पुनर्निर्माण योग्य इंटेलिजेंट सतहें (RIS): 6G की स्मार्ट दीवारें

वायरलेस नेटवर्क हमेशा अपने वातावरण के अनुकूल प्रतिक्रियाशील रूप से अनुकूलित होते रहे हैं — बाधाओं को दरकिनार करते हुए, प्रतिबिंबों की भरपाई करते हुए, हस्तक्षेप से लड़ते हुए। Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS) इस निर्भरता को उलट देते हैं। वातावरण के लिए सिग्नल को अनुकूलित करने के बजाय, RIS वातावरण को सिग्नल के अनुकूल बनाता है। यह सामग्री 7G Network के संपादकीय बोर्ड द्वारा तैयार की गई है, जो नवीनतम वायरलेस तकनीकों पर नज़र रखता है, जिसमें टेराहेर्ट्ज़ संचार और अगली पीढ़ी के नेटवर्क आर्किटेक्चर शामिल हैं।

विचार भ्रामक रूप से सरल है: सतहों — दीवारों, छतों, खिड़कियों, इमारतों के अग्रभागों — को इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित metasurface पैनलों से ढकना, जो मांग पर रेडियो तरंगों को परावर्तित, अपवर्तित या केंद्रित कर सकते हैं। परिणाम एक प्रोग्राम योग्य वायरलेस वातावरण है, जहाँ खराब कवरेज वाले क्षेत्र गायब हो जाते हैं, हस्तक्षेप को एक तरफ धकेल दिया जाता है, और नए बेस स्टेशन जोड़े बिना या ट्रांसमिशन शक्ति बढ़ाए बिना सिग्नल की गुणवत्ता में सुधार होता है।

RIS कैसे काम करता है

एक पुनर्निर्माण योग्य इंटेलिजेंट सतह में सैकड़ों या हजारों उप-तरंगदैर्ध्य तत्व होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में एक ट्यून करने योग्य घटक (PIN-डायोड या वैरेक्टर) होता है, जो समन्वित चरण बदलाव द्वारा रेडियो तरंगों को सामूहिक रूप से नियंत्रित करता है — RF-सर्किट और पावर एम्पलीफायरों के बिना निष्क्रिय beamforming के रूप में काम करता है।

Reconfigurable Intelligent Surface एक पतला पैनल है, जिसमें सैकड़ों या हजारों तरंगदैर्ध्य से छोटे तत्व होते हैं — प्रत्येक उन रेडियो तरंगों से छोटा होता है जिन्हें वे नियंत्रित करते हैं। प्रत्येक तत्व में एक ट्यून करने योग्य घटक (आमतौर पर PIN diode या varactor) होता है, जो आने वाले सिग्नल के चरण को एक नियंत्रित मात्रा में बदल सकता है।

सभी तत्वों में चरण बदलावों का समन्वय करके, सतह वांछित दिशाओं में रचनात्मक हस्तक्षेप और अन्य स्थानों पर विनाशकारी हस्तक्षेप पैदा करती है। प्रभाव Massive MIMO एंटीना में beamforming के समान है, लेकिन दो महत्वपूर्ण अंतरों के साथ:

• निष्क्रिय संचालन: मूल RIS रेडियो सिग्नल उत्पन्न नहीं करता है — यह केवल मौजूदा लोगों को परावर्तित और पुनर्निर्देशित करता है। इसका मतलब है कोई पावर एम्पलीफायर नहीं, कोई RF सर्किट नहीं, और बेस स्टेशन की तुलना में ऊर्जा की खपत बहुत कम होती है। एक विशिष्ट RIS पैनल वाट की खपत करता है, किलोवाट की नहीं।
• backhaul की आवश्यकता नहीं: चूंकि यह ट्रैफ़िक उत्पन्न नहीं करता है, इसलिए RIS पैनल को मुख्य नेटवर्क से fiber कनेक्शन की आवश्यकता नहीं होती है। इसे बेस स्टेशन से beamforming निर्देश प्राप्त करने के लिए केवल एक निम्न-बैंडविड्थ नियंत्रण लिंक (अक्सर वायरलेस) की आवश्यकता होती है।

नियंत्रण वास्तविक समय में होता है: जब उपयोगकर्ता चलते हैं, तो बेस स्टेशन इष्टतम चरण विन्यास की पुनर्गणना करता है और मिलीसेकंड के भीतर RIS पैनल को अपडेट करता है। सतह वर्तमान ट्रैफ़िक पैटर्न की सेवा के लिए लगातार अनुकूलित होती है। वास्तविक समय में अनुकूलन करने की यह क्षमता AI-native RAN आर्किटेक्चर का एक प्रमुख तत्व है, जो 6G नेटवर्क को चलाएगा।

6G को RIS की आवश्यकता क्यों है

100 GHz से ऊपर की आवृत्तियों पर चलने वाले 6G नेटवर्क को गंभीर प्रसार समस्याओं का सामना करना पड़ता है — सिग्नल दीवारों से नहीं गुजरते, मानव शरीर द्वारा अवरुद्ध हो जाते हैं और नमी द्वारा अवशोषित हो जाते हैं। RIS अतिरिक्त ट्रांसमिशन शक्ति या स्पेक्ट्रम के बिना बाधाओं के आसपास मौजूदा संकेतों को पुनर्निर्देशित करके इस समस्या का समाधान करता है।

6G के भौतिक गुण एक कवरेज समस्या पैदा करते हैं जिसे RIS विशिष्ट रूप से हल करने के लिए उपयुक्त है।

6G 100 GHz से ऊपर की आवृत्तियों का उपयोग करेगा — sub-terahertz स्पेक्ट्रम, जो भारी बैंडविड्थ प्रदान करता है, लेकिन गंभीर प्रसार समस्याओं से ग्रस्त है। इन आवृत्तियों पर सिग्नल दीवारों में प्रवेश नहीं कर सकते। वे मानव शरीर द्वारा अवरुद्ध हो जाते हैं। वे बारिश और नमी द्वारा अवशोषित हो जाते हैं। प्रत्येक बाधा एक कठोर छाया बनाती है। Samsung Research (2023) के अनुसार, sub-THz पथ हानि समान दूरी पर mmWave की तुलना में 20-30 dB अधिक होती है।

पारंपरिक समाधान — अधिक बेस स्टेशन, उच्च ट्रांसमिशन शक्ति, अधिक एंटीना — महंगे, ऊर्जा-गहन और घने वातावरण में घटते रिटर्न का सामना करते हैं। RIS एक विकल्प प्रदान करता है: अधिक सिग्नल उत्सर्जित करने के बजाय, मौजूदा सिग्नल को बाधाओं के आसपास पुनर्निर्देशित करें।

एक परिदृश्य पर विचार करें: एक sub-THz बेस स्टेशन एक खुले कार्यालय की सेवा कर रहा है। एक उपयोगकर्ता एक स्तंभ के पीछे चला जाता है और सीधी दृष्टि खो देता है। RIS के बिना, कनेक्शन बाधित हो जाता है या गंभीर रूप से खराब हो जाता है। छत पर RIS पैनलों के साथ, कवरेज बनाए रखने के लिए सिग्नल स्तंभ के चारों ओर परावर्तित होता है — शून्य अतिरिक्त ट्रांसमिशन शक्ति का उपयोग करके और अतिरिक्त स्पेक्ट्रम की आवश्यकता के बिना।

RIS आर्किटेक्चर: निष्क्रिय, सक्रिय और उससे आगे

RIS प्रौद्योगिकी सरल निष्क्रिय प्रतिबिंब से कई आर्किटेक्चर तक विकसित हुई है: अंतर्निहित एम्पलीफायरों के साथ सक्रिय RIS, 360-डिग्री कवरेज के साथ एक साथ संचरण और प्रतिबिंब के लिए STAR-RIS, और उन्नत तरंग-मोर्चा नियंत्रण के लिए अंतर-तत्व युग्मन के साथ ऑफ-डायगोनल RIS।

ऊपर वर्णित मूल RIS निष्क्रिय है — यह केवल परावर्तित करता है। लेकिन अनुसंधान तेजी से अधिक कार्यात्मक वेरिएंट तक विस्तारित हुआ है:

सक्रिय RIS: प्रत्येक तत्व में एक कम-शोर एम्पलीफायर शामिल होता है जो परावर्तित सिग्नल को बढ़ाता है। यह निष्क्रिय RIS की "दोहरी पथ हानि" समस्या (सिग्नल को बेस स्टेशन से सतह तक, फिर सतह से उपयोगकर्ता तक जाना चाहिए, दो बार शक्ति खोना) को दूर करता है। सक्रिय RIS अधिक ऊर्जा की खपत करता है, लेकिन कवरेज को काफी बढ़ा सकता है। IEEE Communications Surveys & Tutorials (2024) के अनुसार, सक्रिय RIS निष्क्रिय समकक्षों की तुलना में 10-15 dB का लाभ प्रदान करता है।

STAR-RIS (एक साथ संचरण और प्रतिबिंब): ये सतहें एक तरफ से संकेतों को एक साथ परावर्तित कर सकती हैं और उन्हें दूसरी तरफ प्रसारित कर सकती हैं — 360 डिग्री पूर्ण-स्थान कवरेज प्रदान करती हैं। एक खिड़की पर स्थापित STAR-RIS एक ही पैनल के साथ इमारत के अंदर और बाहर दोनों उपयोगकर्ताओं की सेवा कर सकता है।

ऑफ-डायगोनल RIS: सामान्य RIS चरण-शिफ्ट की विकर्ण मैट्रिसेस का उपयोग करता है — प्रत्येक तत्व स्वतंत्र रूप से काम करता है। ऑफ-डायगोनल RIS तत्वों के बीच युग्मन का परिचय देता है, जिससे बढ़ी हुई हार्डवेयर जटिलता की कीमत पर अधिक जटिल तरंग-मोर्चा नियंत्रण सक्षम होता है।

मॉर्फिंग RIS: सतहें जो वर्तमान स्थितियों के लिए अपनी ज्यामिति को अनुकूलित करने के लिए शारीरिक रूप से आकार बदल सकती हैं — झुकना, झुकाना या मोड़ना। यह मुख्य रूप से एक शोध अवधारणा है, लेकिन प्रोटोटाइप मौजूद हैं।

वर्तमान प्रोटोटाइप और फील्ड परीक्षण

कई संगठनों ने RIS को सिमुलेशन के क्षेत्र से वास्तविक उपकरण में स्थानांतरित कर दिया है: Rohde & Schwarz और Greenerwave ने वास्तविक परिस्थितियों में mmWave RIS सुधारों का प्रदर्शन किया है, और EU RISE-6G परियोजना (2021-2023) ने प्रोटोटाइप बनाए हैं जो अब ETSI मानकीकरण में योगदान दे रहे हैं।

RIS सिमुलेशन से भौतिक उपकरण में चला गया है:

Rohde & Schwarz और Greenerwave ने एक नए FR2 (mmWave) बैंड RIS मॉड्यूल के साथ एक अभूतपूर्व माप अभियान पूरा किया, वास्तविक परिस्थितियों में कवरेज और ऊर्जा दक्षता में सुधार की पुष्टि की। यह रेडियो चैनल पर पहले कठोर प्रदर्शनों में से एक था जिसने सिमुलेशन की भविष्यवाणियों की पुष्टि की।

EU RISE-6G परियोजना (2021-2023) ने कई RIS प्रोटोटाइप बनाए और माप पद्धतियों की स्थापना की, जिनका उपयोग अब ETSI मानकीकरण चर्चाओं में किया जा रहा है। परियोजना ने RIS-सक्षम स्थानीयकरण, कवरेज विस्तार और इनडोर वातावरण में हस्तक्षेप प्रबंधन का प्रदर्शन किया।

6G-LICRIS (Liquid Crystal RIS): Rohde & Schwarz सहित एक संघ, तरल क्रिस्टल प्रौद्योगिकी का उपयोग करके RIS पैनल विकसित कर रहा है — वही तकनीक जो LCD स्क्रीन में है। तरल क्रिस्टल लगातार ट्यून करने योग्य चरण बदलाव (केवल असतत कदम नहीं) प्रदान करते हैं, संभावित रूप से अधिक सटीक बीम नियंत्रण की अनुमति देते हैं।

IEEE ICC 2026 (मई 2026) में RIS-सक्षम लाइनों को स्केलेबल MIMO और उपग्रह संचार के साथ एकीकृत करने वाले लाइव ओवर-द-एयर टेस्टबेड शामिल होंगे, जो 6G नेटवर्क प्रौद्योगिकियों का एक समग्र प्रदर्शन प्रदान करेंगे।

बाजार पूर्वानुमान

Zhar Research (2026) के अनुसार, 6G-संचार के लिए RIS 2026-2046 की अवधि में कई अरब डॉलर के व्यवसायों के निर्माण की क्षमता के साथ मेटासतहों के लिए सबसे बड़ा बाजार बन सकता है, जिसमें पारदर्शी विंडो RIS, एयरोस्पेस RIS और इनडोर सक्रिय RIS के खंड शामिल हैं।

Zhar Research की 2026-2046 की रिपोर्ट के अनुसार, 6G संचार के लिए RIS metasurfaces के लिए सबसे बड़ा बाजार बन सकता है, जिसमें कई अरब डॉलर के व्यवसायों के निर्माण की क्षमता है। वर्तमान में प्राथमिकता 5G या उसके करीब की आवृत्तियों (sub-6 GHz और mmWave) पर काम करने वाले RIS हैं, जिसके बाद 6G के विकास के साथ sub-THz RIS आएंगे।

बाजार को कई उभरते हुए वर्टिकल में खंडित किया गया है: खिड़कियों और कांच के अग्रभागों के लिए पारदर्शी RIS, उपग्रह-से-पृथ्वी संचार लिंक के लिए एयरोस्पेस RIS, बाहरी कवरेज विस्तार के लिए बड़े प्रारूप RIS, और इनडोर थ्रूपुट बढ़ाने के लिए सक्रिय RIS।

मानकीकरण की स्थिति

ETSI की RIS (ISG RIS) पर औद्योगिक विशिष्टता समूह उपयोग के मामलों और वास्तुकला को विकसित कर रहा है, और 3GPP Release 20 में RIS को 6G के लिए एक शोध बिंदु के रूप में शामिल किया गया है। नियामक विनिर्देशों की Release 21 में, लगभग 2028 में उम्मीद है।

RIS को अभी तक औपचारिक रूप से मानकीकृत नहीं किया गया है — लेकिन यह इस रास्ते पर है। ETSI के पास RIS (ISG RIS) पर एक औद्योगिक विशिष्टता समूह है, जो उपयोग के मामलों, वास्तुकला और मूल्यांकन पद्धतियों को विकसित कर रहा है। 3GPP Release 20 के अनुसंधान तत्वों में RIS को 6G के लिए एक उम्मीदवार प्रौद्योगिकी के रूप में शामिल किया गया है। मानकीकरण प्रक्रिया के बारे में अधिक जानकारी के लिए, 6G मानकीकरण समयरेखा देखें।

मानकीकरण की चुनौती यह परिभाषित करना है कि RIS पैनल बेस स्टेशन के साथ कैसे इंटरैक्ट करता है। प्रमुख खुले प्रश्न शामिल हैं:

• बेस स्टेशन RIS द्वारा परावर्तित पथ के लिए चैनल स्थिति जानकारी (CSI) कैसे प्राप्त करता है? सतह निष्क्रिय है और चैनलों को स्वयं माप नहीं सकती है।
• कौन सा नियंत्रण प्रोटोकॉल बेस स्टेशन को RIS से जोड़ता है? इसे कितनी बैंडविड्थ की आवश्यकता है? कौन सी विलंबता स्वीकार्य है?
• एक ही कवरेज क्षेत्र में विभिन्न प्रदाताओं के कई RIS पैनलों का समन्वय कैसे किया जाता है?

इन सवालों को Release 20 (2026 तक) के अनुसंधान चरण में हल किया जाना चाहिए, ताकि RIS Release 21 के नियामक विनिर्देशों में दिखाई दे।

RIS बनाम प्रतिस्पर्धी दृष्टिकोण

RIS 6G कवरेज समस्या का एकमात्र समाधान नहीं है। इसके प्रतिस्पर्धियों में शामिल हैं:

Small cells: कम-शक्ति वाले बेस स्टेशनों का घना परिनियोजन। एक अधिक सिद्ध तकनीक, लेकिन परिनियोजन में महंगी (backhaul की आवश्यकता होती है), अधिक ऊर्जा की खपत करती है और घने शहरी क्षेत्रों में साइट अधिग्रहण की समस्याओं का सामना करती है।

Relays: सक्रिय उपकरण जो संकेतों को प्राप्त करते हैं, बढ़ाते हैं और पुनः प्रसारित करते हैं। निष्क्रिय RIS की तुलना में अधिक कार्यात्मक, लेकिन पूर्ण RF सर्किट, बिजली और अक्सर backhaul की आवश्यकता होती है।

Massive MIMO का आधुनिकीकरण: मौजूदा बेस स्टेशनों में अधिक एंटीना तत्वों को जोड़ना। प्रभावी, लेकिन एंटीना सरणी के आकार की भौतिक सीमाओं और अधिक तत्वों के साथ घटते रिटर्न का सामना करता है।

RIS इन दृष्टिकोणों का पूरक है, न कि प्रतिस्थापन। एक संभावित 6G वास्तुकला व्यापक क्षेत्र कवरेज के लिए Massive MIMO के साथ मैक्रो बेस स्टेशनों, उच्च भार बिंदुओं के लिए small cells और कवरेज अंतराल को भरने और हस्तक्षेप को प्रबंधित करने के लिए RIS पैनलों का उपयोग करती है — प्रत्येक परत वह करती है जो वह सबसे प्रभावी ढंग से करती है।

दृष्टि: स्व-अनुकूली स्मार्ट वातावरण

RIS के लिए दीर्घकालिक दृष्टि केवल संकेतों को परावर्तित करने से कहीं आगे जाती है। शोधकर्ता ऐसी सतहों की कल्पना करते हैं जो स्व-संचालित (उन संकेतों से ऊर्जा प्राप्त करती हैं जिन्हें वे परावर्तित करते हैं), स्व-शिक्षण (केंद्रीय नियंत्रण के बिना बीम पैटर्न को अनुकूलित करने के लिए अंतर्निहित AI का उपयोग करती हैं) और स्व-उपचार (व्यक्तिगत तत्वों की विफलताओं के लिए स्वचालित रूप से क्षतिपूर्ति करती हैं) हैं।

इस दृष्टि में, स्वयं वायरलेस वातावरण बुद्धिमान हो जाता है। इमारतें, वाहन और बुनियादी ढाँचा पृष्ठभूमि कार्य के रूप में रेडियो प्रसार को लगातार अनुकूलित करते हैं — उपयोगकर्ताओं के लिए अदृश्य, मैन्युअल ट्यूनिंग की आवश्यकता नहीं होती है और बदलती परिस्थितियों के लिए वास्तविक समय में अनुकूलित होते हैं।

यह विज्ञान कथा नहीं है, लेकिन यह 2030 भी नहीं है। 6G नेटवर्क में पहली पीढ़ी के RIS अपेक्षाकृत सरल परावर्तक पैनल होंगे, जो बेस स्टेशनों द्वारा नियंत्रित होंगे। स्व-अनुकूली दृष्टि 6G के दस साल के परिचालन अनुभव पर आधारित 7G युग का लक्ष्य है।

स्रोत

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 और Greenerwave, «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