IEEE Trans. Commun.日前刊發了清華大學電子工程系微波與天線研究所、通信研究所相關專家的“Transmissive RIS for B5G Communications: Design, Prototyping, and Experimental Demonstrations,”《面向B5G通信的透射式RIS：設計、原型和實驗演示》。

智能超表面技術（RIS）因其具有調控無線信道的能力，為通信系統的設計提供了一種新的范式，成為公認的6G潛在關鍵技術之一。

當前針對RIS的研究研究主要集中于反射式RIS，即利用反射式波束賦形建立基站與用戶之間的額外通信鏈路，從而提升系統性能。然而，反射式RIS要求基站與用戶位于RIS的同側，該拓撲約束限制了RIS的應用范圍，比如裝載在玻璃窗上的反射式RIS難以用于室外基站對于室內用戶的覆蓋增強。

透射式RIS能較好地解決上述問題，因而近期得到了業界的廣泛關注。如圖1所示，透射式RIS允許信號穿透RIS表面，并能夠在無線信號穿透RIS時調控其相位或幅度，實現透射式波束賦形，從而填補反射式RIS的覆蓋盲區，對未來6G實現無縫覆蓋具有重要價值。

圖1 （a）反射式RIS，（b）透射式RIS

論文首先研制了2-bit相位調控的256單元毫米波透射式RIS。每個透射式RIS單元由三部分組成：接收偶極子、90°數字移相器、發射偶極子。發射偶極子上加載兩個PIN二極管用于控制電流方向，采用電流反轉的方法，得到工作頻帶內穩定的180°相位差，實現1-bit相位控制。另外，90°數字移相器上加載兩個PIN二極管實現0°/90°相位選擇。最終，單元可以實現0°/90°/180°/270°四個相位狀態選擇，即2-bit相位控制。

圖2? 16×16 毫米波透射式RIS

在此基礎上，搭建了透射式RIS輔助的毫米波通信系統。如圖3所示，系統由發射端上位機、發端喇叭天線、遮擋物、透射式RIS、收端喇叭天線、接收端上位機組成。發射端使用喇叭天線對準透射式RIS， RIS對接收到的信號做基于2-bit移相的波束賦形，將穿透過RIS的信號輻射給接收端喇叭天線。在測試系統中，RIS和發端之間放置了一塊大理石板，用于測試驗證投射式RIS的抗遮擋能力。系統的工作頻點為28 GHz，工作帶寬為800 MHz，使用CP-OFDM調制，16-QAM星座圖映射。

圖3? 透射式RIS輔助的毫米波通信系統

實測結果

首先，在發射端天線前面不放置大理石，根據是否部署透射式RIS進行實驗，測量透射式RIS的波束賦形增益，結果如表1所示。在沒有部署RIS的情況下，發射功率需要達到13.6 dBm才可實現1024 Mbps的傳輸速率，而在部署RIS的情況下，僅需5.4 dBm的發射功率即可實現1121 Mbps的傳輸速率。因此可以得到結論，在保證傳輸速率盡可能相同的情況下，透射式RIS可提供8.2 dB的透射波束賦形增益。

表1? 陣列增益性能

其次，根據在發射端天線前面是否放置大理石作為遮擋物，以及是否部署透射式RIS，測量透射式RIS的抗遮擋能力，實測結果如表2所示。當無遮擋、無RIS時，傳輸速率約為1024 Mbps。當有遮擋物、無RIS時，傳輸速率為0 Mbps，通信鏈路被完全遮擋。當有遮擋物、有RIS時，傳輸速率為1683 Mbps，通信鏈路被恢復?？梢姡干涫絉IS提供的波束賦形增益要高于遮擋物對信號的衰減，因而可有效地克服遮擋，改善通信環境，提升信號覆蓋質量。

表2? 克服遮擋能力

總結

該工作研制了2-bit相位調控的256單元毫米波透射式RIS，基于此搭建了透射式RIS輔助的毫米波通信原型機，實際測試驗證了透射式RIS可顯著提高無線通信系統的抗遮擋能力，提升無線信號的覆蓋效果，說明了透射式RIS在未來6G無線通信中具有一定的應用前景。該工作由清華大學電子工程系微波與天線研究所的博士生唐雋文、許慎恒副研究員、楊帆教授、李懋坤副教授與通信研究所碩士生崔銘堯、戴凌龍教授合作完成。

審核編輯：黃飛

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