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根据欧盟5G公私联盟协会(5G Infrastructure Public-Private Partnership, 5GPP)定义可重构智慧表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)技术是由能够任意塑造电磁波面的材料组成几乎是被动(Passice)设备可以适应或改变发射器和接收器之间的无线电信号。
二、产业技术趋势
预期6G世代由于频谱稀缺性与对高传输量的需求将往高频段的次太赫兹(Sub- Terahertz)与太赫兹(Terahertz, THz)发展开发成功后6G的资料传输率将是5G的10~100倍可达每秒100Gbps甚至1Tbps以上。但受限于太赫兹因绕射性差导致基地台讯号容易被墙壁等障碍物所阻挡的问题。有效部署RIS作为可控表面可以强化网路容量和覆盖范围同时也为绿色通讯、辅助电磁波环境感知和高精度定位等场景应用创造机会。 RIS可以设计为自配置和无线网路基础设施的一部分调整其电磁特性以因应动态流量需求和传播特性。
三、国际大厂技术发展趋势
(一)韩国电信(KT)可重构智慧表面(RIS)
KT与首尔国立大学研究团队合作开发的RIS可以扩大太赫兹(THz)波束的接收区域。装置能够调整无线电传输和反射方向的技术可以用于难以设置基站或中继设备的地区。 RIS可根据无线电波的特性调整发射功率通过将外部信号发射到建筑物内或以必要的角度反射能避开障碍物从而提高无线电接收盲区的覆盖范围。藉由此技术与相关材料搭配达成低成本、简单安装、环境友善的目标。
(二)韩国SKT6G RIS玻璃
SKT利用广泛用于建筑物外部的「Low-E玻璃」材料开发出可使用RIS的技术作为6G高频段的通讯技术。 Low-E玻璃是在玻璃的一面镀上一层薄薄的银膜制成的产品它可以透过大部分的可见太阳光线并反射相当一部分的太阳光线。 Low-E玻璃因其优良的绝缘性能而被广泛用作建筑外墙材料但它也具有阻挡无线电波的性能不利于移动通信频率的传输。
(三)韩国三星(SAMSUNG)可重构智慧表面(RIS)
三星对可重构智慧表面(RIS)领域之研究是以超材料(metamaterial)构成的平面可提升波束锐利度进而将无线讯号精准导向或反射至指定方位。此技术有助减少高频讯号(如毫米波)的穿透损耗和受到阻挡的状况。三星RIS透镜技术可将讯号强度提升4倍波束导向范围增加1.5倍有助减少高频讯号(如毫米波)的穿透损耗和受到阻挡的状况。
(四)日本NEC智慧表面(Smart Surface)
2022年1月NEC欧洲实验室开发出第一个完全被动智慧表面(smart surface)的原型让智慧表面有望进入下阶段标准制定与量产的准备并且达成低延迟的要求透过RIS技术可在开放空间控制和提供强大且一致的5G无线信号适合在火车站、购物区和5G连接工厂等大型开放空间建立公共和私人网路。
(五)NTT DOCOMO透射超表面(Transmissive Metasurface)
NTT DOCOMO于2023年1月进行世界首次在窗户上进行透射超表面的试验以将室内无线电波传输到建筑物的室外底部改进了建筑底部的毫米波连接与覆盖。实验使用的28 GHz 频段的透射超表面可使穿过玻璃窗的毫米波波段向特定方向弯曲室内波束朝向建筑物外部的底部可扩大建筑物底部周围的区域覆盖范围。薄膜状材料附着在内侧的窗户玻璃上使其更易于安装其透明度不会破坏景观和现有设计。透射超表面的设计不会干扰其他频段例如LTE和Sub-6频段。
(六)中兴通讯可重构智慧超表面
中兴通讯早在MWC 2022已首次发表RIS解决方案在MWC 2023上发布最新一代可重构智慧超表面解决方案「Dynamic RIS」。中兴通讯Dynamic RIS基于基站内生智慧透过5G基站和RIS动态协同波束赋形演算法可实现RIS动态波束扫描和使用者追踪从而实现更多的覆盖更好的用户体验以及移动性支援。
四、结论
可重构智慧表面(RIS)可视为是5G Advance迈向6G的高频段(毫米波、太赫兹)对于扩大覆盖区域、提升通讯品质、强化传输效能、节约能源的关键技术。近几年逐渐从学术研发逐步转为原型及场域试验甚至部份厂商的产品已经达到可以商业化应用的程度。 MWC 2023可以看到更多的电信商与设备商展示其RIS的原型系统与实证成果RIS成为3GPP标准制定候选技术的能见度大增。
