Реконфигурируемая интеллектуальная поверхность RIS (Reconfigurable Intelligent Surface) — это поверхностная программируемая структура , которую можно использовать для управления отражением радиоволн путем изменения электромагнитных свойств поверхности.

Поверхности RIS могут быть размещены в радиоканале между передатчиком и приемником, чтобы управлять отражением сигнала. RIS могут использоваться для направления сигналов к приемнику, что приводит к улучшению приема или качества связи (технология Beamforming – формирование луча).

В обычных беспроводных системах, радиоканал рассматривается как неуправляемая сущность, которая может искажать передаваемые радиосигналы. На пути распространения, радиосигнал обычно взаимодействует с широким спектром поверхностей и отражается от них в случайных направлениях, что приводит к помехам и искажениям.

RIS предоставляет способ управления поверхностями, направляя радиосигнал в определенную направлении, что повышает надежность и энергоэффективность передачи сигнала и системы в целом. RIS может увеличить радиус действия беспроводной системы и направить сигналы в труднодоступные места.

Существует два основных подхода, которые можно использовать для реализации RIS для управления характеристиками сигналов (например, отражением, преломлением, поглощением, фокусировкой и поляризацией), а именно, обычные антенные решетки и метаповерхности.

Метаповерхности представляют собой тонкие и плотные двумерные массивы структурных элементов, которые называются метаячейками, (элементарными ячейками или метаатомами), и их размер намного меньше длины волны сигнала. В дополнение к управлению распространением радиоволн, метаповерхности могут использоваться для реализации сложных операций, таких как модуляция данных и математические операции. Кроме того, они способны хранить электромагнитные импульсы в течение коротких периодов времени.

Антенные решетки – это электрически настраиваемые отражающие антенные решетки, способные динамически менять диаграммы направленности. Для этого можно использовать недорогие и пассивные антенные элементы, которые работают как простые отражатели без необходимости в радиочастотных цепях, как в обычных радиосистемах 4G MIMO, использующих несколько передающих и несколько приемных антенн.

В основном конструкции RIS используются для отклонения сигналов в нужном направлении.

Как работает RIS?

RIS сначала поглощает направленный на них радиосигнал, который затем обрабатывается микроконтроллером, а затем снова воспроизводиться и передаётся в определенном направлении с помощью антенных решеток и метаповерхностей. Таким образом, их можно использовать для повышения доступности сотовых радиосигналов в районах с плохим покрытием сети. Отклонение сигналов также можно использовать для сокращения пути, по которому сигналы достигают приемника, чтобы максимизировать эффективность сетевой системы.

Частоты для 5G и 6G захватывают диапазон гигагерцовых и терагерцовых волн, поэтому потребность в поверхностях RIS будет возрастать. Это связано с тем, что сигналы в этих частотных диапазонах не могут распространяться очень далеко или проникать через стены, как это возможно для сигналов сигнал ниже 6 ГГц, используемых сегодня в большинстве технологий сотовой связи (3G/4G/5G до 6 ГГц).

Высокочастотные сигналы необходимо направлять искусственно с помощью RIS, чтобы они проникали внутрь зданий и других сооружений. Сигналы также могут нуждаться в модуляции в соответствии с определенным алгоритмом на пути распространения, что также может быть выполнено с использованием RIS.