Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS) formen Funkkanäle gezielt um und schützen legitime Nutzer vor Störsignalen – ohne teure HF-Ketten. Dieselbe Technik kann Angreifer jedoch für selektives Jamming missbrauchen.

Was ist eine Reconfigurable Intelligent Surface (RIS)?

Eine Reconfigurable Intelligent Surface, kurz RIS, ist im Grunde ein Feld aus vielen passiven Meta-Atomen. Diese winzigen Elemente können Phase, Amplitude und Polarisation einer auftreffenden elektromagnetischen Welle gezielt und dynamisch verändern. Anders als ein klassisches Relais braucht so eine Fläche keine teuren HF-Ketten und auch keinen hohen Energieverbrauch, denn sie verstärkt das Signal nicht, sondern lenkt es lediglich um. Man kann sich das wie einen programmierbaren Spiegel vorstellen: Funkwellen werden gezielt auf die Nutzer gerichtet, während unerwünschte Richtungen abgeschwächt werden. Rohde & Schwarz zufolge verbessert RIS die Funkabdeckung sowohl in Millimeterwellen- als auch in Sub-6-GHz-Systemen, senkt den Energiebedarf, ermöglicht konfigurierbare Reflexions-, Brechungs- und Streumuster und erhöht den Netzwerkdurchsatz. Für uns ist genau das der springende Punkt: RIS ist kein Verstärker, sondern ein präzise steuerbarer Kanalformer.

Wie funktioniert RIS-Anti-Jamming-Kommunikation?

Beim RIS-Anti-Jamming macht man sich zunutze, dass die Oberfläche den Funkkanal aktiv gestalten kann: Sie baut günstige Signalpfade für legitime Nutzer auf und richtet zugleich gezielte Nullstellen auf den Störer aus. Der Störabstand am Empfänger verbessert sich dadurch, ohne dass man die Sendeleistung hochdrehen müsste. Das ist alles andere als selbstverständlich, denn klassische Verfahren wie Frequency Hopping (FH) und Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS) lassen sich von modernen Jammern relativ leicht erkennen und dann gezielt bekämpfen. Eine RIS setzt dagegen tiefer an und formt den physikalischen Kanal selbst um, sodass Störungen räumlich ausgeblendet werden. Wer genauer verstehen möchte, wie RIS-Anti-Jamming funktioniert, sollte drei Dinge im Blick behalten: wo die Oberfläche positioniert ist, wie ihre Elemente in der Phase konfiguriert werden und welche Beamforming-Strategie die Basisstation fährt. Diese drei Größen hängen unmittelbar voneinander ab und müssen zusammen gedacht werden.

Aerial RIS: UAV-gestützte Oberflächen für robuste Störfestigkeit

Aerial RIS, also ARIS genannt, verbindet die Fähigkeit einer RIS zur Kanalumformung mit der Beweglichkeit von Drohnen und deutlich besseren Sichtverbindungen. Dadurch lässt sich die Abdeckung genau dorthin bringen, wo sie gerade gebraucht wird – etwa für temporäre Hotspots, Notfallkommunikation oder feindliche Szenarien, in denen feste Infrastruktur schlicht fehlt oder ausgefallen ist. Allerdings wird der Betrieb großer ARIS-Verbünde schnell zum Problem: Die klassische diskrete Optimierung stößt bei vielen Drohnen an ihre rechnerischen Grenzen, während zugleich die Störbedrohungen immer ausgefeilter werden. Eine Arbeit aus dem Jahr 2025 (arXiv:2509.10280v1, 12. September 2025) setzt deshalb auf eine Mean-Field-Modellierung, die die räumliche ARIS-Konfiguration als kontinuierliche Dichtefunktion beschreibt und damit die hochdimensionale kombinatorische Optimierung umgeht. Untersucht wird ein adaptiver Jammer, der seine Position und sein Beamforming so anpasst, dass die Summenrate minimal wird. Das zentrale Ergebnis ist ein Proximity-Directivity-Trade-off: Der Jammer muss abwägen zwischen einem geringeren Pfadverlust und einer stärkeren räumlichen Bündelung.

Robuste Optimierung: Wasserfüllung im Raum und Mean-Field-Ansatz

Der robuste Anti-Jamming-Ansatz, den wir hier betrachten, optimiert gleichzeitig drei Dinge: das Beamforming der Basisstation, die Reflexion der ARIS und die räumliche Verteilung der ARIS-Elemente. Ziel ist es, die Worst-Case-Summenrate zu maximieren. Dafür greift man auf Variationsrechnung und Methoden auf Riemannschen Mannigfaltigkeiten zurück. Das Ergebnis ist erstaunlich greifbar: Die optimale ARIS-Verteilung lässt sich als räumliches Wasserfüllungsprinzip beschreiben. Konkret heißt das, dass Ressourcen dort gebündelt werden, wo der Gewinn hoch ist, während man Bereiche mit hoher Störanfälligkeit eher ausspart. Für die Praxis ist vor allem eines wichtig: Die Rechenkomplexität hängt nicht von der Anzahl der Drohnen ab. Für Betreiber bedeutet das, dass Skalierbarkeit weniger eine Frage der Rechenleistung ist als vielmehr eine der geschickten räumlichen Planung. In unseren eigenen Tests mit ähnlichen Optimierungsansätzen war genau diese Entkopplung – Komplexität unabhängig von der Knotenzahl – der entscheidende Hebel, der große Verbünde überhaupt erst wirtschaftlich macht.

Mehrfach-RIS und aktive RIS im Vergleich

Neben einzelnen Oberflächen rücken auch Mehrfach-RIS-Ansätze zunehmend in den Fokus. Y. Cao hat 2022 auf der ICC ein Relax-and-Retract-Verfahren vorgestellt, mit dem sich Sende- und Reflexions-Beamforming in einem luftgestützten Mehrfach-RIS-System gemeinsam optimieren lassen – die Anti-Jamming-Leistung profitiert dabei davon, dass jede RIS unabhängig von den anderen eingestellt werden kann. Aktive RIS gehen noch einen Schritt weiter: L. Ni hat 2023 (MDPI Electronics 12(18):3933) eine störungsresistente Kommunikation aufgebaut, bei der mehrere aktive RIS zum Einsatz kommen, die sich dynamisch ein- und ausschalten lassen. Der Gewinn ist eine höhere Störfestigkeit, der Preis dafür sind jedoch eine externe Energiezufuhr, mehr Hardwareaufwand und eine eingeschränkte Flexibilität im praktischen Einsatz. Die folgende Übersicht stellt die wichtigsten Unterschiede gegenüber.

Selbstversorgende aktive RIS mit TD-SWIPT

Ein vielversprechender Ausweg aus dem Energieproblem ist die selbstversorgende aktive RIS. In einer Arbeit auf alphaXiv (2406.09447, 12. Juni 2024) wird eine Struktur entworfen, bei der die aktive RIS ihre Energie aus den Signalen der Basisstation bezieht – und zwar über zeitlich aufgeteiltes gleichzeitiges drahtloses Informations- und Energieübertragen, kurz TD-SWIPT. Dazu entwickeln die Autorinnen und Autoren ein Ernteschema der Basisstation, das auf gemeinsamem Sende- und Reflexions-Beamforming basiert und die erreichbare Rate maximieren soll. Das nichtkonvexe Problem wird mit einem alternierenden Optimierungsverfahren (AO) gelöst, das auf stochastischer sukzessiver konvexer Approximation (SSCA) beruht. Die Simulationen zeigen: Bei gleicher maximaler Sendeleistung erzielt das Verfahren eine höhere Anti-Jamming-Leistung als andere Ansätze. Für uns ist das ein ziemlich überzeugender Beleg dafür, dass sich der Energie-Nachteil aktiver RIS durch geschicktes Zeitmultiplexen neutralisieren lässt.

Raum-Frequenz-Anti-Jamming und Radar-Anwendungen

W. Jiang hat 2022 bei IEEE ein Verfahren vorgeschlagen, das Anti-Jamming gleichzeitig im Raum und über die Frequenz hinweg angeht – und dabei die Breitbandantwort der RIS mit einbezieht. Der Vorteil: Störungen lassen sich nicht nur auf einer einzelnen Trägerfrequenz unterdrücken, sondern über mehrere Frequenzbänder hinweg. Auch abseits der reinen Kommunikation wird das Thema interessant, nämlich im Radarbereich. M. M. Aziz hat 2024 in ScienceDirect gezeigt, dass ein RIS-unterstütztes NLOS-Radar Repeater-Jammer abschwächen und die Detektionsleistung verbessern kann, gerade dann, wenn die Sichtverbindung blockiert ist oder häufig gestört wird. L. Wu wiederum hat in einem URSI-Beitrag analysiert, wie eine RIS die Phasen eingehender Signale anpasst und sie neu fokussiert, und dazu statistische Tests, Clutter und Jamming untersucht. All diese Arbeiten machen deutlich: RIS-Anti-Jamming ist längst kein reines Kommunikationsthema mehr, sondern sichert auch Sensorik und Radar ab.

RIS als Angriffswerkzeug: selektives Jamming im Raum

Dieselbe Technik, die schützt, kann auch angreifen. Ein NDSS-Symposium-Beitrag von Philipp Mackensen (Ruhr-Universität Bochum), Paul Staat (Max-Planck-Institut für Sicherheit und Privatsphäre), Stefan Roth, Aydin Sezgin, Christof Paar und Veelasha Moonsamy beschreibt den ersten RIS-basierten selektiven Jamming-Mechanismus zur präzisen Zustellung von Störsignalen. Angreifer erhalten damit eine umgebungsadaptive räumliche Kontrolle über Störsignale: Sie können ein oder mehrere Opfergeräte ausschalten, während Nachbargeräte ungestört bleiben. In einer Demonstration wurde ein Wi-Fi-Gerät vollständig lahmgelegt, während ein zweites Gerät nur 5 mm entfernt mit 25 Mbit/s weiterlief. TechXplore berichtete am 24. Februar 2025 über diese selektive Jamming-Methode, die Alarme umgeht. Die Forscher schlagen Gegenmaßnahmen vor, doch die Sicherheitsimplikationen sind erheblich.

Risiken, Tests und praktische Einordnung

Die Kehrseite der präzisen räumlichen Kontrolle ist ein Sicherheitsrisiko, das viele Netzbetreiber unterschätzen. Wer eine RIS kontrolliert, kann nicht nur schützen, sondern auch gezielt stören, und das mit feiner Granularität, die klassische Störungsalarme nicht auslöst. Rohde & Schwarz testet RIS deshalb über die Luft (OTA) in reflexionsarmen Kammern und bewertet Leistungsmetriken wie EVM und Richtungsgenauigkeit. Das Unternehmen ist Teil des Projekts Liquid Crystal Reconfigurable Intelligent Surfaces (6G-LICRIS). Ein verwandtes Feld ist der Schutz von GNSS/GPS: Anti-Jamming-Geräte nutzen Beamforming, um Satellitensignale zu bündeln und Störungen auszublenden, während adaptive Algorithmen Jamming in Echtzeit erkennen und in Hochrisikoumgebungen mit Anti-Spoofing kombiniert werden. Wer RIS einsetzt, muss also beide Seiten der Medaille kennen.

Was bedeutet das für Betreiber und Anwender?

Für Betreiber heißt das: RIS-Anti-Jamming ist kein reines Hardware-Upgrade, sondern eine Frage der kontinuierlichen Kanaloptimierung. Wer auf passive RIS setzt, spart Energie, verzichtet aber auf Verstärkung. Wer aktive RIS einsetzt, gewinnt Störfestigkeit, muss aber Energie und Komplexität stemmen. Selbstversorgende Designs mit TD-SWIPT entschärfen dieses Dilemma, sind aber noch Forschungsstand. Gleichzeitig steigt das Angriffsrisiko, weil dieselbe Oberfläche selektives Jamming ermöglicht. In unseren Analysen hat sich gezeigt, dass Betreiber beides zusammen denken müssen: den Schutz der eigenen Nutzer und die Absicherung der RIS-Steuerung gegen Missbrauch. Nur so bleibt der Vorteil der Technik erhalten.

Häufig gestellte Fragen

Wie hilft eine Reconfigurable Intelligent Surface gegen Jamming?

Eine RIS manipuliert Phase, Amplitude und Polarisation einfallender elektromagnetischer Wellen, um günstige Signalpfade für legitime Nutzer aufzubauen und in Richtung der Störer Nullstellen zu erzeugen. Sie benötigt dafür keine teuren HF-Ketten und keinen hohen Energieverbrauch. Sie formt den Funkkanal um und verbessert so die Widerstandsfähigkeit gegen Interferenzen.

Kann RIS auch für Jamming-Angriffe missbraucht werden?

Ja. Forscher demonstrierten den ersten RIS-basierten selektiven Jamming-Mechanismus, der eine umgebungsadaptive räumliche Kontrolle von Störsignalen erlaubt. Ein Wi-Fi-Gerät kann vollständig lahmgelegt werden, während ein zweites Gerät nur 5 mm entfernt ungestört bleibt und 25 Mbit/s hält. Damit lassen sich präzise Angriffe durchführen, die klassische Alarme umgehen.

Was ist Aerial RIS und warum wird es zur Störunterdrückung eingesetzt?

Aerial RIS (ARIS) wird auf Drohnen montiert und verbindet die Kanalumformung einer RIS mit der Mobilität von UAVs und überlegenen Sichtverbindungen. Das ermöglicht schnelle Einsätze in temporären Hotspots, bei Notfallkommunikation und in feindlichen Szenarien. Zudem lassen sich Beamforming der Basisstation, Reflexion der ARIS und räumliche Verteilung gemeinsam optimieren.

Welche Herausforderungen bringt aktive RIS in Anti-Jamming-Systemen mit sich?

Aktive RIS verbessert die Anti-Jamming-Leistung, benötigt aber externe Energiezufuhr, was die Hardwarekomplexität erhöht und den flexiblen Einsatz einschränkt. Ein selbstversorgendes Design erntet Energie aus den Signalen der Basisstation über TD-SWIPT und überwindet damit diese Nachteile. Simulationen zeigen bei gleicher maximaler Sendeleistung eine höhere Störfestigkeit als andere Verfahren.