長黃宇紅表示，中國移動高度重視應(yīng)用基礎(chǔ)研究，積極發(fā)揮央企作為創(chuàng)新主體的作用，持續(xù)加強(qiáng)科研投入力度，不斷深化與學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的合作。這次技術(shù)試驗的成功，是研究院前期與崔院士密切合作的重要成果，后續(xù)將依托東南大學(xué)-中國移動聯(lián)合創(chuàng)新中心，攜手更多產(chǎn)業(yè)伙伴，深度攻關(guān)解決信息超材料理論、關(guān)鍵技術(shù)及工程化問題，牽引信息超材料技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，攜手共創(chuàng)“萬物智聯(lián)，數(shù)字孿生”的美好6G未來。