Интеллектуальные радиосреды на основе реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей: принципы работы, состояние исследований и перспективы

Реконфигурируемые интеллектуальные поверхности (RIS) представляют собой перспективную технологию передачи данных для беспроводной связи. RIS могут реализовываться различными способами, включая (i) крупные антенные решётки из недорогих антенн, обычно размещённых на расстоянии, равном половине длины волны, и (ii) плоские или конформные крупноразмерные поверхности на основе метаматериалов, элементы рассеяния которых имеют размеры и расстояния между ними, значительно меньшие длины волны. По сравнению с другими технологиями передачи, такими как фазированные антенные решётки, многoантенные передатчики и ретрансляторы, RIS требуют наибольшего числа элементов рассеяния, однако каждый элемент оснащается наименьшим числом наиболее дешёвых компонентов. Кроме того, усилители мощности обычно не требуются. По этим причинам RIS представляют собой перспективную программно-конфигурируемую архитектуру, которую можно реализовать при сниженных стоимости, размерах, массе и энергопотреблении (архитектура C-SWaP), и рассматриваются как ключевая технология для реализации формирующейся концепции интеллектуальных радиосред (SRE). В настоящей статье мы (i) представляем формирующееся направление исследований интеллектуальных радиосред на основе RIS; (ii) рассматриваем наиболее подходящие применения RIS в беспроводных сетях; (iii) предлагаем электромагнитно-ориентированную теоретико-коммуникационную основу для анализа и оптимизации RIS на основе метаматериалов; (iv) даём всесторонний обзор современного состояния исследований; и (v) обсуждаем наиболее важные исследовательские задачи, требующие решения. Ввиду междисциплинарного характера интеллектуальных радиосред на основе RIS мы, наконец, подчёркиваем необходимость согласования и объединения математической теории связи К. Э. Шеннона с математическими теориями электромагнетизма Г. Грина и Дж. К. Максвелла для корректного моделирования, анализа, оптимизации и развертывания будущих беспроводных сетей на основе RIS.