【核心突破】

2014年，东南大学崔铁军院士团队在国际上率先提出数字超材料概念，展示了第一块现场可编程超材料，借助FPGA输出序列调整超表面单元内部二极管开关的通断，在物理空间实现对电磁波的直接调控，开创了数字可编程超材料研究的先河。

【什么是信息超材料？

超材料（Metamaterial）具备自然界材料所没有的特性，其超并非归因于构成材料本身，而是因为新颖的结构赋予其超越自然材料的能力。信息超材料是在融合信息、电子、材料等科学的基础上提出的概念，将超材料的研究由单纯的空间编码拓展至空间-时间-频率等多域联合编码，实现对空间电磁信息的直接调制。

【智能反射表面（RIS）原理】

在传统无线通信环境中，无线信号在传输过程中遇到障碍，经过反射、折射、透射等，会出现多径分量，导致多径衰落，严重损害系统性能。而智能反射面（RIS）通过大量低成本电磁单元智能控制无线信号的反射特性，实现无线传播环境的重构，让无线电环境变得可控。

RIS以软件控制的方式重新设计环境中的电磁波，将不可控的传播环境变为一个确定性的空间。调控RIS的电磁单元的反射相移，使得通过RIS的反射信号与通过其他路径传播的信号在接收端同相叠加，显著增强接收信号质量。

【三种工作模式】

静态/半静态模式：反射波束固定不变，适用于覆盖较小或完全遮挡区域，控制简单、部署迅速

信道透明的动态模式：使用多个已知波束方向（码本）进行调整，无需小尺度信道信息，是目前研究重点

信道非透明的智能模式：基站配置反射面相位并进行信道估计，可获得最优性能，但系统开销较大

【现网验证成果】

2021年7月，中国移动携手东南大学在5G现网完成智能超表面技术实验：塔下阴影覆盖场景用户平均RSRP提升约4 dB，吞吐量提升约19%；室外覆盖室内场景RSRP和SINR显著改善；结果证明RIS可根据用户分布灵活调整信号波束，显著改善弱覆盖区域。

【四大应用领域】

1.天线领域：降低互耦提升隔离度、多频段天线集成、天线增益提升

2.智能反射表面：减小覆盖空洞、增强室内覆盖、高精度定位、车联网通信

3.波束赋形超表面基站：低成本、低功耗的基站解决方案

4.信息直接调制超表面基站：直接在物理空间调制信息，开创全新通信范式

【应用前景】

RIS具有准无源、低功耗、易部署等优点，为6G通信网络提供全新的设计理念：传统通信领域可减小覆盖空洞、增强边缘覆盖、提升边缘速率、抑制干扰；垂直行业可应用于高精度感知定位、车联网通信、无人机通信、安全通信、数能同传。

白皮书来源：中国移动通信有限公司研究院、东南大学电磁空间科学与技术研究院《6G信息超材料技术白皮书》（2022）