RISTA智能超表面技术白皮书

  ，涉及超材料、电磁信息、界面电磁、电磁计算、控制论、无线通信等多学科内容。近年来，大量的理论创新和原型测试工作论证了智能超表面技术在低成本、低功耗和易部署等方面具有优势，并在 5G 和未来 6G 网络中都具有众多潜在机会和广阔的应用前景。本白皮书基于移动通信网络的发展的新趋势与挑战，探讨了智能超表面发展的机遇及其在 5G/6G阶段的潜在应用;全面梳理了智能超表面的技术体系，包括基础理论、硬件结构与调控、系统建模与关键技术等多个角度: 并对反射透射一体式智能超表面、有源智能超表面、基于 RIS 的新型大规模天线、基于 RIS 的收发机、基于 RIS 的空中计算等新型智能超表明上进行了专门介绍:并对智能超表面项目研发、测试验证、标准生态的发展现在的状况进行深度剖析。最后，从演进发展、标准产业和生态构建三个角度，探讨智能超表面技术的演进趋势。

  智能超表面技术具有低成本、低能耗、可编程，易部署等特点，通过构建智能可控无线环境，有机会突破传统无线通信的约束，给未来移动通信网络带来一种全新的范式，具有广围的技术与产业前景，在当前和未来的落地应用中，需要厚清智能超表面技术在理论模型应用技术、工程化研究和标准化推进等方面的面临诸多问题与挑战，需要包括智能超表面技术联盟 (RISTA)IMT-2030 (6G) 推进组在内的产业组织联合“产学研用”全产业链共同推进智能超表面的技术探讨研究、标准化及产业落地。

  5G 商用化进程启动已满三年，在“十四五”规划纲要的指导下，5G 网络的发展速度远超同期的 3G 网络和 4G 网络。截至 2022 年6 月，全球已有 86 个国家和地区部署 220 多张5G 商用网络，为5 亿用户更好的提供 5G 网络服务: 截至2022 年 11 月，中国已累计开通5G基站超 228.7 万个1，所有地级市城区、县城城区和 96%的乡镇镇区实现 5G 网络覆盖。5G 网络作为“高速泛在、云网融合、智能敏捷、安全可控”的智能化综合性数字信息基础设施，建设运营服务每年直接带动经济总产出超 1 万亿元，间接带动经济总产出超 3 万亿元，是经济社会发展畅通信息大动脉和数字新底座。在标准演进方面,3GPP 第 2 版 5G 国际标准(3GPPRel-16) 以及第3 版 5G 国际标准 (3GPP Rel-17) 已陆续于 2020 年6 月和 2022 年6 月冻结,聚焦基础功能的逐渐增强、新特性引入、垂直行业扩展等主要方向。

  随着 5G 网络建设的逐步加速，其对社会和生产所带来的改变将逐步明朗，但用户的需求不断演进，更优质的业务体验，更多垂直行业业务的拓展，都将驱动移动通信网络不断向前发展。未来，数字李生、全息交互、感知互联等新型业务需求对移动网络覆盖深度、泛在接入能力、空口传输速率、端到端时延、设备连接数以及内生智能等级等方面提出了更加高的要求。与此同时，在国家绿色转型和新发展格局下，“碳达峰、碳中和”等人与自然和谐发展也慢慢的变成了移动通信网络发展的新目标。因此，工作频段更高、天线规模更大、设备能耗更低、智能水平更强是下一代未来移动通信网络发展的重要趋势。与此同时，移动通信网络发展也面临诸多挑战。

  (1) 高频信道环境恶劣:相较于频率低的信号，高频信号的传播与穿透损耗较大，受障碍物遮挡影响也更大，网络覆盖区域有可能会出现盲区或弱覆盖区域，不利于实现无线网络的泛在接入和深度覆盖。

  (2) 天线规模发展受限:伴随天线规模的增加，天线制造工艺与成本、信道测量与建模难度、信号处理运算量、参考信号开销等方面都会明显地增加，对天线系统的一体化和集成度提出了更高的要求。因此，超大规模天线技术走向实用化的前提是低成本、低功耗、高可靠和易部署[11.

  (3)能耗负担日益加剧:目前 5G 基站能耗是 4G 基站能耗的数倍。未来，全社会数字化转型的加速将进一步加大对移动通信网络的算力需求,如何大大降低设备能耗是影响下一代无线网络技术选型的重要的条件之一o

  (4)被动适应无线环境:移动通信系统自诞生以来，对无线信道环境中的路径损耗、多径衰落等现象只能采取被动适应的手段，空口常常成为限制网络性能的关键。内生智能、动态重构等网络需求也逐渐从核心网侧下沉到无线接入侧。按需智能动态重构无线信道环境将是构建下一代移动通信网络新范式的核心问题。