الأسطح الذكية القابلة لإعادة التكوين (RIS): الجدران الذكية لشبكات الجيل السادس

الشبكات اللاسلكية تكيفت دائماً مع بيئتها بشكل تفاعلي — مصممة حول العوائق، مُعوضة للانعكاسات، مُحاربة للتداخل. الأسطح الذكية القابلة لإعادة التشكيل (RIS) تعكس هذه العلاقة. بدلاً من تكييف الإشارة مع البيئة، تُكيف الأسطح الذكية القابلة لإعادة التشكيل البيئة مع الإشارة. أُعِدَّ هذا المقال من قبل فريق تحرير 7G Network الذي يتابع التقنيات اللاسلكية الناشئة بما في ذلك اتصالات التيراهرتز وبنيات الشبكات من الجيل القادم.

الفكرة بسيطة بشكل خادع: تغطية الأسطح — الجدران، الأسقف، النوافذ، واجهات المباني — بألواح فوق سطحية يتم التحكم بها إلكترونياً يمكنها عكس أو كسر أو تركيز موجات الراديو عند الطلب. النتيجة هي بيئة لاسلكية قابلة للبرمجة حيث تختفي ثغرات التغطية، ويتم توجيه التداخل بعيداً، وتتحسن جودة الإشارة دون إضافة المزيد من المحطات الأساسية أو قوة الإرسال.

كيف تعمل الأسطح الذكية القابلة لإعادة التشكيل

يتكون السطح الذكي القابل لإعادة التكوين من مئات إلى آلاف العناصر دون الطول الموجي، يحتوي كل منها على مكون قابل للضبط مثل ثنائي PIN أو فاراكتور، والتي توجِّه بشكل جماعي موجات الراديو من خلال إزاحة طور منسقة — تعمل كتشكيل حزم سلبي بدون سلاسل RF أو مكبرات قدرة.

السطح الذكي القابل لإعادة التشكيل هو لوحة رقيقة تتكون من مئات إلى آلاف العناصر دون الطول الموجي — كل عنصر أصغر من الموجات الراديوية التي يتلاعب بها. كل عنصر يحتوي على مكون قابل للضبط (عادة ثنائي PIN أو فاراكتور) يمكنه تغيير طور الإشارة الواردة بمقدار محكوم.

من خلال تنسيق تحولات الطور عبر جميع العناصر، يخلق السطح تداخلاً بناءً في الاتجاهات المرغوبة وتداخلاً هداماً في أماكن أخرى. التأثير مماثل لتشكيل الحزم في هوائي MIMO ضخم، لكن مع اختلافين حاسمين:

• التشغيل السلبي: نظام RIS الأساسي لا يولد إشارات راديوية — بل يعكس ويعيد توجيه الإشارات الموجودة فقط. هذا يعني عدم وجود مكبرات قدرة، ولا سلاسل RF، واستهلاك طاقة أقل بمراتب من المحطة القاعدة. لوحة RIS النموذجية تستهلك واطات، وليس كيلوواط.
• لا حاجة للربط الخلفي: لأنه لا يولد حركة مرور، لوحة RIS لا تحتاج إلى اتصال ألياف بصرية بالشبكة الأساسية. تحتاج فقط إلى رابط تحكم منخفض النطاق الترددي (غالباً لاسلكي) لتلقي تعليمات تشكيل الحزم من المحطة القاعدة.

التحكم يتم في الوقت الفعلي: عندما يتحرك المستخدمون، تعيد المحطة القاعدة حساب التكوينات المثلى للطور وتحدث لوحة RIS في غضون أجزاء من الثانية. السطح يتكيف باستمرار لخدمة أنماط المرور الحالية. هذه القدرة على التكيف في الوقت الفعلي هي عنصر محوري في كيفية إدارة بنيات RAN الأصيلة بالذكاء الاصطناعي لشبكات 6G.

لماذا تحتاج شبكة 6G إلى RIS

تواجه شبكات 6G التي تعمل فوق 100 جيجاهرتز تحديات انتشار حادة — الإشارات لا تستطيع اختراق الجدران، وتُحجب بواسطة أجسام البشر، وتُمتص بواسطة الرطوبة. تعالج RIS هذه المشكلة عبر إعادة توجيه الإشارات الموجودة حول العوائق دون طاقة إرسال أو طيف إضافي.

فيزياء شبكة 6G تخلق مشكلة في التغطية، وRIS مناسبة بشكل فريد لحل هذه المشكلة.

ستستخدم شبكة 6G ترددات أعلى من 100 جيجاهرتز — طيف تحت التيراهرتز الذي يوفر عرض نطاق ترددي هائل ولكنه يعاني من تحديات انتشار شديدة. في هذه الترددات، لا يمكن للإشارات اختراق الجدران. يتم حجبها بواسطة أجسام البشر. يتم امتصاصها بواسطة المطر والرطوبة. كل عائق يخلق ظلاً قاسياً. وفقاً لـ Samsung Research (2023)، فإن فقدان المسار في نطاق sub-THz أعلى بـ 20-30 dB من mmWave عند مسافات متكافئة.

الحلول التقليدية — المزيد من المحطات القاعدة، قوة إرسال أعلى، المزيد من الهوائيات — باهظة الثمن، وتستهلك طاقة عالية، وتواجه عوائد متناقصة في البيئات الكثيفة. RIS تقدم بديلاً: بدلاً من بث المزيد من الإشارات، إعادة توجيه الإشارة الموجودة بالفعل حول العوائق.

تأمل هذا السيناريو: محطة قاعدة تحت التيراهرتز تخدم مكتباً مفتوح التخطيط. يمشي مستخدم خلف عمود ويفقد خط البصر. بدون RIS، ينقطع الاتصال أو يتدهور بشدة. مع ألواح RIS على السقف، تنعكس الإشارة حول العمود للحفاظ على التغطية — باستخدام صفر طاقة إرسال إضافية ودون الحاجة إلى طيف إضافي.

هندسات RIS: السلبية والنشطة وما بعدها

تطورت تقنية RIS إلى ما هو أبعد من الانعكاس السلبي البسيط لتشمل بنيات متعددة: RIS نشط مع مكبرات مدمجة، وSTAR-RIS الذي يتيح الإرسال والانعكاس المتزامن لتغطية 360 درجة، وRIS ما بعد القطري مع اقتران بين العناصر للتحكم المتقدم في الجبهة الموجية.

نظام RIS الأساسي الموصوف أعلاه هو سلبي — فهو يعكس فقط. لكن البحث توسع بسرعة إلى متغيرات أكثر قدرة:

RIS النشط: كل عنصر يتضمن مكبر صوت منخفض الضوضاء يعزز الإشارة المنعكسة. هذا يتغلب على مشكلة "فقدان المسار المزدوج" في RIS السلبي (يجب أن تنتقل الإشارة من المحطة الأساسية إلى السطح، ثم من السطح إلى المستخدم، فتفقد الطاقة مرتين). RIS النشط يستهلك طاقة أكثر لكن يمكنه توسيع التغطية لمسافة أبعد بكثير. وفقاً لـ IEEE Communications Surveys & Tutorials (2024)، يمكن لـ RIS النشط تحقيق مكسب 10-15 dB مقارنة بالنظائر السلبية.

STAR-RIS (الإرسال والانعكاس المتزامن): هذه الأسطح يمكنها أن تعكس الإشارات على جانب واحد وترسلها عبر الجانب الآخر في الوقت نفسه — مما يوفر تغطية كاملة المساحة بزاوية 360 درجة. يمكن لـ STAR-RIS المثبت على نافذة أن يخدم المستخدمين داخل وخارج المبنى من لوحة واحدة.

RIS ما بعد القطري: RIS التقليدي يستخدم مصفوفات إزاحة طور قطرية — كل عنصر يعمل بشكل مستقل. RIS ما بعد القطري يقدم اقتران بين العناصر، مما يمكن من تحكم أكثر تطوراً في الجبهة الموجية بتكلفة زيادة تعقيد الأجهزة.

RIS المتحول: أسطح يمكنها تغيير شكلها الفيزيائي — الانحناء أو الميل أو الطي — لتحسين هندستها للظروف الحالية. هذا مفهوم بحثي في المقام الأول، لكن النماذج الأولية موجودة.

النماذج الأولية الحالية والتجارب الميدانية

نقلت عدة منظمات تقنية RIS من المحاكاة إلى الأجهزة الفعلية: أثبتت Rohde & Schwarz وGreenerwave تحسينات RIS في نطاق mmWave في ظروف واقعية، بينما أنتج مشروع الاتحاد الأوروبي RISE-6G (2021-2023) نماذج أولية تغذي الآن عملية توحيد معايير ETSI.

لقد تجاوزت تقنية RIS مرحلة المحاكاة إلى الأجهزة الفعلية:

شركة Rohde & Schwarz وGreenerwave أكملتا حملة قياس رائدة باستخدام وحدة RIS مبتكرة لنطاق FR2 (الموجات المليمترية)، مما أكد التحسينات في التغطية وكفاءة الطاقة في ظروف العالم الحقيقي. كانت هذه واحدة من أولى العروض التوضيحية الصارمة عبر الهواء التي أكدت توقعات المحاكاة.

مشروع RISE-6G التابع للاتحاد الأوروبي (2021-2023) أنتج نماذج أولية متعددة لـ RIS ووضع منهجيات قياس تغذي الآن مناقشات التوحيد القياسي في ETSI. أظهر المشروع تحديد الموقع بمساعدة RIS وتوسيع التغطية وإدارة التداخل في البيئات الداخلية.

6G-LICRIS (البلورات السائلة RIS): اتحاد يضم Rohde & Schwarz يطور ألواح RIS باستخدام تقنية البلورات السائلة — نفس التقنية المستخدمة في شاشات LCD. تقدم البلورات السائلة انتقالات طور قابلة للضبط بشكل مستمر (وليس مجرد خطوات منفصلة)، مما قد يمكن من تحكم أدق في الشعاع.

IEEE ICC 2026 (مايو 2026) ستعرض أسرّة اختبار مباشرة عبر الهواء تجمع بين الروابط بمساعدة RIS مع MIMO قابل للتوسع والاتصال عبر الأقمار الصناعية، مما يوفر عرضاً توضيحياً شاملاً لتقنيات شبكة 6G.

نظرة عامة على السوق

وفقاً لـ Zhar Research (2026)، قد تصبح RIS لاتصالات 6G أكبر سوق للأسطح الفائقة، مع إمكانية إنشاء أعمال بمليارات الدولارات خلال الفترة 2026-2046، تشمل قطاعات RIS الشفاف للنوافذ، وRIS الفضائي، وRIS النشط للأماكن المغلقة.

وفقاً لتقرير من شركة Zhar Research يغطي الفترة 2026-2046، قد تصبح الأسطح الذكية القابلة لإعادة التشكيل (RIS) لاتصالات الجيل السادس أكبر سوق للأسطح الفائقة، مع إمكانية إنشاء أعمال بمليارات الدولارات. الأولوية الحالية هي الأسطح الذكية القابلة لإعادة التشكيل التي تعمل على ترددات الجيل الخامس أو بالقرب منها (أقل من 6 جيجاهرتز والموجات المليمترية)، مع أسطح تحت التيراهرتز التي ستتبع مع نضج الجيل السادس.

السوق مقسم إلى عدة قطاعات ناشئة: الأسطح الذكية الشفافة للنوافذ وواجهات الزجاج، والأسطح الذكية للطيران لروابط الأقمار الصناعية-الأرضية، والأسطح الذكية واسعة المساحة لتوسيع التغطية الخارجية، والأسطح الذكية النشطة لتعزيز السعة الداخلية.

حالة التوحيد المعياري

تعمل مجموعة المواصفات الصناعية في ETSI حول RIS (ISG RIS) على تطوير حالات الاستخدام والهندسة المعمارية، بينما يتضمن 3GPP Release 20 تقنية RIS كبند دراسة لـ 6G. المواصفات المعيارية متوقعة في Release 21، بهدف تقريبي عام 2028.

لم يتم توحيد معايير RIS رسمياً بعد — ولكنها في الطريق إلى ذلك. لدى ETSI مجموعة مواصفات صناعية حول RIS (ISG RIS) تعمل على تطوير حالات الاستخدام والهندسة المعمارية ومنهجيات التقييم. تشمل عناصر الدراسة في الإصدار 20 من 3GPP تقنية RIS كتقنية مرشحة للجيل السادس. لمزيد من السياق حول التوحيد المعياري، راجع الجدول الزمني لتوحيد معايير 6G.

التحدي في التوحيد المعياري هو تعريف كيفية تفاعل لوحة RIS مع المحطة القاعدية. تشمل الأسئلة المفتوحة الرئيسية:

• كيف تحصل المحطة القاعدية على معلومات حالة القناة (CSI) للمسار المنعكس عبر RIS؟ السطح سلبي ولا يمكنه قياس القنوات بنفسه.
• ما هو بروتوكول التحكم الذي يربط المحطة القاعدية بـ RIS؟ كم من عرض النطاق الترددي يحتاج؟ ما هو التأخير المقبول؟
• كيف يتم تنسيق ألواح RIS المتعددة من موردين مختلفين في نفس منطقة التغطية؟

يجب حل هذه الأسئلة في مرحلة دراسة الإصدار 20 (حتى عام 2026) لتظهر RIS في مواصفات الإصدار 21 المعيارية.

RIS مقابل الطرق المنافسة

RIS ليس الحل الوحيد لتحدي التغطية في 6G. منافسوه يشملون:

الخلايا الصغيرة: النشر الكثيف لمحطات قاعدة منخفضة الطاقة. تقنية أكثر إثباتاً، لكن مكلفة في النشر (تتطلب backhaul)، تستهلك طاقة أكثر، وتواجه تحديات في الحصول على مواقع في المناطق الحضرية الكثيفة.

المرحلات: أجهزة نشطة تستقبل وتضخم وتعيد إرسال الإشارات. أكثر قدرة من RIS السلبي لكن تتطلب سلاسل RF كاملة وطاقة وغالباً backhaul.

ترقيات MIMO الضخم: إضافة عناصر هوائي أكثر إلى محطات القاعدة الموجودة. فعال لكن يواجه حدود فيزيائية على حجم المصفوفة وعوائد متناقصة عند عدد عناصر أعلى.

RIS يكمل بدلاً من أن يحل محل هذه الطرق. معمارية 6G المرجحة تستخدم محطات قاعدة كبيرة مع MIMO ضخم للتغطية واسعة المنطقة، خلايا صغيرة لنقاط السعة الساخنة، ولوحات RIS لملء فجوات التغطية وإدارة التداخل — كل طبقة تقوم بما تفعله بأكثر كفاءة.

الرؤية: البيئات الذكية ذاتية التكيف

الرؤية طويلة المدى لـ RIS تمتد إلى ما هو أبعد من مجرد انعكاس الإشارات البسيط. يتصور الباحثون أسطحاً تكون ذاتية الطاقة (تحصد الطاقة من الإشارات التي تعكسها)، وذاتية التعلم (تستخدم الذكاء الاصطناعي المدمج لتحسين أنماط الشعاع دون تحكم مركزي)، وذاتية الإصلاح (تعوض تلقائياً عندما تفشل العناصر الفردية).

في هذه الرؤية، تصبح البيئة اللاسلكية نفسها ذكية. المباني والمركبات والبنية التحتية تحسن انتشار الراديو بشكل مستمر كوظيفة خلفية — غير مرئية للمستخدمين، ولا تتطلب تكويناً يدوياً، وتتكيف في الوقت الفعلي مع الظروف المتغيرة.

هذا ليس خيالاً علمياً، لكنه ليس عام 2030 أيضاً. الجيل الأول من RIS في شبكات 6G سيكون عبارة عن ألواح عاكسة بسيطة نسبياً تتحكم بها المحطات الأساسية. رؤية التكيف الذاتي هي هدف لعصر 7G، يبنى على عقد من الخبرة التشغيلية لـ 6G.

المصادر

1. Zhar Research، «Reconfigurable Intelligent Surfaces 2026-2046: Technology, Markets, Forecasts»، 2026 — zharresearch.com
2. ETSI ISG RIS، «Reconfigurable Intelligent Surfaces: Use Cases, Deployment Scenarios, and Requirements»، 2025 — etsi.org/committee/ris
3. 3GPP، «Release 20 Study on Reconfigurable Intelligent Surfaces»، TR 38.XXX، 2025 — 3gpp.org
4. EU RISE-6G Project، «Final Report: RIS Prototypes and Measurement Methodologies»، 2023 — rise-6g.eu
5. Rohde & Schwarz وGreenerwave، «Over-the-Air RIS Measurement Campaign at FR2»، 2025 — rohde-schwarz.com
6. IEEE Communications Surveys & Tutorials، «Active vs. Passive RIS: Performance Comparison»، Vol. 26، 2024 — ieeexplore.ieee.org
7. Samsung Research، «6G Vision: The Next Hyper-Connected Experience for All»، 2023 — research.samsung.com