可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface,RIS）是一种新型的人工电磁表面,它可以通过灵活地调控其表面单元的反射系数实现对电磁环境的高精度重构,有望为未来的移动通信架构提供新的设计自由度,并成为提升通信速率、增强通信覆盖、降低系统能耗的关键解决方案。基于以上背景,本文从RIS的调控机理出发,对RIS的设计及其在通信系统中的相位优化展开了研究。1.针对RIS的控制灵活度与低硬件控制成本难以兼得的问题,本文设计了一种低控制开销的1比特RIS。具体来讲,本文在RIS调控原理的基础上,提出了一种基于相位相加法则的行控+列控RIS设计方案,所设计的RIS仅需行数加列数个端口即可实现对全部行数乘列数单元的波束偏折编码。接着,本文围绕单元设计、稳定性设计及电路设计三个方面介绍了所设计的RIS的结构及调控逻辑,并通过仿真验证了该RIS单元可以通过特定的馈电模式实现相位差为π的反射相位。进一步地,通过对RIS进行目标调控角度的编码仿真,表明了所设计的RIS实现了对波束的相应角度的定向调控。2.对于部署在通信系统中的RIS的相位优化问题,从基站已知统计信道状态信息（Channel State Information,CSI）与未知信道状态信息两种情形出发,分别设计了相适应的相位优化方案。首先,针对已知统计CSI时的RIS相位优化编码,本文以最大化上行遍历信道容量为目标,推导了基于波束域到达角（Angle of Arrival,Ao A）与离开角（Angle of Departure,Ao D）的最优相位闭式表达式。仿真表明,RIS在最优相位设置下显著提升了系统的上行遍历信道容量,并通过理论推导和蒙特卡洛仿真分析了1比特离散相移对系统上行遍历信道容量的影响。其次,针对未知CSI时的RIS相位优化编码,本文提出了一种基于码本的波束赋形训练协议。在码本设计方面,本文从波束域的角度出发,分析了基于旋转DFT矩阵的码本生成方法,并对其关键参数的选取原则展开讨论;在码本搜索方法方面,本文基于最小弦距离原则,设计了一种分组码本的分层搜索方案。数值仿真结果表明,相比于传统的行、列码本搜索方法,该波束赋形训练协议能够在保证系统上行遍历信道容量性能后退不到0.3%的前提下,将波束训练开销下降到前者的30%。3.本文对所设计的RIS展开实际的测量与验证。首先通过透镜平台测试了RIS在所设计的四种偏置模式下的反射相位,测试结果显示,反射相位可以根据二极管的导通个数分别量化为0和π两组,证明了所设计的RIS实现了馈电模式与相位加法规则的对应。接着,在暗室分别进行了RIS的波束调控有效性及码本搜索方案可行性的验证,测试结果可见,2.2节编码方式、基于码本的编码方式得到的远场方向图最大波束角度基本与目标角度的仿真结果重合,很好地验证了所设计的RIS对电磁波的定向调控功能,从而为在未来无线通信中引入RIS提供了实测支撑。