智能超表面技術專題導讀

專題策劃人

趙亞軍，中興通訊股份有限公司無線研究院技術預研總工；目前主要從事5G標準化和6G技術研究；主要研究方向包括智能超表面（RIS）、頻譜共享、CoMP 及靈活雙工等；已申請4G/5G 相關發明專利200 余項，其中有20余項納入4G/5G標準。

費澤松，北京理工大學教授、博士生導師，工業和信息化部重點學科實驗室副主任；主要研究領域包括移動通信（5G/6G）、衛星通信、通信感知融合、智能通信等；先后主持國家自然科學基金、國家科技重大專項、國家重點研發計劃等科研項目10 余項；獲中國電子學會自然科學獎二等獎1項；發表論文100余篇。

隨著無線網絡容量需求的持續快速增長，無處不在的無線連接將在未來十多年真正成為現實，但高度復雜的網絡、高成本的硬件和日益增加的能源消耗也成為未來無線網絡面臨的關鍵問題。一直以來，“隨心所欲”地調控電磁波是人們不斷追尋的夢想。麥克斯韋方程組的出現使得人類對電磁波的掌控能力有了飛速提升，但受限于材料相對固定的電磁參數，人們對電磁波的控制力僅局限于發射機和接收機。

近年來，智能超表面（RIS）因其能夠靈活操控信道環境中的電磁特性，一出現就吸引了業界的廣泛關注。RIS通常由大量精心設計的電磁單元排列組成，通過給電磁單元上的可調元件施加控制信號，可以動態地控制這些電磁單元的電磁性質，進而實現以可編程的方式對空間電磁波進行主動智能調控，形成幅度、相位、極化和頻率可控制的電磁場。作為超材料的二維實現，RIS天然具有低成本、低復雜度和易部署的特性，可以應對未來無線網絡面臨的需求與挑戰。RIS的引入使得無線傳播環境從被動適應變為主動可控，有助于構建一個人為可控的智能無線環境。

從2020 年開始，中國學術界與產業界聯合開展了一系列RIS產業推進活動，極大地促進了RIS的技術研究與工程化進程。2020 年6 月，IMT-2030（6G）推進組無線技術組成立“RIS 任務組”；同年9 月，中國通信標準化協會（CCSA）TC5-WG6 完成“RIS 研究項目”立項；2021 年9 月17 日，IMT-2030（6G）推進組在6G 研討會RIS 分論壇上正式發布業界首個《智能超表面技術研究報告》；2021 年9 月24日，“第一屆智能超表面技術論壇”1.智能超表面技術論壇，http://www.risforum.com大會召開；2022年4月7 日，智能超表面技術聯盟（RISTA）2.智能超表面技術聯盟，http://www.risalliance.com成立，成為RIS 技術被學術及產業界廣泛認可的標志性事件。

作為未來關鍵技術領域中一個極具潛力的方向，RIS有機會在5G-Advanced 網絡中提前落地，并可能在未來6G 網絡中使能智能無線環境，帶來全新的網絡范式。近幾年，RIS的技術研究與工程化進展迅速，在多個領域已經初步展示其強大的性能。但在規模商用前，RIS仍在技術研究與工程應用方面面臨諸多問題與挑戰。本期專題的論文從方法論、基本原理、軟硬件關鍵技術及應用等角度探討RIS的研究進展及相關成果，期望能對讀者有所幫助。RIS引入無線網絡，被認為有機會給無線網絡帶來全新的網絡范式。

鄔江興院士、金梁教授等在《無線通信發展范式與RIS的賦能作用》中首次較為全面地闡述“改造定制無線環境”的無線通信發展新范式，并給出對于新范式的理論探索以及智能超表面賦能的實踐規范。

太赫茲波的靈活高效調控一直是其應用的關鍵挑戰之一，來自北京理工大學的呂昕教授、司黎明副教授等在《集成石墨烯的太赫茲波束成形智能超表面》中提出了一種基于石墨烯的太赫茲RIS，為靈活調控太赫茲波提供了新的思路。

作為RIS研究領域引領性團隊之一，來自東南大學的程強教授等在《智能超表面的設計及應用》中較為系統地介紹了智能超表面的基本概念、物理機理和設計方法，以及空間波束賦形、非線性諧波調控和多諧波聯合調控技術，進而展示智能超表面技術的一些示范性應用。

RIS的引入對無線信息與能量同傳帶來了新的可能，來自澳門大學的武慶慶等在《智能反射面輔助的無線信息與能量傳輸研究綜述》中全面介紹了RIS輔助無線信息與能量傳輸方面的全球研究現狀，并展望了物理層安全、無人機通信和多IRS協同輔助等6個新的研究主題和研究方向。

根據對信號操作方式的不同，RIS可以被分為透射型和反射型，來自上海交通大學的陳文教授等在《透射可重構超表面多天線通信系統》中較為全面地介紹了基于透射RIS的多天線系統，為B5G/6G 無線收發機架構提供了新的設計思路。來自北京航空航天大學的張巖等在《寬帶透射陣設計及其近場研究》中提出并設計了一種基于緊耦合偶極子的寬帶透射陣天線，引入等效延遲距離的概念用于設計透射陣，并對其菲涅爾區電場進行研究。

相對于傳統多輸入多輸出（MIMO），RIS的碼本設計面臨新的挑戰。來自中興通訊股份有限公司的崔亦軍和竇建武等在《基于標量衍射理論的RIS波束碼本設計》中研究了基于傅里葉光學中標量衍射理論的RIS物理波束調控的碼本設計方法。

RIS將成為未來通感一體化的關鍵使能技術之一。來自大連理工大學的李明教授等在《智能超表面在通信感知一體化系統中的應用》中系統闡述了智能超表面輔助無線通信系統和雷達感知系統的工作原理、性能優勢和實際應用，進而介紹了智能超表面輔助通感一體化系統的可行性、優勢及應用前景。而來自北京理工大學的鄭重等在《智能超表面輔助通信感知一體化》中針對通感一體化面臨的挑戰，探討了RIS 輔助通信感知一體化系統的典型應用，并深入討論了RIS 輔助通信感知一體化系統在聯合波束設計、RIS 單元模式切換以及安全通信等方面的研究現狀。

另外，來自南京信息工程大學的李斌教授等在《智能超表面輔助車載邊緣計算》中，針對障礙物遮擋對車聯網中路邊單元（RSU）服務性能的影響，提出一種智能超表面輔助的車載邊緣計算（VEC）部分任務卸載方案。

本專題文章由來自中國的高校和企業中從事RIS技術研究的專家學者撰寫，較為全面地反映了RIS技術創新的最新成果。在此，對各位作者的大力支持和精心撰稿表示衷心的感謝！希望本專題能對RIS技術的進一步研究和發展起到重要參考和積極推動作用。