一、智能超表面：有价值的潜在技术

随着业务新需求、技术新驱动和商业新模式，不断地相互影响、促进与限制，他们共同驱动着移动通信网络向下一代技术方向演进。随着5G规模商用向深入开展，超低时延、工业互联网、全场景连接等新业务不断明确。多种跨领域的技术创新，也与移动通信相结合，多方合作、自由组合的商业新生代有望成为主流。

在这种情况下，下一代移动通信发展方向和应用场景也逐渐明晰。国内IMT2030 6G推进组，对于6G技术也有了典型的4+1场景的共识。在这种情况下，6G需要满足各个场景对于移动通信的需求，这需要对移动通信关键技术逐渐地研究和引入。更高频段、更大带宽，超大规模天线阵列，绿色节能、智慧内生等关键技术将被引入6G移动通信系统。

当前移动通信处于技术积累的阶段，面临一些较大的挑战，比如更高频段、更大带宽的问题。高频路径损耗大、易受阻挡，容易在组网中产生阴影，超大规模阵列天线随着阵列的增加，成本逐渐上升，复杂度也逐渐上升，可靠性也面临着挑战。“双碳”目标和高质量发展已经成为国家的战略，绿色节能也是网络运营商的内生需求。大带宽、高功率设备和算力投入网络，对于网络设备能耗增加很高，需要一些技术手段以综合降低网络的能耗。

智能内生是未来移动通信关键的技术点，我们需要考虑无线领域如何与智能结合。智能超表面是很有价值的潜在技术，可以将被动适应无线通信、信道环境转变为主动控制。智能超表面由于可扩展、智能化、低功耗、低成本、轻量化、易部署等特点，成为6G的候选关键技术之一。而且智能超表面更多的是对射频领域进行干扰、控制，它与底层的物理层相关性不高，可以作为6G的关键技术，也可以在现有的网络中进行部署。智能超表面在5G网络中有不少典型的应用场景，比如低成本低功耗覆盖增强、小区边缘多流增速、室内办公区覆盖增强、室内L型走廊覆盖增强等。

在6G设计的初始阶段，就需要考虑RIS与6G的众多关键技术相结合。比如利用RIS对于无线电磁波束的控制，可以在物理层安全、节能通信、全双工、天地一体等多方向增加这些技术，以体现其在6G通信中的价值。

面向RIS的应用，智能超表面有三个典型的演进路径，包括静态部署阶段、半静态部署阶段和动态部署阶段。对于静态部署阶段，当前智能超表面尚不支持用户跟踪、动态调控，但对于现网的改造要求也比较低。低成本、易部署的方式可以实现区域固定的定向覆盖补盲，以及室外对室内的增强。随着技术的发展，RIS具备支持多用户或者用户低速移动，可以联合网络部署进行移动的覆盖补盲、多流增速等。随着RIS与系统 的逐步融合，RIS将完全支持灵活的波束实时调控，与现有移动通信基站进行有机结合，将在未来的移动通信多重场景中得到应用。

  二、智能超表面涉及多学科融合

智能超表面涉及硬件与调控、软件与算法、系统与组网三大技术领域，融合超材料科学、天线及电路设计、电磁计算、信息论、波束赋形、信道建模与估计等多种学科。

在硬件与调控方面，我们主要关注智能超表面阵面，馈电系统和控制模块等相关的硬件设计；在软件与算法方面，智能超表面波束控制的码本优化、信道估计、波束赋形等软件与算法的研究是重点；在系统与组网方面，需要考虑智能超表面与现有的系统进行融合、综合的设计，实现空口的标准化。

在超材料阵面，目前我们相关的产品在场外也有了展示，支持多个点型的移动通信网络工作频段，典型的设计路线有基于RIS的新型发射机和信道调控的设备。在阵面天线图ACL方面已经通过测试验证也基本满足需求。

在调控方面，重点需要进一步提升码本调控与响应的速度。在多波束调控、宽窄波束切换等方向进行技术演进，并且在工程实践中需要解决调控模块的功耗与算力的问题，这影响到RIS板在未来移动网络中应用的规模。

在系统融合方面，与系统的空口协议和算力资源、信道状态的获取都是RIS需要解决的问题。希望未来能看到高楼的外饰面都是由RIS组成的，包括有源RIS与无源RIS。RIS可以在大楼玻璃面板上进行部署，外饰面除了部署RIS还能够增加一些广告位，不断增强移动通信领域与人们生活的融合。

在关键技术领域关心的一些要点。超材料类型包括电调、机械调、热调、光调；智能超阵面特性包括有源特性、极化特性、阵元间隔与耦合特性、量化精度与方向图。

目前在硬件与调控方面，超材料阵面属于百花齐放的阶段，由于变容二极管、液晶等电调方向成熟度较快，是已经在实验中得到验证的技术，而热调、光调等光敏材料也是未来技术发展的方向。

智能超表面的特性包括有源和无源、单极化、双极化、阵元间隔与耦合特性、量化精度、方向图。在馈电系统方面，有反射式、透射式、有源无源集成式、近场投射式、反射透射一体式。在控制模块方面，通过可编程平台对波束进行控制，需要演进的方向包括控制精度、可控单元上限即算力的程度，以及码表提取与响应速度的优化。

在软件与算法方面，首先要构建带RIS通信系统的信道模型，包括室内、城区、郊区等不同场景，构筑基站到RIS、RIS到终端、RIS之间、RIS阵面的信道模型。目前信道模型主要倾向于采用混合信道模型，可以综合统计几何信道模型与射线跟踪模型的优势，以达到精确度与计算量的平衡。

信道估计是RIS投入现网应用一个较大的难点。从整个系统角度来看，信道估计仍然由基站进行，这有利于系统性能的提高。无源RIS加入后如何提取信道信息是难点之一。无源RIS使得分段信道信息取存在困难，RIS阵面增大、信道近场特征明显，使得信道估计的难度增加，而硬件误差也会降低信道估计精度。

在波束赋形方面，RIS通过改变电磁单元对入射波束场景的响应，来进行波束反射的控制，包括近场波束赋形、远场波束赋形、多波束赋形和宽窄波束赋形。宽窄波束赋形是有利于RIS未来网络中部署的一种方案，我们也希望能推动产业链来共同实现。

系统与组网是我们特别关心的领域，RIS技术发展后如何与现有网络形成系统性的效应？在系统建模方面RIS有不同的考虑——包括位置、模式、规模，RIS在发送端近端、信道侧或接收端近端哪种方式更好？反射式、透射式、反透射一体式等不同的RIS技术在网络中如何更好地应用？用单块RIS或者多块RIS面板，会让整个系统方案也不一样。另外，RIS的引入也需要考虑一些不利影响，比如RIS可能会引入一些网络间的干扰、小区间的干扰等。

在控制与回传方面，接口协议需要通信业、电磁领域、材料学共同进行标准协议的推动；在工程化方面，假如移动通信纳入RIS后可能会大规模地降低移动通信能耗部署的难度。但对于RIS在工程中的应用，也需要考虑如超大规模阵列天线的一致性、可靠性等。此外，对有源RIS进行供电会给工程施工带来一定难度，也会影响RIS在未来网络部署中的数量。

RIS的成本、体积、重量、风阻，都是在移动网络中应用时需要考虑的问题。目前我们仍处于技术积累阶段，可能还没有考虑得那么遥远。但是现在不妨从需求侧逐步把这些需求导入至RIS技术的研发和原先系统制造中，更好地指导RIS的发展方向。

  三、共同合作推进技术成熟与应用

通过智能超表面原型系统在典型场景下的暗室测试，智能超表面方向图表明，通过阵面设计能够获得20~30db的性能增强，ACLR保持在35dB左右。

智能超表面原型系统在典型场景下室内测试表明，在走廊和办公区等典型环境中，当智能超表面应用在收发端之间存在障碍物的场景下，接收信号通常可以提升15~20db以上，目前调控方式仍然是以静态和半静态调控为主；当走廊较窄或波束与走廊走向非平行时，产生反射波束，测试结果不稳定。

2022 年成立的智能超表面联盟已经邀请业 内知名专家就RIS技术开展23场系列讲座，线上参会人数超20万，有效推进了智能超表面技术的研究和产业链成熟。

RIS技术的演进方向在理论模型方面需要多学科协同，RIS是材料科学、电磁学、网络安全、电子电路、通信工程等多学科交叉融合的技术，需要多学科协同推进；要构建完善的理论体系，涵盖硬件调控、软件算法及系统组网等多方面理论模型和关键技术体系。

应用技术要突破传统无线通信中的经典问题，如信道统计、波束赋形、码本优化和信息调制等；探索前沿技术融合创新，基于RIS的通感一体化、AI使能RIS和基于RIS的物理层完全通信等。在工程化方面，还需要找到RIS技术在工程应用领域的杀手锏，才能更好地推动RIS在移动通信领域的应用。三步走的策略阶段1，在5G现网部署非标静态RIS，解决覆盖空洞问题；阶段2，基于5G-A标准化机制部署半动态可调 的 RIS，用于优化网络的连续覆盖；阶段3，未来无线网络中泛在部署智能灵活的RIS, 构建智能可控无线环境。

目前3GPP 5G-A Rel-18也进行了NCR的立项，这为RIS在未来标准化立项，以及其基于5G网络的标准化工作打下了良好的基础。在RIS的6G标准化工作中，6G标准预计将是全新的标准协议。因此，要提前做好6G阶段RIS标准化工作的相关布局。

中国联通正持续地在RIS方面进行技术布局和产业布局，也积极地投资RIS技术方面的创新企业。我们希望能与产业链的各位合作伙伴共同推进RIS技术的成熟，能在网络中进行应用。