唐奎，胡琪，趙俊明，陳克，馮一軍

（南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210023）

0 引言

近年來，隨著移動通信技術(shù)飛速發(fā)展，5G 技術(shù)已在世界各地逐步部署，且在中國部署范圍最廣泛。相較于4G，5G 雖然在通信時延、傳輸速率以及通信安全[1]等方面都有較大提升，但隨之也暴露出了一些有待解決的問題，如能耗、成本等。一方面，5G 使用的頻段越來越高，這將導(dǎo)致通信距離的下降[2]；另一方面，為了實現(xiàn)萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)（IoT,Internet of things）[3-4]，未來各種終端設(shè)備將不斷增加到一個極大的數(shù)量級?；谶@兩方面的原因，真實場景中均需要大規(guī)模部署5G 基站，這將大幅增加能耗、基站部署難度以及維護(hù)成本[5]。此外，通信質(zhì)量在室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下往往會嚴(yán)重下降。從電磁波傳播的角度來看，由于室內(nèi)環(huán)境中空間狹長，又存在較多障礙物，電磁波在傳播過程中存在散射、多徑效應(yīng)等現(xiàn)象，而傳統(tǒng)無線通信存在信道不可控的問題，因此導(dǎo)致了通信質(zhì)量下降。

近年來，隨著有源超表面技術(shù)的發(fā)展[6-9]，室內(nèi)通信質(zhì)量下降的問題有望得到解決。相關(guān)研究領(lǐng)域在有源超表面基礎(chǔ)上提出了可重構(gòu)智能表面（RIS,reconfigurable intelligent surface）技術(shù)[10-11]。RIS 能夠動態(tài)調(diào)節(jié)電磁波傳播，改善通信信道，并具有低功耗、低成本、易部署等優(yōu)點(diǎn)，有望克服目前5G的部分缺陷。因此，RIS 技術(shù)被認(rèn)為是6G 的主要候選技術(shù)之一[12-13]。

可重構(gòu)智能表面本質(zhì)上是由有源超表面發(fā)展而來的一種具有可編程電磁特性的人工電磁表面結(jié)構(gòu)，一般為加載有源元件（如PIN 二極管、變?nèi)莨艿龋┑膩啿ㄩL尺寸單元排列而成的二維平面結(jié)構(gòu)。通過控制有源元件兩端的電壓來實現(xiàn)元件電路特性的改變，進(jìn)而改變RIS 單元的電磁響應(yīng)特性并實現(xiàn)對電磁波頻率、幅度、相位和極化等電磁波固有屬性的動態(tài)調(diào)控。另外，也可通過可調(diào)材料（如相變材料）來實現(xiàn)動態(tài)可變的電磁響應(yīng)功能[14-15]。

近年來，有學(xué)者進(jìn)一步提出了數(shù)字編碼表面的概念，將RIS 單元的電磁響應(yīng)與二進(jìn)制數(shù)字編碼建立聯(lián)系，從而將電磁波的模擬世界與數(shù)字世界相連接。數(shù)字編碼使用數(shù)字比特0 和1 來表征RIS 電磁響應(yīng)狀態(tài)，可分為1 bit、2 bit 以及nbit RIS（n為大于2 的正整數(shù)），分別對應(yīng)2、4 以及2n種可切換的電磁響應(yīng)狀態(tài)。數(shù)字編碼表面通常由RIS 與現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA,field programmable gate array）或者微控制單元（MCU,micro control unit）相結(jié)合，并利用FPGA 或MCU 動態(tài)輸出不同的編碼序列來實時調(diào)控RIS 編碼狀態(tài)，進(jìn)而實現(xiàn)如異常反射、漫散射、多波束反射以及波束聚焦等電磁調(diào)控?；谝陨咸匦?，目前，RIS 在通信中的應(yīng)用可大致分為兩類：一類是用RIS 替代傳統(tǒng)發(fā)射機(jī)，實現(xiàn)基于RIS 的新型通信架構(gòu)[16-18]；另一類是將RIS 作為準(zhǔn)無源中繼，輔助無線通信，改善通信信道[19-21]。本文主要關(guān)注RIS 作為準(zhǔn)無源中繼在室內(nèi)環(huán)境下的應(yīng)用研究。目前，該領(lǐng)域已有較多的研究工作，但大多數(shù)集中于理論研究和理想環(huán)境下的實驗測試[22-24]，缺乏真實環(huán)境下的實驗研究與分析，因此本文旨在通過具體的實驗測試來探索與驗證RIS 作為準(zhǔn)無源中繼在室內(nèi)環(huán)境中的應(yīng)用潛力。

針對上述問題，本文主要開展了以下工作。

1) 研制基于RIS 的室內(nèi)無線通信信號（簡稱室內(nèi)信號）增強(qiáng)系統(tǒng)原型機(jī)。首先，設(shè)計一種工作于2.55 GHz 的2 bit RIS 單元，并加工尺寸為800 mm×820 mm 的RIS 實物樣件；然后，搭建FPGA控制電路部分，并與RIS 進(jìn)行聯(lián)合測試，驗證其對電磁波的動態(tài)調(diào)控能力。

2) 進(jìn)行真實室內(nèi)環(huán)境實驗研究。搭建典型室內(nèi)通信環(huán)境，通過動態(tài)改變RIS 口徑上的相位分布，研究區(qū)域信號覆蓋的變化。實驗分為空場、放置金屬板以及放置RIS 輔助通信3 個對照組，對比分析實驗結(jié)果。

3) 實驗結(jié)果表明，相較于空場和金屬板輔助的室內(nèi)場景，本文所設(shè)計的基于RIS 的室內(nèi)信號增強(qiáng)系統(tǒng)能夠大幅提高目標(biāo)區(qū)域的通信信號功率，且覆蓋區(qū)域可動態(tài)調(diào)節(jié)以保證用戶通信質(zhì)量。

1 可重構(gòu)智能表面設(shè)計

1.1 單元設(shè)計

為了實現(xiàn)基于RIS 的室內(nèi)信號增強(qiáng)系統(tǒng)，本文設(shè)計了反射型2 bit RIS 單元，該單元由上下兩層印制電路板（PCB,printed-circuit board）構(gòu)成，兩層PCB 之間為空氣層，如圖1 所示。上層為H 形金屬結(jié)構(gòu)的拓?fù)渥冃?，在金屬結(jié)構(gòu)上沿y方向截斷并加載2 個PIN 二極管構(gòu)成電磁諧振結(jié)構(gòu)。在沿y軸的三條金屬臂上分別加載“正-負(fù)-正”的電壓，形成共陰極的供電形式來控制PIN 二極管的導(dǎo)通（ON）與截止（OFF）狀態(tài)。下層為介質(zhì)板，且介質(zhì)板背面覆蓋全金屬層以保證RIS 工作于全反射電磁波調(diào)控模式。

圖1 RIS 單元結(jié)構(gòu)示意

本文利用商業(yè)三維電磁場仿真軟件 CST Microwave Studio 對圖1 所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模與全波電磁仿真分析。金屬層為電導(dǎo)率為5.8×107S/m的銅膜，介質(zhì)為F4B 材料，其相對介電常數(shù)為εr=2.2，損耗角正切函數(shù)為tanδ=0.001。通過構(gòu)建PIN 二極管的等效電路來模擬其導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)PIN 二極管工作在ON 狀態(tài)時，其等效電路為電阻與電感的串聯(lián)電路；當(dāng)PIN 二極管工作在OFF 狀態(tài)時，其等效電路則為電容與電感的串聯(lián)。綜合考慮仿真分析結(jié)果以及樣品制備工藝等條件，最終優(yōu)化后的單元結(jié)構(gòu)參數(shù)如下。單元周期長度為p=32 mm，上下兩層PCB 厚度分別為h1=1.5 mm 和h2=2.0mm，中間空氣層厚度為h3=8.0 mm，上層金屬結(jié)構(gòu)各參數(shù)分別為l=7.8 mm、w1=19.9 mm、w2=6.2 mm。

用0 和1 分別表示PIN 二極管OFF 狀態(tài)和ON狀態(tài)，2 個PIN 管的開關(guān)狀態(tài)（PIN1,PIN2）可實現(xiàn)4 種狀態(tài)組合，即OFF-OFF、ON-OFF、OFF-ON、ON-ON，對應(yīng)的數(shù)字比特可表示為00、10、01、11，形成2 bit RIS 單元，可以實現(xiàn) 22=4 種反射相位。通過CST 對該RIS 單元進(jìn)行仿真分析，得到RIS 單元在PIN 管不同狀態(tài)下的仿真與實驗結(jié)果如圖2 所示。

圖2(a)為RIS 單元在PIN 管不同狀態(tài)下的電場分布，可以清晰地看到，該單元實現(xiàn)不同反射相位的本質(zhì)在于PIN 的開關(guān)狀態(tài)改變了RIS 單元表面的感應(yīng)電流和電場分布。這里以PIN2為例，當(dāng)PIN2處于截止?fàn)顟B(tài)時，其等效為電感與電容的串聯(lián)，因此單元表面金屬中的感應(yīng)電流路徑被截斷，從而在該位置處形成了位移電流，激勵起較強(qiáng)的感應(yīng)電場；當(dāng)PIN2處于導(dǎo)通狀態(tài)時，其等效為電感與電阻的串聯(lián)，此時感應(yīng)電流可以自由通過PIN2，因此該位置處未出現(xiàn)明顯感應(yīng)電場。PIN1的工作原理與PIN2類似。由此，不同的二極管狀態(tài)形成不同的單元諧振特性，從而產(chǎn)生4 種相位。優(yōu)化單元結(jié)構(gòu)參數(shù)使4 種相位的相鄰相位差為90°，即可實現(xiàn)2 bit RIS 單元。

圖2 RIS 單元在PIN 管不同狀態(tài)下的仿真與實驗結(jié)果

圖2(b)顯示了 RIS 單元反射相位的仿真（Sim.）與實驗（Exp.）結(jié)果，可以看到，仿真與實驗結(jié)果基本一致。在2.55 GHz 處，相鄰狀態(tài)間的反射相位差均在90°左右。在數(shù)字編碼表面中，一般研究重點(diǎn)關(guān)注RIS 不同狀態(tài)間的相對反射相位，因此本文將2.55 GHz 處11 狀態(tài)的相位歸一化為0°，則該RIS 可以動態(tài)實現(xiàn)0°、90°、180°、270°這4 種反射相位。

1.2 波束調(diào)控理論分析

在RIS 單元的研究設(shè)計與測試基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步借助天線陣?yán)碚擈炞CRIS 對入射電磁波的調(diào)控功能。RIS 波束調(diào)控原理、RIS 相位分布及遠(yuǎn)場方向圖如圖3 所示。

圖3 RIS 波束調(diào)控原理、RIS 相位分布及遠(yuǎn)場方向圖

假設(shè)RIS 由M×N個單元構(gòu)成，每個單元的周期長度為p，以RIS 左上角的單元為幾何原點(diǎn)，如圖3(a)所示。在平面電磁波入射情況下，根據(jù)天線陣?yán)碚摽芍?，為了使反射波束輻射方向?(θ0,φ0)，單元(m,n)的反射相位必須滿足式(1)。

考慮到RIS 在室內(nèi)環(huán)境中的應(yīng)用，可以采用列控RIS 實現(xiàn)在俯仰角方向的波束掃描功能，即θ0∈[-9 0°,90°]，φ0=0°。因此，式(1)可以進(jìn)一步簡化為

針對本文RIS 單元可以實現(xiàn)的4 種離散反射相位，需將式(2)得到的連續(xù)相位分布進(jìn)行離散化處理。離散化相位采用就近原則，如式(3)所示，將反射相位離散化到0°、90°、180°、270°這4 個相位值，分別對應(yīng)RIS 單元11、01、10、00 這4 個比特狀態(tài)。

由此，反射電磁波的遠(yuǎn)場方向圖可表示為

這里假設(shè)RIS 由12×12 個2 bit 單元構(gòu)成，結(jié)合式(1)～式(4)進(jìn)行仿真計算，最后通過計算式u=sinθc osφ和v=sinθsinφ將笛卡兒坐標(biāo)(x,y)轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)(u,v)，可得經(jīng)過編碼后RIS 的理論遠(yuǎn)場方向圖，這里分別給出θ=-3 5o、θ=-2 5o、θ=-1 5o這3 種RIS 的相位分布以及對應(yīng)的遠(yuǎn)場方向圖，如圖3(b)和圖3(c)所示。從圖3(b)和圖3(c)可以看出，RIS 的反射相位沿x軸方向呈逐漸增大的正相位梯度變化，并且隨著所需反射波束偏轉(zhuǎn)角的增大，其反射相位梯度逐漸增大，反之則逐漸減小。全波仿真分析結(jié)果顯示，反射波束角度與預(yù)期相符，角度誤差很小，而部分結(jié)果旁瓣的增高主要是由相位離散化導(dǎo)致的。

2 室內(nèi)信號增強(qiáng)系統(tǒng)與測試

整個基于RIS 的室內(nèi)信號增強(qiáng)系統(tǒng)主要由信號發(fā)射機(jī)、用戶接收端、RIS、FPGA 以及上位機(jī)（計算機(jī)）五部分構(gòu)成。信號由發(fā)射機(jī)發(fā)出，經(jīng)過室內(nèi)信道（包括直射路徑、RIS 反射、墻壁散射等多條路徑）到達(dá)接收端，上位機(jī)對接收信號功率進(jìn)行監(jiān)控，優(yōu)化RIS 編碼分布，從而使接收端的信號功率最大。

為了驗證系統(tǒng)功能，首先對基于FPGA 的現(xiàn)場可編程RIS 的波束調(diào)控功能進(jìn)行驗證，然后在室內(nèi)真實環(huán)境中驗證該系統(tǒng)的對接收端信號增強(qiáng)的有效性。

2.1 現(xiàn)場可編程RIS 實驗測試與分析

為實現(xiàn)現(xiàn)場可編程動態(tài)波束調(diào)控，本文使用基于FPGA 的外部偏置電壓控制器。以數(shù)字比特“1”表示1.2 V 正電壓輸出，即PIN 二極管的“ON”狀態(tài)；數(shù)字比特“0”表示零電壓輸出，對應(yīng)PIN二極管的“OFF”狀態(tài)。單個FPGA 可支持68 路電壓比特流的輸出與實時控制，此外所使用的FPGA 具有可擴(kuò)展性，可根據(jù)需求擴(kuò)展輸出電壓的路數(shù)。本文設(shè)計的列控方案智能表面需48 路輸出。

首先，測試RIS 的電磁響應(yīng)及其對波束的動態(tài)調(diào)控功能，聯(lián)合測試環(huán)境為圖4(a)所示的微波暗室環(huán)境。一對寬帶雙脊喇叭天線分別作為發(fā)射天線（Tx）和接收天線（Rx）連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（Agilent Technologies E8363A）兩端口。RIS 放置在弓形架測量系統(tǒng)的圓心位置，發(fā)射天線垂直發(fā)射2.55 GHz 的電磁波輻照RIS，接收天線沿弓形架移動，接收反射信號，其中，code1～code3 表示不同RIS 編碼對應(yīng)的不同角度的反射波束。本文測試了預(yù)設(shè)θ=-3 5o、θ=-2 5o、θ=-1 5o、θ=20o、θ=30o、θ=40o共6 種RIS 編碼，RIS 遠(yuǎn)場方向圖測試與理論分析結(jié)果對比如圖4(b)所示，其中，圖形表示測試結(jié)果，線表示理論分析結(jié)果。從圖4(b)可以看出，測試反射波束角度與仿真結(jié)果基本一致，誤差很小，顯示了RIS良好的電磁場波束調(diào)控能力。實測副瓣與理論分析結(jié)果有所偏差，特別是在大角度情況下。這主要是由有限尺寸RIS 的邊緣效應(yīng)、單元之間的耦合效應(yīng)以及單元反射性能隨角度增大而下降等原因?qū)е隆?/p>

圖4 RIS 與FPGA 聯(lián)合測試

通過以上RIS 的仿真設(shè)計、理論分析以及實驗驗證，本文證明了所設(shè)計的RIS 能對入射電磁波進(jìn)行有效的動態(tài)調(diào)控，有望進(jìn)一步應(yīng)用于改善室內(nèi)通信環(huán)境。

2.2 信號增強(qiáng)系統(tǒng)及測試環(huán)境

室內(nèi)環(huán)境中，通信信號通過狹長的走廊到達(dá)盡頭后，由于走廊兩側(cè)水泥墻壁阻擋和散射等因素，信號往往難以覆蓋走廊盡頭以及拐角的方向。為此，在前述理論分析和初步實驗測試的基礎(chǔ)上，本文考慮其在典型室內(nèi)信號弱覆蓋場景中的應(yīng)用。在圖5 所示的室內(nèi)測試場景中，發(fā)射天線連接信號源，位于沿x方向的走廊一側(cè)，天線距離地面高度1.25 m，距離RIS 5.1 m，并以入射角5°向RIS 樣品的中心位置發(fā)射信號。接收天線采用全向天線，與頻譜儀相連，位于測試區(qū)域，并且接收天線距離地面1.48 m，此高度大約為人們使用手機(jī)時的平均高度，可模擬室內(nèi)客戶端真實使用情況。在該場景中，接收天線與發(fā)射天線之間因有水泥墻以及金屬門的阻擋效應(yīng)，難以形成直接傳輸通道，導(dǎo)致信號功率不高。這里RIS 采用4 塊樣品（子RIS）拼接的方式實現(xiàn)，其中，每塊子RIS 由12 行12 列共144 個2 bit 單元構(gòu)成，整面RIS 共有24 行24 列共576 個單元，最終RIS 的尺寸為800 mm×820 mm。由于本文將RIS 應(yīng)用于同一層樓的室內(nèi)信號增強(qiáng)，因此理論上只需要控制RIS 波束的俯仰角θ，而方位角φ固定為0°（如圖3(a)所示）。因此，本文采用列控的饋電方式，即同一列的單元所加載的電壓相同。然后，將RIS 板緊貼墻壁放置，并通過直流偏置線將RIS 控制端口與FPGA 輸出端口相連接，總計48 路輸出。通過控制每列RIS 單元的電磁響應(yīng)狀態(tài)最終實現(xiàn)散射波束掃描。信號源與頻譜儀放置于一面吸波屏風(fēng)后方，以防止儀器對信號能量測試效果的影響。

圖5 室內(nèi)測試場景

測試區(qū)域面積約為15 m2。本文對該區(qū)域進(jìn)行均勻的離散采樣測試。測試半徑為1.5～5 m，每隔0.5 m 測試一條弧線上的信號功率，同時測試角度為10°至90°。部分區(qū)域因雜物阻擋而未設(shè)置采樣點(diǎn)，最終共計56 個采樣點(diǎn)。

本文對未放置RIS 的空場情況、放置金屬板以及放置RIS 這3 種場景進(jìn)行了對比測試。其中，金屬板的面積與RIS 相同，放置位置也相同。發(fā)射天線輻射由信號源產(chǎn)生的2.55 GHz 信號，其極化方向為水平極化，其波束以5°入射到墻壁某位置，即圖5的坐標(biāo)原點(diǎn)處。在空場及放置金屬板的場景下，不需要任何額外操作，直接對采樣點(diǎn)測試。在放置RIS的場景下，采用遍歷RIS 預(yù)編碼的優(yōu)化方式獲取相對最佳信號。這里根據(jù)天線陣?yán)碚撘约皬V義斯涅爾定律設(shè)計了11 種RIS 預(yù)編碼，在理想情況下，其遠(yuǎn)場方向圖如圖6 所示（圖中θ的負(fù)號表示波束方位角φ=90°）。

圖6 11 種RIS 預(yù)編碼在理想情況下的遠(yuǎn)場方向圖

波束方向圖根據(jù)廣義斯涅爾定律或天線陣?yán)碚撚嬎愕玫健Ｈ缓?，通過FPGA 輪流切換編碼，將頻譜儀測試的數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)進(jìn)行比較后取其最大測量值。采用該方案的原因如下。一方面，室內(nèi)電磁環(huán)境往往十分復(fù)雜，存在電磁散射、多徑效應(yīng)等因素，RIS 調(diào)控的反射波束會在室內(nèi)進(jìn)行多次反射，導(dǎo)致信號增強(qiáng)區(qū)域往往與簡單波束的預(yù)期方向有所偏移，因此理論計算并不能完全指導(dǎo)輻射波束的覆蓋區(qū)。另一方面，本文測試最小距離為5 m，不完全滿足遠(yuǎn)場條件，輻射場的波瓣圖及場增強(qiáng)方向可能與預(yù)先設(shè)計編碼的輻射效果不一致。通過遍歷RIS 預(yù)編碼獲取最佳信號的策略可以有效避免以上問題。最終，通過對比空場、放置金屬板以及放置RIS 這3 種場景的測試結(jié)果，驗證基于RIS 的信號增強(qiáng)系統(tǒng)的有效性。

2.3 測試結(jié)果與分析

將測試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，不同場景下室內(nèi)信號功率及增益測試結(jié)果如圖7 所示。圖7(a)～圖7(c)分別為空場、放置金屬板、放置RIS 這3 種場景下測試的信號功率分布。在反射角較?。?0°～30°）的區(qū)域內(nèi)均具有較高的信號功率，因為該區(qū)域存在部分直射和墻壁鏡面反射的情況，所以信號功率較高?？請雠c放置金屬板的場景下，測試區(qū)域的信號功率差別不大。但是，放置RIS 的場景下，在反射角為30°～80°的范圍內(nèi)，測試區(qū)域中信號功率有明顯提升，而空場情況下出現(xiàn)了信號覆蓋極弱的區(qū)域。

分別將放置金屬板與空場、放置RIS 與放置金屬板、放置RIS 與空場的信號功率進(jìn)行比較，計算信號功率增益，如圖7(d)～圖7(f)所示。從圖7(d)可以看到，放置金屬板相較于空場，在10°～70°的區(qū)域，信號功率基本未增加，僅在70°～90°的大角度區(qū)域?qū)π盘栍形⑷踉鰪?qiáng)，其可能由有限大金屬板的邊緣散射效應(yīng)導(dǎo)致。從圖7(e)可知，放置RIS 與放置金屬板相比，在原先的弱覆蓋區(qū)域，即左邊3～5 m 的區(qū)域，信號得到明顯提升，而1.5～3 m 區(qū)域由于金屬板場景下本身信號較高，因此提升并不明顯。放置RIS 與空場場景下的對比結(jié)果如圖7(f)所示，信號功率在2～5 m 的區(qū)域內(nèi)均有明顯提升。

圖7 不同場景下室內(nèi)信號功率及增益測試結(jié)果

整體而言，與空場相比，采用RIS 的場景下，最大信號功率增益達(dá)到22 dB，平均增益為8.9 dB。對于信號原本較強(qiáng)的區(qū)域，如信號功率高于-60 dBm 的區(qū)域，RIS 對信號功率增益有限，平均增益為5.34 dB；對于信號低于-70 dBm 的弱覆蓋區(qū)域，RIS 可大幅提升信號功率，平均增益為13.53 dB，部分區(qū)域，如4～5 m 的區(qū)域，信號功率提升可達(dá)19.70 dB，從而大幅改善原先弱覆蓋區(qū)域的信號質(zhì)量。值得注意的是，作為原理性驗證，本文僅測試了11 種RIS 編碼，事實上對于2 bit 的RIS，其編碼方式共有2n（n=24 為可獨(dú)立控制的單元數(shù)）種。因此，本文所測結(jié)果尚未達(dá)到該系統(tǒng)的最佳增益效果，尤其是在復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境中，實際最佳增益所需的編碼往往與基于波束調(diào)控方向理論計算的RIS 編碼存在較大偏差。即使如此，在僅測試極少數(shù)RIS 編碼的情況下，該系統(tǒng)對室內(nèi)信號仍產(chǎn)生了大幅提升。

此外，本文RIS 作為準(zhǔn)無源中繼由于并不參與信號的調(diào)制、放大等，因此理論上RIS 對電磁波束的調(diào)控是互易的。雖然這里沒有實驗測試，但根據(jù)電磁波的互易性原理，該RIS 也能實現(xiàn)雙工通信。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種能夠在外加電壓激勵下實時調(diào)節(jié)反射相位的2 bit RIS 單元，并在仿真分析及理論計算基礎(chǔ)上構(gòu)建了應(yīng)用于室內(nèi)接收信號增強(qiáng)的RIS 系統(tǒng)原型。最后，在真實室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行了實驗驗證。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)對室內(nèi)信號功率的平均提升為8.9 dB，尤其是對室內(nèi)信號弱覆蓋區(qū)域的增強(qiáng)效果顯著，最大可達(dá)22 dB。后續(xù)將重點(diǎn)研究如何結(jié)合算法優(yōu)化，利用智能表面實現(xiàn)自適應(yīng)電磁波動態(tài)調(diào)控，以進(jìn)一步提升其應(yīng)用前景。本文提出的智能表面及其原型系統(tǒng)未來有望進(jìn)一步應(yīng)用于室內(nèi)、室外無線通信信號的覆蓋提升，以及無線傳能等方面。