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)模擴展和部署的特點，因此有望在未來無線通信應用中發(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，實現(xiàn)信號傳播的動態(tài)調(diào)控、信號增強及干擾抑制，最終實現(xiàn)動態(tài)信號覆蓋增強、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，包括如何實現(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)模控制信號同步傳輸、信道建模以及信道狀態(tài)獲取等。

　　為應對以上挑戰(zhàn)，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(guān)鍵技術(shù)上取得實質(zhì)性突破，成功研制了低成本、大面積、可規(guī)模擴展的高效智能表面，具有多比特相位狀態(tài)動態(tài)可調(diào)、單元獨立控制等應用優(yōu)勢，可靈活實現(xiàn)動態(tài)、復雜波束及電磁波環(huán)境分布調(diào)控（圖1）。在此基礎(chǔ)上，應用所研制的智能表面與華為技術(shù)有限公司合作，進行了對5G無線網(wǎng)絡(luò)（2.6GHz頻段）覆蓋補盲及優(yōu)化提升的原型測試，驗證了智能表面在真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中應用的可行性。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、應用化問題，并力爭實現(xiàn)真實網(wǎng)絡(luò)場景的低成本、規(guī)模化部署。

　　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)、單元獨立控制、控制信號低時延、模塊化設(shè)計等應用優(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時同步控制，以實現(xiàn)對無線網(wǎng)絡(luò)信號動態(tài)增強、重分配等功能。實驗測試結(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度，能夠顯著實現(xiàn)信號覆蓋補盲以及弱覆蓋區(qū)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(tài)調(diào)節(jié)。此外，其他室內(nèi)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(yè)務(wù)范圍，展現(xiàn)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(nèi)場景，改善5G信號覆蓋試驗結(jié)果；右圖：室內(nèi)測試實景

　　來源：南京大學電子科學與工程學院