2019年是5G商用元年，随着5G的商业部署，对下一代移动通信系统的研究业已展开。6G的研究亟需突破性的创新技术来应对硬件成本、系统能耗、频谱效率等多方面提出的新挑战。可编程超表面作为一种新型的人造电磁表面，因其可以实现独特的电磁物理特性，引起了科学家们的广泛关注。随着超材料和微电机系统的发展，可编程超表面通过外部信号控制，能够对电磁波的幅度、相位等电磁参数进行实时操控；同时，通过编码调控的方式可以使可编程超表面携带信息，给6G移动通信系统架构提供了新的思路和可能。基于以上背景，本文利用可编程超表面对电磁波的定向控制能力，对基于可编程超表面的覆盖增强无线传输关键技术展开研究。
　　首先，回顾了五代移动通信系统的发展历史，简要介绍了每代移动通信系统的关键技术及标准制式。重点讲述了5G三类典型应用场景和三大核心关键技术。随着5G关键技术向6G的进一步演进，本文详细阐述了6G愿景和三项候选关键技术，同时指出了6G研究中存在的挑战及利用可编程超表面解决相关问题的可能性。随后详细介绍了可编程超表面的结构、分类和发展历程，同时总结了可编程超表面的两大热点研究方向。其中，就本文关心的覆盖增强问题，总结了基于可编程超表面的中继设备的优势和传统中继设备的不足。
　　接着，对基于集中式可编程超表面无线中继系统覆盖增强技术展开研究。先介绍了基于集中式可编程超表面无线中继系统架构的主要组成，完成对系统信道和接收信号的建模。在基站端已知完美CSI的条件下，推导出基于Jensen不等式的系统上行遍历可达速率的上界，Monte-carlo仿真结果显示了该上界具有很好的紧性；同时通过理论推导得出可编程超表面最优相位的闭式表达式。在基站端已知非完美CSI的条件下，提出一种基于分段导频的级联信道估计方法，通过理论推导和迭代算法最终实现对可编程超表面的相位设置。数据仿真得到的MSE曲线显示在信噪比为14dB时，MSE约为?10 dB ，可以实现很好的信号传输，同时给出了基于迭代算法的可编程超表面渐进最优相位的设置值。
　　然后，对基于分布式可编程超表面无线中继系统覆盖增强技术展开研究。对系统信道和接收信号建模后，基于Jensen不等式，推导出系统下行遍历可达速率的上界，Monte-carlo仿真结果显示在高信噪比和不同莱斯因子下，此上界可以作为系统下行遍历可达速率的近似解。为了简化分布式系统中相位设计的难度，考虑在基站端配备大规模天线的场景下，推导出第二章中的理论最优相位表达式可作为分布式系统下的渐进最优解。随后在考虑最大化用户可达速率和调度公平性两个准则下，提出一种基于贪心算法的可编程超表面调度算法，以穷举法、贪心算法、随机选择为参考算法，在分布式系统中对可编程超表面进行了调度。仿真结果显示随着可编程超表面调度数目的增加，本算法能够达到与贪心算法相同的性能，同时能够兼顾调度的公平性和效率。
　　最后，对基于可编程超表面的无线中继性能展开实际测量与验证。搭建了基于可编程超表面作中继的简易原型系统，详细介绍了系统架构和硬件设备。随后对可编程超表面的控制电磁波的方向的作用原理和控制电压与相位的关系进行说明。之后，在微波远场暗室中对可编程超表面的中继能力进行测试。接收得到的同频电磁波的方向图显示，可编程超表面能够定向地控制电磁波的传播方向且与理论仿真结果匹配较好，同时分析了不同列的相位设置梯度与电磁波反射角度大小的关系，从而为在无线通信系统中引入可编程超表面作中继提供实测支撑。