可重構智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surface, RIS）技術是一種新興的人工電磁表面技術，它通過可編程的方式對電磁波進行智能調控，從而在多個領域展現出巨大的應用潛力。超表面具有低成本、低能耗、可編程、易部署等特點，通過構建智能可控無線環境，有機會突破傳統無線通信的約束，給未來移動通信網絡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現“智能無線電環境”，具備多通道同步并行控制能力。具有通道間延遲低、可大規模拓展、低成本等優勢。

圖 方案架構圖

本方案由FPGA處理單元、接口擴展和控制單元、存儲器單元、電源單元組成。FPGA處理單元主要實現數字IO接口的數據輸入/輸出，以及數字信號的通信控制功能，支持以太網、串口信息輸入。接口擴展和控制單元采用移位寄存器芯片與FPGA處理單元相連，實現基于FPGA的IO通道接口擴展及控制功能。存儲器單元主要實現可編程參數固化存儲的功能。電源單元通過繼電器方式由FPGA實現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

直接信息調制：在無線通信中，利用智能超表面單元直接將數字信息調制到射頻載波上，降低硬件復雜度和成本，適用于大規模發射機和無源物聯網，實現低成本、高效率的數據傳輸；

智能無線環境：提高無線信道增益，提升信號質量及空間復用，構建智能無線環境。有助于克服非視距傳輸問題，服務邊緣用戶，增強通信安全，促進感知定位，優化無線通信性能和安全性；

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

支持三種工作模式：固定參數數據，周期≥0.2us的通道狀態控制；上位機可發送1024bit數據，秒級更新1024通道狀態；固化最多32個1024bit矩陣，32種按鍵切換通道狀態；

控制板輸入控制接口支持100/10Mbps的以太網接口及串口；

64Kb板載存儲控制數據容量；

配置LED燈顯示各通道通斷狀態；

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。

典型應用

智能超表面通信控制板主要應用于5G/6G通信領域，以及相關的工業自動化、物聯網、能源管理、安全監控、物流和倉儲、農業和環境監測、航天領域、醫療領域等。