西电李龙团队6G智能超表面突破

近日，西安电子科技大学李龙教授团队在6G核心技术领域再传捷报——其研发的电磁多维融合幅散可重构智能超表面成果，以《Electromagnetic All-in-One Radiation-Scattering Reconfigurable Intelligent Metasurface》为题发表于中国顶尖英文学术期刊《国家科学评论》（NSR）。电子工程学院博士生穆亚洁为第一作者，李龙教授担任通讯作者，这项突破为5G-A/6G“万物互连”目标提供了全新技术路径。

一、什么是“电磁多维融合幅散可重构智能超表面”

这个复杂的名称可以拆解为几个关键部分，每一项都是重大创新：

电磁多维融合： 传统RIS主要专注于控制电磁波的反射（像一个智能镜子），功能相对单一。这项技术实现了辐射（主动发射信号）和散射（反射/折射信号）等多种电磁功能在同一个硬件平台上的融合。这意味着，它不再是单一功能的“镜子”，而是一个集“信号发射塔”、“智能反射面”、“波束成形器”于一体的多功能集成系统。

幅散可重构： “幅”指幅度，“散”指波束形状（散射方向）。这项技术能够同时、独立、精确地控制每个单元发射或反射的电磁波的强度（幅度）和方向（相位/波束），实现了对电磁波在空域和能域上的全方位智能调控。

“All-in-One”设计： 这是最大的亮点。它通过一套高度集成的硬件和算法，实现了上述所有功能，避免了为不同功能搭建多套系统的复杂性和高成本，体现了硬件简化、功能强大的设计思想。

简单比喻： 传统的RIS是“智能反光镜”，只能被动调整反射角度来增强某个区域的信号。而李龙教授团队的这项成果，是“智能魔术透镜”。它不仅能反射光（信号），还能自己发光（发射信号），并且能任意改变光的颜色、形状和强度，功能全面且可实时编程。

二、为什么这是一项重大突破？（解决了什么问题？）

作为5G-A/6G的关键候选技术，可重构智能超表面凭借动态调控电磁波的能力，被视作推动通信感知一体化发展的核心力量。但长期以来，现有技术存在一大短板：缺乏对辐射与散射状态的协同调控机制，导致硬件资源利用率低，难以满足未来网络“高集成、低功耗”的演进需求。

当前RIS技术走向实际应用面临几个核心挑战：

• 功能单一： 大多数RIS只能反射，无法主动发射，应用场景受限。
• 调控维度有限： 难以同时精细调控幅度和相位，限制了波束成形的性能。
• 系统复杂： 要实现多功能，往往需要堆叠多个表面或复杂馈电网络，导致成本、体积和功耗增加。

李龙团队的成果恰恰瞄准这一痛点——构建简并集成的辐射-散射一体化调控理论和统一物理平台，将电磁波相位、极化、幅度、波形、频率、时间等多维特性纳入调控范围，实现信息和能量的“按需设计”。这意味着超表面不再是单一功能的“工具”，而是能自主适配场景需求的“智能中枢”。

这项研究的突破性在于：
它在一个物理平面上，通过创新的超表面单元设计和智能算法，首次实现了从单一反射模式到“辐射-散射”多功能一体化自主切换和协同工作。这相当于为RIS赋予了“主动通信”和“被动中继”的双重能力，其灵活性和场景适应性呈指数级提升。

三、技术突破核心：打造“通信-感知-决策-供能”闭环

该成果的最大亮点，在于建立了无线能量与信息的“通信-感知-决策-供能”一体化体系，让多重功能在同一硬件平台无缝集成：

感知与决策：超表面在接收模式下可实时感知外部电磁环境变化，精准判断传感器位置，无需额外配置传感器即可自主做出功能决策；

通信与传能：辐射模式下，超表面能向核心网络发射先验信号，再根据指令向传感器节点自适应传输无线信息与能量；

自供电能力：接收模式中，超表面可同步收集无线能量，经整流后为自身或其他电子设备供电，为无人值守场景提供可能。 从实验室数据来看，该超表面在辐射模式下可实现30°波束扫描，16QAM传输星座图展现出稳定的通信质量；散射模式下，能有效覆盖L形走廊盲区，功率密度分布均匀——这些特性让“动态场景下的高效能量与信息同传”从理论走向现实。

四、对5G-A/6G“万物互连”的意义

这项技术为未来无线网络提供了全新的使能路径：

• 构建“智慧连接”的无线环境： 未来的6G网络，不再是仅依靠基站和终端，而是将整个环境中的表面（如墙壁、广告牌、家居）都变成可编程的智能无线节点。这项技术正是实现这一愿景的核心物理基础。
• 极致覆盖与容量： 可以动态地填补信号盲区（散射模式），也能在热点区域主动建立新的高质量通信链路（辐射模式），实现无死角的、按需服务的“全域覆盖”。
• 高频谱与能源效率： 通过精准的波束赋形，将能量和信息集中传递给目标用户，极大减少干扰和能耗，符合6G绿色通信的要求。
• 支持新应用场景： 在智能交通（车与万物通信）、工业互联网（密集设备连接）、低空经济（无人机通信）、无线感知与通信一体化等复杂场景中，这种多功能、可重构的表面将发挥不可替代的作用。

这项突破不仅揭示了电磁空间能量与信息协同调控的新途径，更带来了显著的实际价值：一体化架构在平衡性能的同时，大幅降低硬件成本与系统功耗，为6G通信、智能无人机续航、无线传感网万物智联提供了全新技术范式。

正如李龙团队一贯的科研理念，这项成果也是践行“四个面向”要求的生动实践——研究得到国家自然科学基金委信息超材料卓越研究群体项目、国家重点研发计划支持，真正把科研论文写在祖国大地上，为实现现代化的伟大事业注入科技力量。

随着6G技术研发的加速推进，这种“多功能集成、低功耗运行”的智能超表面，有望成为连接“人、机、物、境”的关键纽带，让“万物互连、智能协同”的未来图景离我们越来越近。

五、总结和论文信息

西安电子科技大学李龙教授团队的这项工作，不仅仅是发表了一篇高水平论文，更是在6G关键使能技术的硬件架构和系统理念上做出了引领性的贡献。它将RIS从一种“辅助增强”的技术，推向了可能成为未来网络核心基础架构的高度，为真正实现智能、融合、高效的“万物智联”世界奠定了坚实的技术基础。

这充分体现了我国科研团队在6G前沿基础研究领域的深厚积累和创新能力，有望在未来国际6G标准竞争中占据重要地位。

论文信息：

Y. Mu, J. Han, H. Xue, Q. Feng, L. Niu, H. Liu, and L. Li, Electromagnetic All-in-One Radiation-Scattering Reconfigurable IntelligentMetasurface,National Science Review, nwaf470, 03 November 2025.

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf470