众所周知，无线频谱资源正在变得越来越稀缺。
为了满足无线传输速率的需求，通信系统的工作频段不断向更高频段迈进。
但是，高频电波具有波动性弱、绕射能力差的特点。在遇到障碍物时，容易受到遮挡，导致信号质量下降。
为了实现连续覆盖并保证信号质量，运营商需要在城市密集区域建设更多基站。然而，基站数量的增加，会使得网络的建设和维护成本显著增加。
为了有效解决这些问题，智能超表面技术应运而生！
█ 工作原理
智能超表面，全称为可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface，以下简称RIS）。
这是一种全新的无线通信增强技术，融合了人工电磁超材料和现代移动通信技术。它可通过改变电磁波的传播路径，实现对无线信号的智能控制。
听起来是不是有点像魔法？其实，它的原理是基于物理学中的电磁波传播特性。
RIS由可重构人工电磁超材料构成，包含大量独立的无源亚波长谐振单元。这些单元可以独立地控制电磁波的相位、幅度、极化等电磁特性。
通过改变阵子的单元结构、空间分布等，可以控制无线电波的反射、散射和折射，抵消多径衰落的破坏性。
也就是说，无需复杂的编译码和射频处理，RIS就可以实现对入射电磁波的定向反射和增强，从而提高通信质量和效率。
传统通信技术往往依赖于固定的基站和天线布局，被动地适应信道环境。
而RIS，则能根据实时信道环境，灵活调整信号覆盖范围和质量。
简单来说，RIS就像一面可以灵活控制光线反射角度的镜子。它总能够让光线（信号）射到指定的方向。这样一来，无论我们身处何方，都能享受到稳定而强大的网络信号啦！
RIS，目前已经是5G-A和研究的关键技术，备受关注。它很可能突破传统通信的不可控性，重塑无线传输环境，解决覆盖和能耗等痛点。
█ 硬件结构
典型的RIS硬件结构，包含3层底板和一个控制器。
最外层是超表面板，是系统中对电磁波进行调控的主体。
超表面板的上面，规则地排列了大量的电磁单元。这些电磁单元通常由金属、介质和调控开关构成。其中，调控开关一般为PIN二极管、变容二极管、液晶和石墨烯等非线性器件。
通过控制调控开关的偏置电压，可以改变电磁单元的电磁特性（幅度、相位等），进而实现对电磁波的智能调控。例如，通过控制每个单元的相位，可以让反射波在特定方向上进行叠加。
中间层是金属背板（接地背板），主要作用是防止电磁波信号泄露。
最内层是控制电路板，可根据控制器选择的码本，对每个电磁单元施加控制信号，从而实现对超表面板的实时控制。
控制器则用于与基站交互，实现码本选择。码本用于确定控制电路板的数字信号分布，最终实现对超表面板的整体控制。
█ 发展阶段
RIS相较于普通的墙面漫反射和常规材料表面的镜面反射，能实现精准的波束赋形，可根据用户所在位置实时、智能地调整信号反射角度。
RIS智能调控波束赋形，分为三个发展阶段：
第一阶段：无源静态RIS，波束固定不变。通过反射表面，快速实现弱覆盖区域的补盲，以及网络覆盖能力的提升。
第二阶段：半静态RIS，波束半静态变化。实现波束控制，每间隔一段时间进行相位调节，扩展超表面波束覆盖范围、提升小区容量和速率。
第三阶段：动态智能RIS。通过编码算法匹配信道环境，进而实现智能控制。可动态跟踪用户、针对信道的实时变化做出最优的波束响应。
█ 应用场景
RIS适用于室内外覆盖盲区的信号提升，为移动通信网络深度覆盖以及未来网络演进提供了一种低成本、低功耗的路径。
O2O（Outdoor to Outdoor）场景：在基站和用户之间部署RIS，能够在视距通信不可达或信号质量较差的盲区或小区边缘，按需动态建立非视距链路，解决因为建筑物遮挡等导致的覆盖弱区或盲区。对于热点区域，也可以通过更大的角度，扩展增强空分复用的健壮性，增加流速，提升容量。
O2I（Outdoor to Indoor）场景：通过在建筑物墙体表面部署RIS，可将室外信号透射入室内，达到室内信号增强，补足深度覆盖，提升室内覆盖性能。
I2I（Indoor to Indoor）场景：在室分的场景下，可通过部署RIS增加额外链路，进行信号的收集与反射，提升用户体验，并增强通信系统的稳定性。
根据不同的应用场景和部署环境，中兴通讯发布了系列化RIS产品，按照大类可以分为反射型RIS和透射型RIS。
反射型RIS，用于实现基站信号的按需反射，可以部署在多种位置，如灯杆、广告位、墙壁等。当基站和用户之间有障碍物（如高楼）时，部署反射型RIS可以使基站信号绕开障碍物，反射到用户所在位置，从而改善信号覆盖质量。
反射型动态RIS：RIS面板和控制器一体化设计
透射型RIS，用于增强信号以提升其穿透能力，主要贴附在玻璃表面，如建筑物窗户或车厢窗户等，实现室外覆盖室内或高铁车厢覆盖增强。为了不影响室内采光，透射型RIS通常设计为透明形态，因此也被称为透明RIS。
透射型动态RIS：高透明设计
█ 技术优势
RIS与传统基站相比，有以下几点优势：
低成本：RIS无需复杂的射频链路，硬件成本更低。
低能耗：RIS以无源单元为主，不需要大规模供电。随着技术的演进，太阳能供电、电池供电都是可能的方案。
易部署：RIS设备更轻薄，部署方式更灵活。无需铁塔和站点机房，更易于部署和维护。
█ 结语