RIS控制器將成為未來6G通訊與智慧城市建設中不可或缺的核心支柱，為台灣在全球高頻無線通訊領域搶占技術高地提供強而有力的後盾。
前言
隨著5G／6G毫米波（mmWave）通訊技術迅速推進，傳統通訊系統面臨高頻衰減、訊號遮蔽與視距限制等挑戰，導致訊號傳輸品質不穩，這些限制在6G時代更為明顯，因其將進一步推進至太赫茲（Tera Hertz）頻段，並廣泛應用於智慧城市、工業自動化、遠距醫療與沉浸式體驗等場景，對訊號覆蓋與穩定性提出更高要求；為此，「可重構智慧表面」（Reconfigurable Intelligent Surface, RIS）技術應運而生，成為下一代無線通訊關鍵解方。
RIS利用可編程的超材料反射單元，透過動態調控反射相位與方向，讓訊號得以繞過障礙並精準傳遞，其本質上為一種具備低功耗、可重構的「智慧鏡面」，能有效提升訊號覆蓋與品質；不過，要發揮RIS的最大效能，還需仰賴核心控制中樞的RIS控制器（RIS Controller）。RIS控制器需即時感知環境與設備狀態，運用演算法動態調整相位參數，打造具備自適應能力的反射策略，確保訊號能夠適應不同環境與應用場景，例如智慧工廠、智慧醫院和智慧校園等。本文探討RIS控制器在6G通訊系統中的核心角色，如何動態調控 RIS，以解決通訊死角問題，並支撐未來通訊網路的高效能與靈活部署。
精彩內容
1. RIS的基本原理與控制器調控機制
2. RIS控制器架構與應用功能介紹
3. RIS控制器的應用情境
4. RIS 控制器的未來發展與優化 |
5G／6G毫米波通訊挑戰
隨著5G通訊技術的成熟與6G研究的推進，毫米波（mmWave）頻段的應用成為高速無線通訊的重要關鍵。毫米波具備更強的空間分辨能力，能夠更準確地控制訊號的發射方向，有助於提升網絡的覆蓋效率。然而，儘管毫米波技術在5G中已具備初步部署基礎，面向6G的應用仍面臨諸多技術挑戰。
- 高頻衰減與傳播限制
毫米波訊號的傳播損耗遠遠高於低頻段訊號。由於其波長較短，毫米波訊號在傳播過程中容易受到空氣、水蒸氣和氧氣分子的吸收，導致傳輸距離受限，影響訊號的穩定性。例如在城市環境中，這種現象較為明顯，使得毫米波的有效覆蓋範圍大幅受限。6G將進一步探索太赫茲（THz）頻段，其傳播特性將面臨更劇烈的衰減挑戰，對新型低損耗材料、超高精度波束追蹤技術及能效控制提出更高要求。
- 穿透能力弱
在城市環境中的建築物、牆壁、樹木等物體會對毫米波訊號形成嚴重阻擋，導致大量的通訊死角。這種情況下，即使是高速公路上的車輛、行人或其他移動智能設備都可能對毫米波的傳輸路徑產生阻擾，從而造成通訊中斷。為了改善穿透能力弱的問題，6G導入RIS技術，藉由在環境中部署可編程的被動元件，主動引導訊號繞過障礙物，有效提升傳輸穩定性與可用性。
- 視距要求高
毫米波通訊要求嚴格的視距傳輸，這是因為高頻訊號的繞射能力極弱，訊號無法有效繞過障礙物進行傳播。這意味著5G／6G毫米波基地台的部署需要非常密集，以確保用戶能夠保持穩定的訊號連接。尤其是在城市環境下，這大大增加了基地台建設的成本和難度。
RIS的基本原理與控制器調控機制
在6G的新一代無線通訊系統中，RIS是一種新興的技術。它可以被想像成是一種智慧牆面，雖然自己不會發射訊號，但可以幫助訊號繞過障礙物，改善通訊品質與範圍。
- RIS的基本原理
RIS的基本原理是一種基於超材料的技術，能夠針對特定的電磁波進行動態的反射和調控方向。RIS由可編程的微型天線陣列組成，每個單元可以獨立調整訊號的反射相位，以最佳化傳輸效果。當入射訊號到達RIS時，每個反射單元根據預設的控制策略改變相位，形成特定的波束方向，從而引導訊號繞過障礙物並抵達目標接收端。這種技術不僅可以提升訊號的覆蓋範圍，還能有效降低干擾並提高通訊品質。關於RIS的基礎架構介紹，讀者可以閲讀電腦與通訊第199期的「毫米波CMOS晶片整合實現低功耗RIS智慧反射表面設計」 [1]。
RIS主要由以下幾個部分構成：
- RIS陣列結構平面（RIS Array Plane）：由大量可編程的電磁單元組成，這些單元以矩陣形式排列，能夠根據外部控制訊號調整其對電磁波的反射、折射或散射行為。此平面是RIS結構的核心，負責空間波束的調控與操控。
- RIS電磁單元（RIS Unit）： 每個單元包含可變電容元件與相位調控電路，可動態調整其反射係數（幅度與相位）。常見的實作材料與元件包括液晶（Liquid Crystal）、互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor；CMOS）、PIN二極體（PIN-Diode）、變電容元件（Varactor）等材料，以動態改變單元的電磁特性。
- RIS相位控制單元（RIS Phase Control Unit）：負責連接並控制每個RIS單元，接收來自RIS控制器（RIS Controller）的指令，並對單元的相位與幅度參數進行即時調整。此單元通常包含數位控制邏輯、電壓調變電路或其他控制機制，確保整體RIS能按照預期模式運作。
- RIS控制器調控機制
RIS控制器是RIS系統的核心組件，負責監測環境條件並計算最佳相位配置、優化和發送控制指令，以確保RIS能有效繞過障礙物並到達接收端。RIS控制器主要執行以下功能：
- 環境感知：透過感測器與回饋機制監測終端設備位置與實時監測無線環境變化，如訊號強度、路徑損耗和干擾情況。這些數據有助於確定最優的波束成形（Beamforming）策略。
- 演算法計算：由於RIS本身不具備主動發射或接收訊號的能力，因此RIS控制器需要通過基地台或終端設備協助進行路徑的估計。RIS控制器利用機器學習與最佳化演算法來計算最佳的RIS相位設定，進而提升訊號增益。
- 相位與振幅調控：RIS控制器根據計算結果即時更新RIS反射單元的相位偏移和振幅，確保訊號最佳傳輸。
RIS控制器架構與應用功能
在多台RIS組成的網路環境下，如何進行即時且最佳化的相位控制是RIS控制器系統面對的主要挑戰。工研院設計並開發了一套被動式RIS控制器架構，具備高度彈性與應用擴展性，還能支援多種材質與實作方式的RIS元件，包括PIN二極體、液晶以及CMOS等反射控制介面。RIS控制器核心功能涵蓋以下幾點：
- 多材質支援與彈性反射控制介面整合：如圖1所示，RIS控制器可依據不同RIS裝置硬體進行抽象化控制，提供通用的介面與參數設定邏輯，使得開發者能針對PIN-Diode、液晶與CMOS等不同反射結構，進行一致性操作與設定。
圖1 RIS控制器支援多材質RIS
- RIS反射配置（Profiles）：如圖2所示，RIS控制器能動態讀取與套用預先定義的Profile，並根據通訊需求調整RIS的反射方向，以提升主要通訊鏈路中的訊號強度與效率。
圖2 RIS反射Profile配置
- 自動化Profile最佳化推薦機制：RIS控制器能根據發射端（Transmitter, TX）與接收端（Receiver, RX）的即時位置與連線狀況，自動計算出最佳化的RIS反射配置，藉此強化接收端訊號強度。
- 全域網路資訊整合架構：為達到精確的反射控制，系統需整合發射端、終端裝置、RIS元件與環境障礙物之間的位置資訊。如圖3所示，RIS控制器透過整合多個資訊來源進行全域反射角度判斷，實現動態且精準的相位控制。
o BS Manager由服務管理與編排（Service Management and Orchestration, SMO）獲取TX參數與位置資訊。
o UE Manager透過通感融合（Integrated Sensing and Communication, ISAC）設備追蹤RX終端設備狀態與位置。
o Obstacle Manager由網路布建規劃軟體（Planner）獲取環境中障礙物的位置與屬性。
o RIS Manager透過RIS介面獲取其Profiles系統中的控制參數、方位與位置資訊。
圖3 RIS控制器架構圖
Controller Manager整合上述資訊後，提供給Algorithm計算出最佳化相位配置，並發送Profile配置對應到RIS裝置執行。
綜上所述，為驗證RIS控制器在真實情境下的可行性與成效，工研院進行了一系列實驗與模擬分析研究。
圖4 RIS控制器實驗與模擬分析最佳Profile配置
如圖4所示，實驗場景中包含TX與RX的號角天線，以及一組英國貝爾法斯特女王大學（Queen’s University Belfast, QUB）的被動式RIS。RIS控制器在此實驗中，主要用來評估該RIS在不同Profile下的訊號強度表現。透過模擬測試，RIS控制器能在多組預設Profiles中，自動選出最佳配置。圖4結果顯示，Profile 7為最適合該實驗場景之相位設置，能夠將接收端訊號強度提升達10 dBm，顯著提升通訊品質。
隨著6G網路對高頻、大頻寬、低延遲與智慧環境支援的需求增加，RIS控制器將成為提升通訊效能的關鍵元件，能有效強化訊號覆蓋、降低能耗並支援智慧環境調控，尤其適用於高頻訊號易受阻擋的城市與室內場景。然而，為實現大規模應用，RIS控制器也面臨多項挑戰，包括需即時處理大量反射單元的高維控制問題、整合終端與環境的感知資訊、支援更多其它異質RIS材料與介面，以及強化自動化與AI智慧優化能力，這些都是未來6G網路架構設計的關鍵技術。
RIS控制器的應用情境
- 智慧工廠
由於工廠環境內部充滿大量金屬設備與機械結構，導致毫米波訊號傳輸衰減。因此，可以部署RIS在工廠的各個角落，幫助解決設備之間的訊號傳輸問題。即使在死角，也同樣能夠保持訊號傳輸。如圖5所示，智慧工廠裡的自主移動機器人（Autonomous Mobile Robot, AMR）與自動導引車（Automated Guided Vehicle, AGV），這些設備需要即時獲取生產管理系統的指令並與其他設備協作。然而在透過RIS控制器監測AMR與AGV的動態位置，自動調整RIS反射相位，使訊號繞過障礙物，確保設備穩定通訊。
圖5 智慧工廠應用情境示意圖（本圖為AI生成）
- 智慧醫院
在智慧醫院中，可部署RIS於病房、診間與手術室等訊號容易衰減或遮蔽的區域，協助提升無線通訊的穩定性與覆蓋範圍。RIS控制器負責依照即時環境資訊與設備連線狀況，調整RIS的相位配置，確保醫療設備資料、病患生理監控訊號與醫療影像能穩定傳輸。如圖6所示，在病房、診間或手術室，可透過RIS控制器協調，提前動態調整RIS相位，讓小基地台通訊無線感測器與醫療裝置持續保持穩定連線。RIS可應用於需高頻寬傳輸的影像設備區域，如圖7為例，RIS控制器和RIS可協助提升磁振造影裝置（Magnetic resonance imaging, MRI）與醫生手上移動裝置間的通訊服務。
圖6 智慧醫院應用情境示意圖（本圖為AI生成）
圖7 磁振造影設備通訊應用示意圖（本圖為AI生成）
- 智慧校園
大型校園中的建築物容易形成通訊死角。RIS可應用於大型講堂、實驗室與戶外教學區等場景，以提升無線網路的訊號品質與覆蓋一致性。RIS控制器根據上課時段、人流密度與裝置連線情況，自動控制RIS，對無線訊號進行反射與調整，以支援穩定的教學與校務作業。以圖8為例，分別呈現智慧校園之室內與室外場景。室內教室RIS控制器可透過學生與教師的移動裝置位置，即時調整反射角度，使5G訊號覆蓋整個校園與確保校内裝置的網路連線穩定不中斷。在校園的開放空間，RIS可設置於牆面或燈柱上，藉由RIS控制器和RIS補強訊號死角，讓整體校園環境保持良好通訊品質。
圖8 智慧校園室內外應用示意圖（本圖為AI生成）
- 低空經濟
RIS也展現出在低空經濟（Low-Altitude Economy, LAE）中的新興應用潛力。低空經濟場景包括無人機（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）、高空平台（High Altitude Platform, HAP）等，這些設備常常在高空、建築遮蔽或遠距離環境下運作，容易遭遇基地台訊號中斷或傳輸不穩的問題。此時，RIS可被部署於建築物外牆、燈柱或橋樑等位置，以反射與導引基地台訊號，協助無人機或HAP維持穩定通訊連線，在成本考量下補足地面基地台之不足。如圖9所示，在低空空域中，RIS控制器可根據無人機或高空平台的即時位置與飛行軌跡，自動調整RIS的反射相位與方向，使基地台訊號能有效繞射至空中設備，彌補其通訊盲區。相較於建置更多基地台，RIS具備低功耗、輕量與高部署彈性等優勢，成為低空經濟場景中的理想輔助通訊技術。
圖9 低空經濟應用示意圖（本圖為AI生成）
RIS控制器的未來發展與優化
- 人工智慧（AI）技術
RIS控制器可結合人工智慧技術，透過歷史通訊數據與環境資訊進行學習，預測與優化相位配置，進一步提升對環境變化的動態適應能力。例如，運用機器學習演算法進行通道估計與波束選擇，以自動調整RIS元件的參數配置，提升系統總體效能。
- 主動與被動式RIS架構
未來RIS技術發展將涵蓋主動與被動RIS的混合應用。被動RIS以低功耗反射訊號為主，而主動RIS則內建增益放大器，可在訊號衰減嚴重的場景下，主動增強訊號強度。RIS控制器需能根據網路需求選擇適當模式，實現彈性化、能效與效能兼具的通訊策略。
- RIS控制器與基地台的協作技術
當討論RIS控制器與地面基地台的協作應用時，將面臨兩大挑戰：其一是RIS本身的技術限制，其二是基地台技術的快速演進。首先，RIS多為無源裝置，無法主動放大訊號，反射效能受限，雖然有主動式RIS，但會增加成本與耗能，偏離其低功耗、低成本的初衷。此外，RIS需仰賴精準定位UE或波束來源來最佳化反射效果，否則容易效果不穩。另一方面，基地台技術正快速進步，如Massive MIMO與智慧波束成形（beamforming）已能主動補償訊號死角。此外，小型基地台成本下降與部署靈活性提升，讓業者傾向直接補點部署而非額外加裝RIS。隨著AI輔助的網路管理系統日益成熟，基地台本身已能動態優化資源配置，進一步壓縮了對RIS的需求。因此，未來RIS若要維持市場定位，必須朝向與基地台深度協作、提升智能控制能力與探索主動式應用等方向發展。
RIS控制器的標準化發展
目前RIS控制器尚未有完整一致的國際標準規範，但標準化的趨勢與架構正逐步成形，特別是在歐洲與國際主流電信標準組織的共同推動下逐漸具體化。在歐洲，歐洲電信標準協會（European Telecommunications Standards Institute, ETSI）成立了 Industry Specification Group on RIS（ISG RIS），專責推動RIS技術之標準化 [2]。ISG RIS 目前已針對 RIS 系統的應用場景、控制架構、軟體定義介面（Software-Defined RIS, SD-RIS）、通信模型與性能評估等領域發布多份關鍵技術報告，包括：描述多種RIS應用案例與潛在部署場景，界定RIS控制器應具備的即時回饋與網路協同能力 [3]；聚焦RIS系統內部的功能模組與角色分離，提出控制單元間需標準化的介面設計與策略控制資料格式 [4]；建立RIS專屬的通信與信道模型框架，定義評估方法與性能指標，以支持可比較的模擬與測試 [5]；聚焦SD-RIS架構下中央與本地控制單元的分工，說明控制訊息的功能需求與實作考量 [6]；以及探討RIS如何應用於MIMO系統中實現分集與多工增益，提供對未來蜂巢式網路設計的重要參考 [7]。
這些報告共同奠定了RIS控制器技術與設備整合的標準化藍圖，有助於促進跨製造商設備間的互通性、網路協同運作與部署彈性。另一方面，在國際電信標準化的主流體系中，3rd Generation Partnership Project（3GPP）也針對類似技術進行研究。雖然截至Release 18為止，尚未將RIS技術正式納入5GNR標準，但在技術報告TR38.867中 [8]，3GPP提出了一種稱為Network-Controlled Repeater（NCR）的架構，其可接收來自基地台的側邊控制資訊（Side Control Information），如波束方向、時序參數、TDD配置、開關控制及功率調節等。這種能力使NCR能動態因應特定網路需求進行參數調整，如強化空間指向性、減少不必要訊號放大或控制能耗，其目標與RIS控制技術高度相似。3GPP也啟動了與NCR相關的工作項目，針對NCR的控制機制與操作程序進行更進一步的標準化。
綜合而言，RIS控制器的標準化正處於多方協作與快速演進階段，未來將朝向高度模組化、軟體定義與智慧化協同控制的方向發展。
結論
綜合來看，毫米波的產業應用潛力正逐步實現，而RIS控制器技術的持續創新與標準化推進，將為高頻段無線通訊的廣泛部署提供關鍵支撐，成為實現6G時代智慧連接的核心技術之一。RIS技術之所以備受重視，源於其能有效解決毫米波通訊在視距限制與遮蔽衰減上的瓶頸，並以低功耗、高彈性與可程式化的反射面結構，改變傳統被動的電波傳輸環境，轉而實現主動調控的智慧通訊場域。隨著智慧城市、智慧製造與沉浸式應用的興起，對高頻、大容量、低延遲網路的需求日益提升，RIS的開發正是回應新世代無線通訊挑戰的關鍵戰略。
在國內，工研院深耕RIS控制技術，具備從基礎硬體設計、通訊演算法開發到場域應用整合的實力。其自研RIS控制平台支援多材質反射面與動態調變機制，結合軟體定義網路架構與AI智慧演算，能根據環境變化與應用場景進行即時調整，大幅提升系統穩定性與通訊效能，展現高度的技術自主性與應用靈活性。
RIS控制器的核心價值，在於其整合終端設備、基地台與環境感知資料的能力，可實現動態波束控制、智慧資源配置與節能傳輸。從智慧工廠的即時協作、自動化設備通訊，到智慧醫療中高可靠性的訊息傳遞，再到校園網路的全域覆蓋，RIS控制器作為通訊中樞的角色愈發關鍵，促成跨場域、高密度、高品質的連結需求。
產業觀察顯示，儘管韓國毫米波5G進展不如預期，對其全球領先地位構成挑戰，但美國、日本、印度、德國、新加坡、澳洲等國皆已積極投入28 GHz等高頻段的5G基地台部署 [9] [10]，顯示全球對毫米波技術應用的肯定與信心。在智慧工廠等垂直應用領域，毫米波因其高頻寬與高容量特性，更是實現低延遲、高密度連結的關鍵。德國與日本亦已將28 GHz頻段納入專網規劃，顯示此頻段與未來智慧製造的需求高度對接。台灣方面，運營商早已競得28 GHz頻段，未來亦可望導入於智慧工廠與園區的專網布建，補足sub-6 GHz頻段在容量與速度上的限制。在此產業脈動下，台灣不僅掌握RIS硬體製造優勢，也逐步建立RIS控制器的自主研發能力。
展望未來，RIS控制器技術將邁向支援主動式與被動式RIS的混合架構，結合AI自我學習與環境感知機制，實現自適應的波束最佳化與通訊參數調整。工研院與英國QUB合作實證也顯示，RIS控制器可顯著提升毫米波通訊的穩定性與效率，對智慧應用場域具有實質貢獻。國際間包括ETSI、3GPP等標準機構亦正加速制定相關控制協定與通訊架構，預期將推動全球RIS設備間的互通性與部署效率。隨著技術成熟與應用擴展，RIS控制器將成為未來6G通訊與智慧城市建設中不可或缺的核心支柱，為台灣在全球高頻無線通訊領域搶占技術高地提供強而有力的後盾。
參考文獻
[1] 李偉宇, 王棓熲, 鍾豐旭, 鍾蔿, 莊玉如, 江蔡旻 and 陳正中, "毫米波CMOS晶片整合實現低功耗RIS智慧反射表面設計," 電腦與通訊, Sep. 2024. [Online]. Available at https://ictjournal.itri.org.tw/xcdoc/cont?xsmsid=0M236556470056558161&sid=0O270519549658002234.
[2] Sophia Antipolis, "ETSI releases first use cases for Reconfigurable Intelligent Surface", 16 May. 2023. [Online]. Available at https://www.etsi.org/newsroom/press-releases/2236-etsi-releases-first-use-cases-for-reconfigurable-intelligent-surface
[3] ETSI GR RIS 001 V1.2.1 (2025-02), "RIS Use Cases, Deployment Scenarios and Requirements", ETSI Industry Specification Group on RIS（ISG RIS）; Group Report (GR).
[4] ETSI GR RIS 002 V1.2.1 (2025-02), "RIS Technological challenges, architecture and impact on standardization", ETSI Industry Specification Group on RIS（ISG RIS）; Group Report (GR).
[5] ETSI GR RIS 003 V1.2.1 (2025-02), "RIS Communication Models, Channel Models, Channel Estimation and Evaluation Methodology", ETSI Industry Specification Group on RIS（ISG RIS）; Group Report (GR).
[6] ETSI GR RIS 004 V1.1.1 (2025-03), "RIS Implementation and Practical Considerations", ETSI Industry Specification Group on RIS（ISG RIS）; Group Report (GR).
[7] ETSI GR RIS 005 V1.1.1 (2025-02), "Diversity and Multiplexing of RIS-aided Communications", ETSI Industry Specification Group on RIS（ISG RIS）; Group Report (GR).
[8] 3GPP TR 38.867 V18.0.0 (2022-09), "Study on NR network-controlled repeaters", 3rd Generation Partnership Project (3GPP); Technical Report (TR).
[9] Yokohama National University, NTT DOCOMO, INC., NIHON DENGYO KOSAKU Co., Ltd., Fujitsu Limited"Small, Efficient 5G Multisector Antenna Indoor Base Station Achieves World’s First Demonstration using 28GHz", 30 Jan. 2023. [Online]. Available at https://www.fujitsu.com/global/about/resources/news/press-releases/2023/0130-01.html?
[10] Singtel "Singtel delivers its fastest 5G speeds with 28 GHz mmWave deployment", 04 Dec. 2020. [Online]. Available at https://www.singtel.com/about-us/media-centre/news-releases/singtel-delivers-its-fastest-5g-speds-with-28-ghz-mwave-deployment?utm
