可重構(gòu)智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surface, RIS）技術(shù)是一種新興的人工電磁表面技術(shù)，它通過可編程的方式對電磁波進(jìn)行智能調(diào)控，從而在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。超表面具有低成本、低能耗、可編程、易部署等特點(diǎn)，通過構(gòu)建智能可控?zé)o線環(huán)境，有機(jī)會突破傳統(tǒng)無線通信的約束，給未來移動通信網(wǎng)絡(luò)帶來一種全新的范式。

基于中科億海微FPGA的智能超表面通信控制板主要用于控制入射到智能超表面上可重構(gòu)PIN二極管元件的相位和幅度，從而重新配置入射無線電信號的傳播并實(shí)現(xiàn)“智能無線電環(huán)境”，具備多通道同步并行控制能力。具有通道間延遲低、可大規(guī)模拓展、低成本等優(yōu)勢。

圖 方案架構(gòu)圖

本方案由FPGA處理單元、接口擴(kuò)展和控制單元、存儲器單元、電源單元組成。FPGA處理單元主要實(shí)現(xiàn)數(shù)字IO接口的數(shù)據(jù)輸入/輸出，以及數(shù)字信號的通信控制功能，支持以太網(wǎng)、串口信息輸入。接口擴(kuò)展和控制單元采用移位寄存器芯片與FPGA處理單元相連，實(shí)現(xiàn)基于FPGA的IO通道接口擴(kuò)展及控制功能。存儲器單元主要實(shí)現(xiàn)可編程參數(shù)固化存儲的功能。電源單元通過繼電器方式由FPGA實(shí)現(xiàn)PIN二極管對正偏和反偏電壓輸出的功能。

圖 智能超表面通信控制板--通道電壓并行控制版

方案特點(diǎn)

直接信息調(diào)制：在無線通信中，利用智能超表面單元直接將數(shù)字信息調(diào)制到射頻載波上，降低硬件復(fù)雜度和成本，適用于大規(guī)模發(fā)射機(jī)和無源物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的數(shù)據(jù)傳輸；

智能無線環(huán)境：提高無線信道增益，提升信號質(zhì)量及空間復(fù)用，構(gòu)建智能無線環(huán)境。有助于克服非視距傳輸問題，服務(wù)邊緣用戶，增強(qiáng)通信安全，促進(jìn)感知定位，優(yōu)化無線通信性能和安全性；

可配置通道數(shù)，最大支持1024個通道的IO獨(dú)立控制，通道間同步抖動小于20ns；

支持三種工作模式：固定參數(shù)數(shù)據(jù)，周期≥0.2us的通道狀態(tài)控制；上位機(jī)可發(fā)送1024bit數(shù)據(jù)，秒級更新1024通道狀態(tài)；固化最多32個1024bit矩陣，32種按鍵切換通道狀態(tài)；

控制板輸入控制接口支持100/10Mbps的以太網(wǎng)接口及串口；

64Kb板載存儲控制數(shù)據(jù)容量；

配置LED燈顯示各通道通斷狀態(tài)；

支持控制板輸出電壓信號的幅值和極性。PIN二極管正偏時輸出電壓0.5-3V，反偏時1-26V。所有通道輸出電壓一致。

典型應(yīng)用

智能超表面通信控制板主要應(yīng)用于5G/6G通信領(lǐng)域，以及相關(guān)的工業(yè)自動化、物聯(lián)網(wǎng)、能源管理、安全監(jiān)控、物流和倉儲、農(nóng)業(yè)和環(huán)境監(jiān)測、航天領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域等。