李博江/LI Bojiang，李振东/LI Zhendong，陈文/CHEN Wen

（上海交通大学，中国上海 200240）

1 可重构超表面的研究背景

2019 年，三大运营商陆续公布5G 商用套餐，标志着中国正式进入5G商用时代。5G带给人们更好的通信使用体验和更广泛的应用范围。然而，技术的升级换代也会导致资源需求激增。5G 所使用的频段更高，基站的覆盖范围更小，在满足更高技术要求的同时会带来能耗和成本的增加。根据中国铁塔的统计，目前5G 单基站满载功率近3 700 W，是4G单基站的2.5～3.5倍，其中增加的功耗主要源于基带信号的调制和发射。因此，寻求一种低功耗和低成本的新型收发装置成为B5G乃至6G技术发展的一个亟待解决的问题[1]。

1.1 可重构超表面简介

5G 基站配备了大量由射频天线组成的大规模多输入多输出（MIMO）阵列和信号处理模块。在无线网络中，为了扩大网络覆盖率，实现高可靠传输，基站还需要额外配备一些中继器或射频拉远头（RRH）。这些器件通常都是有源的，这无疑增加了整个系统的能耗和复杂度[2]。可重构超表面（RMS），也被称为智能超表面（RIS），被认为是一种降低系统功耗和成本的解决方案。RMS 主要由大量无源的超材料元件构成。超材料是将材料内部的原子进行人工重新排列组合得到的物质，不同的排列组合方式也就决定了材料会具有不同的物理化学性质。这些超材料可以由二极管、三极管、微机电系统（MEMS）、石墨烯、温敏器件、光敏器件等构成，在不同电压下可以实现“通”或“断”的状态，因而具有动态编码能力。这使得超表面可以通过内置的控制芯片来改变入射电磁波的幅度和相位，从而实现信号的波束赋形和无线信道的重构。……