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可重构智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surface, RIS）技术是一种新兴的人工电磁表面技术，它通过可编程的方式对电磁波进行智能调控，从而在多个领域展现出巨大的应用潜力。超表面具有低成本、低能耗、可编程、易部署等特点，通过构建智能可控无线环境，有机会突破传统无线通信的约束，给未来移动通信网络带来一种全新的范式。
基于中科亿海微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构PIN二极管元件的相位和幅度，从而重新配置入射无线电信号的传播并实现“智能无线电环境”，具备多通道同步并行控制能力。具有通道间延迟低、可大规模拓展、低成本等优势。
图 方案架构图
本方案由FPGA处理单元、接口扩展和控制单元、存储器单元、电源单元组成。FPGA处理单元主要实现数字IO接口的数据输入/输出，以及数字信号的通信控制功能，支持以太网、串口信息输入。接口扩展和控制单元采用移位寄存器芯片与FPGA处理单元相连，实现基于FPGA的IO通道接口扩展及控制功能。存储器单元主要实现可编程参数固化存储的功能。电源单元通过继电器方式由FPGA实现PIN二极管对正偏和反偏电压输出的功能。
图 智能超表面通信控制板--通道电压并行控制版
方案特点
· 直接信息调制：在无线通信中，利用智能超表面单元直接将数字信息调制到射频载波上，降低硬件复杂度和成本，适用于大规模发射机和无源物联网，实现低成本、高效率的数据传输；
· 智能无线环境：提高无线信道增益，提升信号质量及空间复用，构建智能无线环境。有助于克服非视距传输问题，服务边缘用户，增强通信安全，促进感知定位，优化无线通信性能和安全性；
· 可配置通道数，最大支持1024个通道的IO独立控制，通道间同步抖动小于20ns；
·支持三种工作模式：固定参数数据，周期≥0.2us的通道状态控制；上位机可发送1024bit数据，秒级更新1024通道状态；固化最多32个1024bit矩阵，32种按键切换通道状态；
·控制板输入控制接口支持100/10Mbps的以太网接口及串口；
·64Kb板载存储控制数据容量；
·配置LED灯显示各通道通断状态；
·支持控制板输出电压信号的幅值和极性。PIN二极管正偏时输出电压0.5-3V，反偏时1-26V。所有通道输出电压一致。
典型应用
智能超表面通信控制板主要应用于5G/6G通信领域，以及相关的工业自动化、物联网、能源管理、安全监控、物流和仓储、农业和环境监测、航天领域、医疗领域等。