在6G通信技術(shù)向全域覆蓋、超高速率、超低時(shí)延演進(jìn)的過(guò)程中，智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surface, RIS）技術(shù)憑借其主動(dòng)調(diào)控?zé)o線信道的能力，成為突破傳統(tǒng)通信瓶頸的核心突破口。該技術(shù)通過(guò)動(dòng)態(tài)重構(gòu)電磁波傳播環(huán)境，為6G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了“智能可控?zé)o線環(huán)境”的新范式，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)需攻克信道建模、硬件架構(gòu)、算法優(yōu)化三大技術(shù)維度。

一、三維信道建模：從理論假設(shè)到實(shí)測(cè)驗(yàn)證

傳統(tǒng)通信系統(tǒng)依賴(lài)3GPP信道模型，但RIS引入后需重構(gòu)信道特性。北京郵電大學(xué)張建華團(tuán)隊(duì)通過(guò)毫米波頻段實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，超大規(guī)模RIS陣列存在空間非平穩(wěn)現(xiàn)象：陣面不同區(qū)域因散射環(huán)境差異導(dǎo)致信道響應(yīng)不一致，傳統(tǒng)全陣面統(tǒng)一調(diào)控方式無(wú)法精確估計(jì)信道狀態(tài)。為此，東南大學(xué)崔鐵軍院士團(tuán)隊(duì)提出分區(qū)域建模方法，將陣面劃分為多個(gè)子陣，通過(guò)空時(shí)編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)隙下子陣獨(dú)立調(diào)控。例如，在16×16單元RIS系統(tǒng)中，采用Alamouti編碼的空時(shí)譯碼算法，可使信道估計(jì)誤差率降低至3%以下，較傳統(tǒng)方法提升40%。

近場(chǎng)傳播特性是另一關(guān)鍵挑戰(zhàn)。清華大學(xué)楊帆教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的2-bit相位調(diào)制透射式RIS，在毫米波頻段實(shí)現(xiàn)8dB信號(hào)增益，其核心突破在于構(gòu)建分層近場(chǎng)碼本：通過(guò)逐層縮小角度和距離采樣范圍，將波束訓(xùn)練開(kāi)銷(xiāo)降低75%。該方案在6GHz頻段實(shí)測(cè)中，使256單元RIS的波束對(duì)準(zhǔn)時(shí)間從傳統(tǒng)方法的2.3秒縮短至0.5秒。

二、硬件架構(gòu)創(chuàng)新：從無(wú)源反射到有源增益

傳統(tǒng)無(wú)源RIS受限于乘性衰落效應(yīng)，在直射鏈路較強(qiáng)場(chǎng)景下性能受限。華為6G研究團(tuán)隊(duì)提出的64單元有源RIS原型系統(tǒng)，通過(guò)在每個(gè)單元集成反射型放大器，使接收信號(hào)功率提升10dB。該系統(tǒng)采用電流反向轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)低功耗放大，單單元功耗僅0.1mW，較傳統(tǒng)有源放大方案降低60%。在杭州亞運(yùn)會(huì)場(chǎng)館測(cè)試中，單塊有源RIS設(shè)備覆蓋1萬(wàn)平方米扇區(qū)，使信號(hào)盲區(qū)強(qiáng)度提升10倍，驗(yàn)證了其在密集場(chǎng)景下的實(shí)用性。

感知RIS架構(gòu)則突破基站控制依賴(lài)。東南大學(xué)與華為聯(lián)合研發(fā)的16×16感知RIS硬件平臺(tái)，通過(guò)楊氏雙縫干涉原理，將信道相位信息轉(zhuǎn)化為電磁場(chǎng)功率信息。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)可在無(wú)基站控制情況下，通過(guò)功率檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)用戶(hù)方位估計(jì)，誤差角小于1.5度，為RIS大規(guī)模獨(dú)立部署提供了技術(shù)路徑。

三、算法協(xié)同優(yōu)化：從單點(diǎn)突破到系統(tǒng)融合

中信科移動(dòng)在毫米波基站與RIS聯(lián)合部署測(cè)試中，采用流形優(yōu)化懲罰算法，使基站發(fā)射功率降低40%。該算法通過(guò)引入輔助變量和懲罰因子，將多變量?jī)?yōu)化問(wèn)題解耦為子問(wèn)題，在部分連接混合波束賦形結(jié)構(gòu)下，實(shí)現(xiàn)基站-RIS聯(lián)合波束設(shè)計(jì)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在200MHz帶寬下，系統(tǒng)頻譜效率達(dá)8.4bps/Hz，較傳統(tǒng)方案提升35%。

上海交通大學(xué)陶梅霞教授團(tuán)隊(duì)提出的通感一體化協(xié)議，通過(guò)兩階段波束設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)通信感知融合：第一階段利用全空間波束掃描同時(shí)獲取通信用戶(hù)最佳波束和目標(biāo)角度初估值；第二階段通過(guò)波束分裂形成服務(wù)通信和感知的雙波束。在6GHz頻段測(cè)試中，該方案使通信速率保持1.2Gbps的同時(shí)，將目標(biāo)角度估計(jì)誤差控制在0.3度以?xún)?nèi)。

四、技術(shù)演進(jìn)方向

當(dāng)前RIS研究正向三大方向深化：一是高精度3D信道建模，華為已開(kāi)展太赫茲頻段信道容量理論極限研究；二是寬帶RIS設(shè)計(jì)，需解決大帶寬下的波束分離問(wèn)題；三是無(wú)蜂窩網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，通過(guò)RIS低功耗特性降低用戶(hù)間干擾。隨著材料工藝進(jìn)步，基于液晶、石墨烯的新型RIS單元將進(jìn)一步提升調(diào)控精度，為6G全域智能覆蓋奠定基礎(chǔ)。

智能超表面技術(shù)通過(guò)重構(gòu)無(wú)線傳播環(huán)境，正在重塑6G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)范式。從信道建模的實(shí)測(cè)突破到硬件架構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，再到算法協(xié)同的系統(tǒng)融合，這一技術(shù)體系正推動(dòng)通信系統(tǒng)從“適應(yīng)環(huán)境”向“改變環(huán)境”跨越，為6G實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)物智聯(lián)”愿景提供關(guān)鍵支撐。