智能超表面RIS：面向低成本可持续的5G-A网络演进

        随着5G商用部署的快速推进，对于5G-Advanced和6G通信系统的探索也在加速。在这一演进过程中，行业面临着多种挑战。

        首先，由于无线网络环境不可控，例如信号衰减限制了网络连接，多径传播导致信号衰落现象，物体对信号不可控的折射和反射干扰等，使得传统网络部署难以实现无缝覆盖。此外，网络建设成本和能耗持续升高。

        其次，5G和未来通信系统的崛起意味着新一轮更为复杂和高要求的服务和应用的涌现。包括高速率、大带宽和低延迟的应用，如混合现实（XR）、全息渲染、感知、定位和无线医疗服务等。这些应用巨大的容量需求与频谱资源的有限性之间有明显的矛盾。

        尽管5G仍然是热门话题，但面对上述挑战，电信行业已经开始将目光投向5G以后的技术进步。可重构智能超表面技术（reconfigurable intelligent surface，RIS）崭露头角，成为推动5G-Advanced和6G移动网络演进的有力技术，得到了来自全球学术界和行业相关者的广泛关注。这项技术为网络覆盖、干扰以及未来应用需求不断增长所带来的复杂性提供了富有前景的解决方案。

RIS：面向下一代网络的新型天线形态

        作为一项前景广阔的全新技术，RIS有望在5G-Advanced和6G领域取得商业成功。由于RIS可显著提升网络性能，同时降低网络建设成本和能耗，提升网络部署便利性，它将在促进低成本和可持续5G-A和未来网络演进中扮演重要的角色。

        RIS的基本原理在于通过数字编程操控超材料的电磁特性，从而创造一个智能自适应的无线环境。与遵循斯涅尔定律（反射和入射信号的角度保持相等且不可改变）的传统材料相比，RIS 利用电磁超材料，能够精确控制电磁波的方向、宽度和数量，实现信号的精准反射和透射。

        这种创新的方法使RIS能够超越传统无线系统的局限性，使得移动通信技术从被动适应无线信道转变为自适应重构无线信道。该功能代表了一项重大突破，克服了传统无线系统固有的瓶颈，为更加动态和高效的无线通信铺平了道路。

中兴通讯率先将RIS应用于5G网络，推动RIS生态系统发展

        中兴通讯长期致力于RIS领域的研发和商用试点，是行业内首个进行RIS原型验证的设备商。凭借多样化的产品系列、先进的软件算法、广泛的合作伙伴关系以及在标准化推进方面的领导地位，中兴通讯不断推进RIS生态系统的发展。

基站RIS动态协同助力RIS提前应用

        在研究初期，RIS通常被设计为静态。静态RIS的波束方向固定，且在产品加工完成之后无法再进行修改。由于波束方向无法根据环境的变化和终端的位置实时调整，静态RIS的性能严重受限。为了解决这个问题，中兴通讯研发了动态智能超表面（D-RIS）。D-RIS采用基站RIS动态协同波束赋形算法，实现最大±60°的波束扫描，并且当终端在RIS覆盖范围内移动时，RIS可根据用户所在位置实时调整最优的波束方向，将终端始终连接到最强的可用链路上，从而大大扩展基站的覆盖范围并保持最佳的用户体验。

        为了减少RIS的处理复杂度，从而将成本和功耗保持在极低水平，中兴D-RIS将复杂的处理，例如信号估计放到基站上，由基站指示RIS进行波束扫描来确定用户所在的位置。当用户发起业务时，基站通过带内空口向RIS发送命令，指示RIS采用最佳的波束方向指向用户。此外，我们的实现方法没有修改基站和终端之间的接口协议，使5G商用终端无需任何修改即可通过RIS接入网络，使运营商能够在其5G网络中提前实现RIS的商用部署，而无需等到6G。

率先推出第二代低功耗预商用机型D-RIS 2.0

        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主要用于实现基站信号的按需反射。例如，当基站和用户之间有障碍物（如高楼）阻挡信号时，会导致信号衰落，影响用户体验。此时，可以在基站和用户之间部署反射型RIS，将基站信号绕开障碍物，反射到用户所在位置，从而提升信号强度。反射型RIS可以部署在多种位置，如灯杆、广告位、墙壁等。和小基站相比，RIS部署位置更容易获得，场地租赁成本更低。

        在2023年6月举行的上海世界移动通信大会（MWCS2023）上，中兴通讯发布了第二代动态反射型RIS，D-RIS 2.0（见图1）。和前一代产品相比，由于材料和架构的改进，整机功耗下降80%。此外，D-RIS 2.0支持IP65，满足室外长期部署对防水和防尘的要求。

        透射型RIS主要用于增强信号以提升其穿透能力，主要贴敷在玻璃表面，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。为避免影响室内采光，透射型RIS通常设计为透明形态，所以也被称为透明RIS。

牵头积极推进RIS标准和生态系统发展

        当前，企业、科研机构、高等院校等组织积极开展RIS相关技术的研究、标准化和产业化，共同构建RIS生态系统，推动RIS产业发展。中兴通讯是RIS标准的积极贡献者和行业推动者，在CCSA WG6、IMT-2030、ETSI RIS ISG、3GPP等领域牵头启动RIS项目。此外，中兴通讯还是2022年4月成立的RIS TECH联盟（RISTA）的创始成员。

验证和试点

        中兴通讯领导的多项商业部署和试点表明，D-RIS可以满足运营商不断增长的覆盖范围和性能需求，同时降低其资本支出和运营支出。

        2023年9月，第19届亚运会在中国杭州举行。 此次亚运会不仅是一场盛大的体育赛事，更是一个展示高科技的舞台。中国电信和中兴通讯合作打造了杭州亚运会的多个智能项目，展示了5G-A领域的最新技术。其中，D-RIS作为一项关键技术脱颖而出，以其高性价比、低功耗的特点，为奥运会场馆和亚运村无处不在的5G覆盖做出了重要贡献。

        - 智慧亚运村

        杭州亚运会场馆附近矗立着众多高楼大厦，由于非视距情况的存在，商业和办公楼室内的5G信号强度低，进一步导致数据速率缓慢和用户体验不佳。即使是附近部署的室外基站也无法满足低楼层的商铺和地下停车场等区域的5G覆盖。

        为了解决这些挑战，中国电信采用中兴通讯可快速部署的RIS技术来扩大生活区、商店和停车场等区域的基站覆盖范围。这种方法以最低的成本和最低的碳排放提供了全面的室内覆盖，确保用户在室内也能够持续享受5G的高数据速率。

        - 智慧体育场馆

        随着高清8K体育转播的出现，体育场馆对网络容量的需求达到了新的高度。为实现亚运赛事高清直播，中国电信采用5G-A技术在体育场内外提供连续、高速的网络服务，支持多设备、多角度的高清转播，以及虚拟现实观看、互动体验等功能。 然而，高频段虽然带来了充足的带宽，但也带来了覆盖挑战。通过AAU与RIS的结合，杭州亚运会实现了比赛场馆内的全覆盖，同时大幅降低了网络部署成本，加快了网络部署进程。

        2023年8月，中兴通讯成功与泰国AIS合作，在曼谷“5G A-Z联合创新中心”完成东南亚首个基于毫米波网络的动态RIS验证。本次验证中，中兴通讯在AIS带宽400MHz的毫米波网络中部署了动态RIS，这使得毫米波信号覆盖范围得到显著提升，使得用户在400m2的办公房间内移动时，始终能够保持超过1.6Gbps的下行峰值速率和超过260Mbps的上行峰值速率。上述速率是无RIS情况下的3倍以上。

        我们有充分的理由相信，每个通信服务提供商都应该采用RIS，以便在尽可能多的室外和室内场所维持高容量性能。想象一下用户通过毫米波室外基站的1Gbps管道观看高清视频，移动到室内而没有任何体验变化，这就是RIS的威力。