可重构智能表面（RIS）：6G的智能墙壁

无线网络一直以被动方式适应其环境——围绕障碍物进行设计，补偿反射，对抗干扰。可重构智能表面（RIS）颠覆了这种关系。RIS不是让信号适应环境，而是让环境适应信号。本文由7G Network编辑团队撰写，团队持续追踪包括太赫兹通信在内的新兴无线技术和下一代网络架构。

这个想法看似简单：在表面——墙壁、天花板、窗户、建筑立面——覆盖电子控制的metasurface面板，可以按需反射、折射或聚焦无线电波。结果是一个可编程的无线环境，其中覆盖盲区消失，干扰被引导走，信号质量得到改善，而无需添加更多base station或发射功率。

RIS 工作原理

可重构智能表面由数百至数千个亚波长元件组成，每个元件包含一个可调谐组件（如PIN二极管或变容二极管），通过协调相移来共同操控无线电波——实现无需RF链路和功率放大器的无源波束成形。

可重构智能表面是一个薄面板，由数百到数千个亚波长元件组成——每个元件都比它们操控的无线电波更小。每个元件包含一个可调谐组件（通常是 PIN 二极管或变容二极管），可以将入射信号的相位偏移一个受控的量。

通过协调所有元件的相位偏移，表面在期望的方向上产生建设性干涉，在其他地方产生破坏性干涉。这种效果类似于大规模 MIMO 天线中的波束成形，但有两个关键区别：

• 被动操作：基本的 RIS 不产生无线电信号——它只反射和重定向现有信号。这意味着没有功率放大器，没有 RF 链，功耗比基站低几个数量级。典型的 RIS 面板消耗瓦特，而不是千瓦特。
• 无需回程连接：因为它不产生流量，RIS 面板不需要到核心网络的光纤连接。它只需要一个低带宽控制链路（通常是无线的）来接收来自基站的波束成形指令。

控制是实时的：当用户移动时，基站重新计算最优相位配置，并在毫秒内更新 RIS 面板。表面持续调整以服务当前的流量模式。这种实时适应能力是AI原生RAN架构管理6G网络的核心要素。

为什么 6G 需要 RIS

在100 GHz以上运行的6G网络面临严峻的传播挑战——信号无法穿透墙壁，被人体阻挡，被水分吸收。RIS通过将现有信号重新定向绕过障碍物来解决这一问题，无需额外的发射功率或频谱。

6G 的物理特性造成了覆盖问题，而 RIS 恰好能够解决这个问题。

6G 将使用 100 GHz 以上的频率——sub-terahertz 频谱提供了巨大的带宽，但面临严重的传播挑战。在这些频率下，信号无法穿透墙壁。它们会被人体阻挡。它们会被雨水和湿度吸收。每个障碍物都会形成强烈的阴影区。据Samsung Research（2023）数据，sub-THz路径损耗比同等距离下的毫米波高20-30 dB。

传统解决方案——更多基站、更高发射功率、更多天线——成本高昂、功耗大，且在密集环境中面临收益递减的问题。RIS 提供了一种替代方案：不是发射更多信号，而是将已有的信号重新定向绕过障碍物。

考虑这样一个场景：一个 sub-THz 基站服务于一个开放式办公室。用户走到柱子后面失去了视距连接。没有 RIS 时，连接会中断或严重恶化。通过在天花板上安装 RIS 面板，信号可以绕过柱子进行反射以维持覆盖——不使用任何额外的发射功率，也不需要额外的频谱。

RIS架构：被动式、主动式及其他类型

RIS技术已从简单的无源反射发展为多种架构：带有内置放大器的有源RIS、支持同时传输和反射的STAR-RIS实现360度覆盖，以及具有元件间耦合的Beyond-Diagonal RIS实现高级波前控制。

上述基本RIS是被动式的——它仅能反射信号。但研究已迅速扩展到更有能力的变体：

主动式RIS：每个元件包含一个低噪声放大器来增强反射信号。这解决了被动式RIS的"双重路径损耗"问题（信号必须从基站传播到表面，然后从表面传播到用户，功率损失两次）。主动式RIS消耗更多功率，但可以显著扩展覆盖范围。据IEEE Communications Surveys & Tutorials（2024）数据，有源RIS相比无源RIS可获得10-15 dB的增益。

STAR-RIS（同时发射和反射）：这些表面可以同时在一侧反射信号并将其透射到另一侧——提供全空间、360度覆盖。安装在窗户上的STAR-RIS可以从单个面板为建筑物内外的用户提供服务。

Beyond-Diagonal RIS：传统RIS使用对角相移矩阵——每个元件独立工作。Beyond-Diagonal RIS在元件之间引入耦合，能够实现更复杂的波前控制，但代价是增加硬件复杂性。

变形RIS：能够物理改变形状的表面——弯曲、倾斜或折叠——以优化其几何形状适应当前条件。这主要是一个研究概念，但已有原型存在。

当前原型和现场试验

多个组织已将RIS从仿真推进到实际硬件：Rohde & Schwarz和Greenerwave在真实环境下验证了毫米波RIS的改进效果，而欧盟RISE-6G项目（2021-2023）产出的原型正在为ETSI标准化工作提供支撑。

RIS 已从仿真发展到物理硬件：

Rohde & Schwarz 和 Greenerwave 完成了一项突破性的测量活动，使用了新颖的 FR2（mmWave 频段）RIS 模块，在真实世界条件下确认了覆盖范围和能效的改善。这是首批严格的空中演示之一，验证了仿真预测。

欧盟的 RISE-6G 项目（2021-2023）产生了多个 RIS 原型，并建立了测量方法，现在正在为 ETSI 标准化讨论提供输入。该项目在室内环境中演示了 RIS 辅助定位、覆盖扩展和干扰管理。

6G-LICRIS（Liquid Crystal RIS）：包括 Rohde & Schwarz 在内的联盟正在开发使用液晶技术的 RIS 面板——与 LCD 屏幕相同的技术。液晶提供连续可调的相移（不仅仅是离散步长），可能实现更精细的波束控制。

IEEE ICC 2026（2026年5月）将展示结合 RIS 辅助链路与可扩展 MIMO 和卫星连接的实时空中测试平台，提供 6G 网络技术的全面演示。

市场前景

据Zhar Research（2026）预测，面向6G通信的RIS可能成为超表面领域最大的市场，有望在2026-2046年间创造数十亿美元的商业价值，涵盖透明窗户RIS、航空航天RIS和室内有源RIS等细分领域。

根据Zhar Research一份涵盖2026-2046年的报告，用于6G通信的RIS可能成为metasurfaces的最大市场，具有创造数十亿美元业务的潜力。当前的优先重点是在5G频率（sub-6 GHz和mmWave）或接近该频率下运行的RIS，随着6G的成熟，sub-THz RIS将紧随其后。

市场细分为几个新兴垂直领域：用于窗户和玻璃外墙的透明RIS、用于卫星-地面链路的航空航天RIS、用于户外覆盖扩展的大面积RIS，以及用于室内容量增强的有源RIS。

标准化状态

ETSI的RIS行业规范组（ISG RIS）正在制定用例和架构，3GPP Release 20将RIS列为6G研究项目。规范性规格预计将在Release 21中发布，目标时间约为2028年。

RIS 尚未正式标准化 — 但正在路上。ETSI 有一个关于 RIS 的行业规范组 (ISG RIS)，正在开发用例、架构和评估方法。3GPP Release 20 研究项目将 RIS 作为 6G 的候选技术。有关更广泛的标准化背景，请参阅6G标准化时间线。

标准化挑战是定义 RIS 面板如何与基站交互。关键的开放性问题包括：

• 基站如何获取 RIS 反射路径的信道状态信息 (CSI)？表面是被动的，无法自己测量信道。
• 什么控制协议连接基站到 RIS？需要多少带宽？什么延迟是可接受的？
• 如何在同一覆盖区域内协调来自不同供应商的多个 RIS 面板？

这些问题必须在 Release 20 研究阶段（到2026年）得到解决，RIS 才能出现在 Release 21 规范性规格中。

RIS 与竞争方案对比

RIS 并非解决 6G 覆盖挑战的唯一方案。其竞争对手包括：

小基站： 低功率基站的密集部署。技术更为成熟，但部署成本高昂（需要回程链路），功耗更大，且在密集城市地区面临站址获取挑战。

中继器： 接收、放大和重传信号的有源设备。比无源 RIS 功能更强大，但需要完整的 RF 链路、电源，通常还需要回程链路。

Massive MIMO 升级： 在现有基站中增加更多天线单元。效果显著，但在阵列尺寸上面临物理限制，且在更高单元数量时收益递减。

RIS 与这些方案互为补充而非替代。可能的 6G 架构将使用具有 Massive MIMO 的宏基站提供广域覆盖，小基站处理容量热点，RIS 面板填补覆盖空白并管理干扰——每一层都发挥其最高效的作用。

愿景：自适应智能环境

RIS的长期愿景超越了简单的信号反射。研究人员设想的表面具有自供电（从反射的信号中收集能量）、自学习（使用嵌入式AI在无集中控制的情况下优化波束模式）和自愈合（当单个元件失效时自动补偿）能力。

在这个愿景中，无线环境本身变得智能。建筑物、车辆和基础设施作为后台功能持续优化无线电传播——对用户不可见，无需手动配置，并实时适应不断变化的条件。

这不是科幻小说，但也不是2030年能实现的。6G网络中的第一代RIS将是由基站控制的相对简单的反射面板。自适应愿景是7G时代的目标，建立在十年6G运营经验的基础上。

参考来源

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与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