清华大学电子系戴凌龙团队合作提出面向6G的自控制智能超表面技术
2025/10/31
148基于人工电磁超材料的智能超表面技术（Reconfigurable Intelligent Surface, RIS）能够通过改变无线信道主动创造有利于电磁波传播的无线信道环境，是未来6G的潜在关键技术之一。RIS是一种集成低功耗低成本可调器件的平面天线阵列，其可以对入射电磁波的幅度、相位、频率、极化等电磁特性进行多维度调控，从而克服通信系统中的阴影衰落、补偿路径损耗，进而提升无线通信的覆盖质量和系统性能。
为了在实际通信环境中主动创造良好的电磁波传播环境，RIS需要针对变化的电磁信道作出实时响应。如图1所示，典型的实现方式是先让基站获取信道状态信息，然后基站计算RIS的赋相矩阵，最后通过额外的控制链路将赋相信息传递给RIS，从而完成对RIS的闭环控制。这一控制流程需要在基站和RIS之间建立额外的控制链路，无论是采用有线控制还是无线控制的方式，都会明显提高RIS部署的硬件成本和控制流程的复杂度。这一RIS控制难题成为RIS大规模部署的重要制约因素之一。
图1.（a）现有的基站控制RIS；（b）提出的自控制RIS（SC-RIS）
针对上述RIS控制难题，清华大学电子工程系戴凌龙团队与东南大学信息科学与工程学院崔铁军团队借鉴了光学中的全息成像原理，提出了一种自控制RIS方案（self-controlled RIS, SC-RIS）。如图2所示，通过在RIS单元中额外集成的低成本微波功率计，SC-RIS可以检测基站与用户信号在RIS处发生电磁干涉所形成的全息图，RIS利用此全息图就可以自主反推出用户的角度信息进行波束赋形，从而实现了不依赖于基站控制的RIS独立自主控制。图3展示了自控制RIS单元的硬件实现及电磁特性。
图2.光学全息成像启发的SC-RIS硬件架构设计
图3.自控制RIS单元的硬件实现及电磁特性
进一步，研究提出了一种基于二维快速傅里叶变换（2D-FFT）的用户角度估计算法，称为全息定位算法（holographic localization）。如图4所示，该全息定位算法首先利用2D-FFT将全息图变换到波数域，形成全息图波数谱。然后，通过最大似然算法可以检测全息图波数谱的双峰结构，并从双峰的位置中反推出用户和基站的相对角度信息。最后，算法可从已知的基站角度中计算出未知的用户角度，从而实现用户定位。
图4.全息定位算法的流程
针对所提的SC-RIS硬件架构和算法，研究团队研制了一块32×32单元的SC-RIS硬件，并基于Xilinx FPGA+AD9361构成软件定义无线电平台实现了完整的正交频分复用（OFDM）通信系统，进行了RIS辅助的OFDM通信系统实测。图5中的实测结果表明：在不同的基站-用户角度配置下，该全息定位算法能够将俯仰角和方位角的定位误差分别降低至2.61°与5.24°。受益于最大似然超分辨率算法的应用，全息定位算法的误差可以低于相应阵列分辨率极限（6.62°）。在完成对用户的全息定位之后，就可以根据用户相对于RIS的几何关系来计算RIS赋相矩阵，从而完成RIS波束赋形。实测结果表明，对未调制信息的单音信号，所提RIS闭环控制方案能够在RIS不受基站控制的前提下，相比随机RIS赋相获得16.4dB的用户接收信号功率增益。
图5.全息定位算法的实测性能
如图6所示，通信系统级实测表明，在启用SC-RIS自动波束赋形功能后，SC-RIS能够自主获取用户方位并进行波束赋形，OFDM接收机能获得12dB的平均接收信号功率增益，且OFDM接收机的信道估计、符号解调以及信息解码过程均得到明显改善。
图6.SC-RIS辅助OFDM通信系统的实测结果
该研究针对RIS受基站控制而无法独立自主工作这一瓶颈问题，创新性地引入了光学中全息干涉的思想，通过在RIS单元上集成微波功率计，构成SC-RIS这一新的硬件结构。SC-RIS能够自主检测RIS表面的电磁干涉全息图，并利用全息定位算法完成用户定位，基于此可进行自主波束赋形，最终实现了脱离基站控制的自主控制。该研究工作也为RIS的设计提供了新的思路，即RIS的信道状态信息获取与电磁调控可以由RIS本身自主完成，从而有望使RIS成为无线通信环境中独立的智能体，在无线网络中自主感知无线环境的变化并实时做出响应，以独立完成通信、感知等多重任务。
研究成果以“光学全息启发的自控制智能超表面”（A self-controlled reconfigurable intelligent surface inspired by optical holography）为题，于10月29日发表于《自然·电子学》（Nature Electronics）。
清华大学电子工程系教授戴凌龙、东南大学信息科学与工程学院崔铁军院士为论文共同通讯作者。清华大学电子工程系2021级博士生朱结奥、东南大学信息科学与工程学院2025级博士生顾泽为论文共同第一作者。
研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目等的支持。
鏂囩珷鏉ユ簮清华大学锛屽垎浜彧涓哄鏈氦娴侊紝濡傛秹鍙婁镜鏉冮棶棰樿鑱旂郴鎴戜滑锛屾垜浠皢鍙婃椂淇敼鎴栧垹闄ゃ
-
2026骞4鏈堥珮褰曠敤妫绱㈠揩鍥介檯瀛︽湳浼 32
-
2026骞寸鍏眾璁＄畻鏈恒佹帶鍒跺拰鏈哄櫒浜 102
-
2026璧勬簮銆佸寲瀛﹀寲宸ヤ笌搴旂敤鏉愭枡鍥介檯 1529
-
2026骞翠汉宸ユ櫤鑳芥暀鑲叉妧鏈笌鏁版嵁绉戝 535
-
2026骞村浘鍍忓鐞嗕笌鏁板瓧鍒涙剰璁捐鍥介檯 1294
-
2026骞存満姊板伐绋嬶紝鏂拌兘婧愪笌鐢垫皵鎶鏈 5759
-
2026骞存潗鏂欑瀛︺佷綆纰虫妧鏈笌鍔ㄥ姏宸 1546
-
2026骞寸浜屽眾鏃犵嚎涓庡厜閫氫俊鍥介檯浼氳 2307
-
2026骞村鏉愬埗閫犮3D鎵撳嵃涓庡垱鏂拌 03-13
-
2026骞磋溅杈嗗伐绋嬩笌鏂拌兘婧愭苯杞﹀浗闄呬細 03-13
-
2026骞寸簿瀵嗘満姊般佷华鍣ㄤ华琛ㄤ笌浼犳劅鎶 03-13
-
2026骞存満鍣ㄤ汉鎶鏈佹櫤鑳借澶囦笌鑷姩 03-13
-
2026骞撮氫俊绯荤粺銆佺綉缁滀笌淇″彿澶勭悊鍥 03-13
-
2026骞存櫤鑳藉埗閫犮佸伐涓氫簰鑱旂綉涓庢暟瀛 03-13
-
2026骞寸幆澧冩不鐞嗐佺敓鎬佷慨澶嶄笌纰充腑鍜 03-13
2026骞村尯鍧楅摼鎶鏈笌鍩虹妯″瀷鍥介檯瀛︽湳浼氳锛.
2026骞存暟鏅虹粍缁囦笌绠＄悊鍥介檯瀛︽湳浼氳 (IC.
IEEE鍑虹増锝滅浜屽眾瑙嗚銆佸厛杩涙垚鍍忓拰璁＄畻鏈烘妧.
绗叚灞婄敓鐗╁尰瀛︿笌鐢熺墿淇℃伅宸ョ▼鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圛.
绗簩灞婃帶鍒剁郴缁熶笌鐢垫皵宸ョ▼鍥介檯瀛︽湳浼氳(ICC.
IEEE鍑虹増锝滅浜屽眾鍏堣繘鑳芥簮绯荤粺涓庣數鍔涚數瀛愬浗.
绗簩灞婅蒋浠跺伐绋嬩笌璁＄畻鏈哄簲鐢ㄥ浗闄呭鏈細璁紙SE.
绗叚灞婂厛杩涙潗鏂欎笌鏈烘鐢靛瓙鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圛CA.
绗簩灞婁汉宸ユ櫤鑳姐佷汉鏈轰氦浜掍笌鑷劧璇█澶勭悊鍥介檯瀛.
2026骞寸涔濆眾浜哄伐鏅鸿兘涓庡ぇ鏁版嵁鍥介檯浼氳 (.
2026骞寸浜斿眾浜戣绠椼佽绠楁満瑙嗚鍜屽浘鍍忓鐞.
2026骞村姩鍔涘涓庢満姊板伐绋嬪浗闄呭鏈爺璁ㄤ細 (.
2026骞寸鍏眾璁＄畻鏈哄浘褰㈠銆佸浘鍍忎笌鍙鍖栧浗.
绗叓灞婁俊鎭瀛︺佺數姘斾笌鑷姩鍖栧伐绋嬪浗闄呭鏈細璁.
绗笁灞婃満鍣ㄥ涔犱笌鏅鸿兘璁＄畻鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圡LI.
绗叚灞婅嚜鍔ㄥ寲鎺у埗銆佺畻娉曚笌鏅鸿兘浠跨敓鍥介檯瀛︽湳浼氳.
2026 骞寸涓夊眾璁＄畻锛屾満鍣ㄥ涔犱笌鏁版嵁绉戝鍥.
绗崄涓夊眾鍏堣繘鍒堕犳妧鏈笌鏉愭枡宸ョ▼鍥介檯瀛︽湳浼氳 .
绗簩灞婁汉宸ユ櫤鑳戒笌浜у搧璁捐鍥介檯瀛︽湳浼氳 锛圓I.
2026骞撮噺瀛愯绠椾笌浜哄伐鏅鸿兘鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圛.
2026骞寸鍏眾璁＄畻鏈鸿瑙変笌妯″紡鍒嗘瀽鍥介檯瀛︽湳.
绗竷灞婃満姊颁华琛ㄤ笌鑷姩鍖栧浗闄呭鏈細璁(ICMI.
2026骞寸鍥涘眾浜氭床鏈哄櫒瀛︿範銆佺畻娉曚笌绁炵粡缃戠粶.
2026骞寸鍥涘眾浜氭床璁＄畻鏈鸿瑙夈佸浘鍍忓鐞嗕笌妯.
2026骞翠汉宸ユ櫤鑳戒笌鏁版嵁鎸栨帢鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圓.
2026骞寸浜斿眾缃戠粶銆侀氫俊涓庝俊鎭妧鏈浗闄呬細璁.
2026骞存櫤鑳芥満鍣ㄤ汉涓庢帶鍒舵妧鏈浗闄呬細璁(CI.
2026骞翠紶鎰熷櫒鎶鏈佽嚜鍔ㄥ寲涓庢櫤鑳藉埗閫犲浗闄呬細.
-
2026骞翠腑绉戦櫌鏈熷垔鍒嗗尯琛紙鏂伴攼10
-
2025骞翠袱闄㈤櫌澹閫夋湁鏁堝欓変汉4281
-
2025鏈鏂癑CR鍒嗗尯鍙婂奖鍝嶅洜瀛11266
-
濂藉鏈:绉戠爺缃戝潃瀵艰埅|瀛︽湳澶存潯鍒5427
-
2025骞村浗闄呮湡鍒婇璀﹀悕鍗曞彂甯!5541
-
2025骞翠腑绉戦櫌鏈熷垔鍒嗗尯琛ㄩ噸纾呭彂18728
-
涓浗绉戝崗銆婇噸瑕佸鏈細璁洰褰曪紙2011157
-
鍚夋灄澶у鏍￠暱寮犲笇锛氬鏈細璁腑鐨勬彁6696
-
涓浗绉戝ぇ鐮斿埗鍑烘満鍣ㄤ汉鐏靛阀鎵嬫寚灏栧叚03-11
-
鐮旂┒鎻ず閬椾紶澶氭牱鎬у浣曢噸濉戝井鐢熺墿03-11
-
鐮旂┒鍙戠幇鍙岄叞鑳虹被鏉铏墏褰卞搷铚滆渹铚03-11
-
鐮旂┒鎻ず鑱氱劍鍏夊満涓唴绂鑷棆绾圭悊03-11
-
鏂板瀷纾佹祦浣撴満鍣ㄤ汉鐮磋В涓村簥闅鹃03-11
-
鍗椾含澶у鐗╃悊瀛﹂櫌娓╅敠鐢熻棰樼粍鍦ㄤ簹03-11
-
鍗椾含澶у鐗╃悊瀛﹂櫌楂樺姏娉€佽鍥芥枃鍥03-11
-
经济技术开发区大连大学 18322
-
云南大学 18379
-
山东女子学院 21180
-
郑州译线通翻译有限公司 2573
-
MHDT 8536
-
湖北研学博科文化传播有限公司 24434
-
中国国际经济合作学会经济合作部金 18362
-
西藏金谷旅行社 18435
-
北京艾尚国际展览有限公司 24224
-
北京企发展览服务有限公司 21618
-
建筑与土木工程国际会议 23295
-
新天木业有限公司 18277
-
中国北京市西城区 21306
-
绵阳市会议中心 23487
-
中华医学会航海医学分会 18858
-
HKSME 24181
-
febm组委会 2373
-
国际工学技术出版协会 24208
-
农民权益保护与区域发展研究中心 2363
-
涿州众智会务服务有限公司 24270
