随着5G普及、6G脚步声临近，全球无线通信设备数量正在高速增长。从手机、耳机、智能门锁，到工业传感器、气象监测站，都需要实时传输数据。但传统通信技术几十年来面临两大问题：能耗较高与频谱紧缺。

传统通信技术是主动通信，其逻辑是“自己修路自己走”：设备要先主动生成高频载波信号，再把数据加载到信号上发出去。这就像开车出门，不仅要占一条车道，还得自己给车加油——既消耗能源，又占用宝贵的频谱资源。为了解决这些问题，科学家们把目光投向了被动通信技术：借用别人的车道、别人的车来传输自己的信息。

本文要介绍的一项技术——信息超表面赋能高阶调制被动通信技术，恰好能解决上述痛点问题。它通过借助信息超表面这位“智能信号调音师”，让设备不主动发射信号也能高速传递数据，还能“捡”起空气中的闲置信号（比如Wi-Fi信号、手机信号）使用，实现无需射频能耗的被动通信。

既是“智能信号镜子”又是“信号调音师”

信息超表面就像是一面“智能信号镜子”，只不过这面智能镜子反射的不是光线，而是空气中的电磁波，比如Wi-Fi信号、手机信号，甚至卫星信号。同时，它是由成千上万个亚波长大小的小天线单元组成的阵列，能独立控制电磁波的幅度、相位、极化方向等特性。所以它还是一位“智能信号调音师”：如果电磁波是“声音”，那么每个小单元就是一个“调音按钮”——有的按钮能把声音调大，有的能改变声音的音调，有的能让声音转向。通过编程控制这些“按钮”，超表面就能把空气中杂乱的电磁波，按照特定星座图的要求，直接“调成”我们想要的样子。

双天线接收机：如何在嘈杂环境里“听清话”

可能有人会问：超表面反射的信号会不会和环境里的信号“混在一起”，接收设备听不清？别担心，科研团队给接收设备装了“两个耳朵”——两个距离远大于半波长的独立天线，再配合特殊的解调算法，就能在嘈杂环境里精准“听清”有用的信息。

接收设备的两个独立天线分别接收超表面反射的不同信号（经过超表面调制后的有用信号），但包含了相同的环境信号信息。而特殊的解调算法能把环境信号的“特征”提取出来，然后把两个反射信号中相似的部分“去除掉”，剩下的就是有用的调制信号。我们可以把这套系统比作“给信号戴降噪耳机”：传统接收设备就像没戴耳机，在嘈杂环境里根本听不清别人说话；双天线+抵消算法就像戴了降噪耳机，能把周围的杂音过滤掉，只听清有用的声音。正是这套“双天线+算法”的组合，让超表面技术在复杂环境里也能稳定工作，解决了“信号混杂”的难题。

性能与成本：低成本也能实现高阶调制

那这么厉害的超表面，是不是很贵、很复杂？其实不然。这项技术用的是1-bit信息超表面——每个小单元只有两种状态：“开”或“关”，对应的相位变化是0°或180°。这种设计的好处是“低成本、易制造”。就像家里的灯开关，只有“开/关”两种状态，比变容二极管等结构更简单，成本也低很多。但你别小看它，通过高阶调制算法的设计和优化，1-bit信息超表面能精准控制电磁波的幅度和相位，实现64QAM这样的高阶调制（相较已有被动通信的调制阶数而言）——相当于用简单的开关，调出了复杂的“音乐节奏”。

6G的核心目标是“万物智联”，要实现这个目标，需要海量的通信节点，而且这些节点未必都要靠主动发射信号。信息超表面技术恰好能成为这些节点的“纽带”：它能反射和调制信号，把环境里的闲置信号“盘活”，让每个设备都能低成本、低功耗地接入网络。未来的6G网络，可能会在城市的建筑墙面、路灯、广告牌上部署超表面，形成一个“智能信号反射网”，让每个角落的设备都能轻松通信。（据科普中国网）