開展下一代無線通信研究及其關鍵技術儲備，對于加快構建現代化新型基礎設施體系、強化國家戰略科技力量、發展壯大戰略性新興產業意義重大。智能表面技術（Reconfigurable Intelligent Surface，簡稱RIS）是當前無線通信領域研究的關鍵技術之一，具有低成本、低功耗、可規模擴展和部署的特點，因此有望在未來無線通信應用中發揮重要作用。該技術通過在無線傳播環境中部署由亞波長單元結構組成的可編程超構表面，實現信號傳播的動態調控、信號增強及干擾抑制，最終實現動態信號覆蓋增強、優化無線網絡等。智能表面技術剛剛起步，目前仍面臨的諸多挑戰與技術難點，包括如何實現高效超構表面物理建模與設計、低功耗控制電路設計、大規模控制信號同步傳輸、信道建模以及信道狀態獲取等。

　　為應對以上挑戰，近期南京大學電子科學與工程學院馮一軍教授團隊在智能表面關鍵技術上取得實質性突破，成功研制了低成本、大面積、可規模擴展的高效智能表面，具有多比特相位狀態動態可調、單元獨立控制等應用優勢，可靈活實現動態、復雜波束及電磁波環境分布調控（圖1）。在此基礎上，應用所研制的智能表面與華為技術有限公司合作，進行了對5G無線網絡（2.6GHz頻段）覆蓋補盲及優化提升的原型測試，驗證了智能表面在真實網絡環境中應用的可行性。相關技術得到了華為技術專家肯定，并共同規劃了下一階段的研究，攻關解決工程化、應用化問題，并力爭實現真實網絡場景的低成本、規模化部署。

　　圖1  左：智能表面改善通信信道環境；右：智能表面

　　南京大學研制的智能表面總面積近5平方米，由4000多個人工電磁結構單元組成。智能表面包含可調電磁諧振結構、控制電路、專用控制器、主控計算機等部分，其工作帶寬能夠覆蓋現有5G無線網絡（2.6GHz頻段），且具有高效率、多比特動態相位可調、單元獨立控制、控制信號低時延、模塊化設計等應用優勢，滿足低成本、低功耗、大規模部署的要求。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時同步控制，以實現對無線網絡信號動態增強、重分配等功能。實驗測試結果表明，智能表面技術可動態調控環境中的電磁波分布，有效提升單用戶端、多用戶端的無線信號強度，能夠顯著實現信號覆蓋補盲以及弱覆蓋區域的信號增強。例如，通過在走廊拐角處引入智能表面，可有效增強走廊中的信號覆蓋。實驗中使用6500組隨機編碼控制智能表面（圖2左圖），與未使用智能表面相比，信號接收功率提升可達10dB，平均接收信號增強5dB，信號增強效果顯著且可以動態調節。此外，其他室內典型場景實驗表明（圖2右圖），在引入智能表面后，離微基站遠端的手機用戶，可從掉話邊緣回歸至正常業務范圍，展現了智能表面良好的應用前景。

　　圖2 左圖：智能表面應用于室內場景，改善5G信號覆蓋試驗結果；右圖：室內測試實景

　　來源：南京大學電子科學與工程學院