可重构智能表面辅助无线通信的用户分配

可重构智能表面(RIS)是一种成本效益高的解决方案,可通过大量低成本的无源反射元件,提高无线通信系统的能源效益。在远场情况时,许多工作都是假设以RIS的中心作为反射点为前提展开研究。对于多用户的远场情况而言,用户位置不同会增加基站(BS)的功耗。该文以BS发射功率为代价矩阵,利用Kuhn-Munkres (KM)算法将用户与RIS单元进行匹配。该用户匹配方法在接收信噪比约束下,可以减少BS的发射功率。仿真结果表明,该文所采用的用户与RIS单元匹配方法与随机RIS单元相比,最多可以减少1%的BS功耗。     

可重构智能表面辅助的通信感知一体化系统

通信感知一体化（ISAC）是6G移动通信的候选技术之一,可实现感知和通信的集成和优势互补。可重构智能表面（RIS）能够智能地控制传播环境,提高网络的容量和覆盖率,已成为6G实现广泛连接的一项关键技术。认为将RIS部署于ISAC系统可以提供一个新的通信和感知性能优化维度。从ISAC的研究意义出发,探讨ISAC的关键技术,概述RIS的工作原理及其在感知系统和通信系统中的应用,并重点分析RIS辅助ISAC以更好地实现感知目标和服务通信用户的研究现状。     

多个可重构智能表面辅助的双向通信系统中断概率分析

可重构智能表面(RIS)可以智能地改变无线传播环境来显著提高通信性能,被视为6G的潜在关键技术之一。为了进一步提升RIS辅助通信系统的性能,该文提出一种双向RIS选择方案,通过引入全双工技术和自干扰消除技术,有效提高了系统传输效率。研究了所提方案在瑞利衰落信道下的中断性能,推导了所提系统的中断概率的闭合表达式,得到了系统中断概率与系统中RIS反射单元的数量、RIS个数等系统参数之间的函数关系。最后,蒙特卡罗仿真验证了推导的准确性和所提方案的性能优势。     

可重构智能超表面设计及其无线通信系统应用

可重构智能超表面(Reconfigurable Intelligent Metasurface,RIS)是一种新的人工电磁超材料,具有灵活调控电磁波的频率、幅度、相位、波形、极化和传播方向等特性.RIS构建起物理空间和信息空间的桥梁,具有灵活调控电磁波的能力和低成本、低能耗、低质量的优点,将为B 5 G/6 G无线通信...     

可重构智能表面辅助通信系统网络架构演进综述

随着无线通信技术的发展,越来越多的无线终端接入到通信系统中,对通信网络造成很大的业务承载与传输压力,尤其是障碍物严重阻挡或强信道衰落情况下,使得接收机信号以及系统频谱效率下降现象日益严峻。为了解决该问题,近年来,可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)作为一种有效的6G候选技术被提出。RIS可以通过电磁调控方式主动改变信道传输质量,从而能够解决无线通信系统频谱效率受限、信号补盲、绕障通信等现实难题。基于此,对RIS辅助通信网络架构演进进行了研究。介绍了RIS的基本概念,并对其三种基本网络架构进行了分析与对比;根据不同的信号传输类型和传输环境,对RIS辅助通信网络架构进行了分析与设计;对当前网络架构发展所面临的挑战以及未来研究趋势进行了展望,为RIS辅助通信系统性能分析、资源分配、网络优化、RIS位置部署提供帮助。     

可重构智能表面辅助通信系统时变级联信道估计

针对可重构智能表面（RIS）辅助通信系统时变级联信道的估计中需解决的级联信道稀疏表示、时变信道参数跟踪和信号重构等关键问题,提出了一种结合Khatri-Rao积的分层贝叶斯卡尔曼滤波（KR-HBKF）算法。该算法首先利用信道的稀疏特性,通过Khatri-Rao积和克罗内克积变换得到RIS级联信道的稀疏表示,将RIS级联信道估计问题转化为低维度的稀疏信号恢复问题。然后,根据RIS级联信道的状态演化模型,在HBKF算法的预测模型中引入了时间相关性参数,应用改进的HBKF解决时变信道参数跟踪和信号重构问题,完成时变级联信道的估计。KR-HBKF算法综合利用了信道的稀疏性和时间相关性,能以较小的导频开销获得更好的估计精度。仿真结果表明,与传统压缩感知算法相比,所提算法具有约5dB的估计性能提升,且在不同的时变信道条件下具有更好的鲁棒性。     

可重构全息超表面辅助卫星通信关键技术

超密集低地球轨道卫星通信网络能弥补传统地面网络频谱资源稀缺、覆盖范围有限的不足,有潜力提供全球大规模接入的高速率服务。由于卫星的高速移动性,卫星通信对天线性能,如波束控制能力和天线增益等,也提出了更为严苛的要求。因此,对一种新型的超材料天线——可重构全息超表面（reconfigurable holographic surface,RHS）辅助卫星通信展开了研究。RHS采用全息原理对超材料单元进行电控,从而实现波束成形。基于 RHS 的硬件结构和全息工作原理,提出了一种 RHS 辅助多卫星通信方案,该方案同时考虑卫星跟踪和数据传输。同时,设计了全息波束成形优化算法以最大化和速率。仿真结果验证了所提方案的有效性并表明了相较于传统相控阵天线,RHS提供了一种成本效益更高的卫星通信支持方式。     

可重构智能表面辅助的毫米波信道估计算法

针对可重构智能表面(RIS)辅助的毫米波通信中信道状态信息难以获取问题,该文给RIS的部分器件配备射频链,以分开估计基站(BS)/用户(UE)到RIS之间的信道。根据该结构,提出一种低复杂度的信道估计算法。该算法首先采用解耦原子范数最小化(ANM)方法将信道的离开角和到达角的2维角度估计问题转化为两个1维的角度估计的半正定规划(SDP)问题;其次,利用交替方向乘子算法(ADMM)对该SDP问题进行求解,采用动量梯度下降法对信道矩阵参数进行更新以避免矩阵求逆运算,并通过对迭代步长和信道矩阵参数的联合优化以获得更加精准的信道估计值;最后利用信号的2维角度和信道矩阵参数得到路径增益估计。仿真结果表明,该算法达到了优良的信道估计性能,且在确保信道估计性能的系统参数设置下,该算法的复杂度较低。     

可重构智能表面辅助的多用户通信宽带信道估计

针对太赫兹(THz)链路的严重传输衰减和宽带系统中波束斜视导致传统信道估计方案性能下降的问题,该文构建了可重构智能表面(RIS)辅助多用户THz通信模型,并提出一种低复杂度的两阶段级联信道估计方案。在第1阶段,利用THz的稀疏性和对数和函数,将信道估计问题转化为目标优化问题,通过梯度下降法优化目标函数,使待估信道参数迭代逼近最优解,从而估计出典型用户级联信道;在第2阶段,利用其他用户的级联信道与典型用户信道的强相关性,以较低的导频开销来估计其他用户的级联信道。仿真结果表明,所提方案相较于其他方案具有更好的性能。     

基于可重构智能表面的6G通信技术

可重构智能表面技术是面向下一代6G无线通信网络的关键技术之一。通过在天线阵列上集成大量无源反射超材料的天线元件,可重构智能表面能动态调整入射信号相位,重构信号的传播环境,实现人工可控的无线电磁环境。然而,可重构智能表面的引入也使无线通信系统的设计变得复杂,传统技术面临诸多新挑战。针对可重构智能表面的特性与6G新应用场景,需要创新设计新的传输技术,充分发挥可重构智能表面的优势。本文基于可重构智能表面6G通信技术,首先对其基本技术原理与常见应用场景展开介绍。接着,从信道建模与信道估计、混合波束赋形,以及与基于人工智能的融合设计三个方面阐述技术的研究现状,探讨了当前面临的技术瓶颈。最后,对该技术的未来发展进行了展望。     

一种低剖面可重构全向圆极化天线的设计

本文提出了一种低剖面极化可重构全向圆极化天线。该天线由一个1×4偶极子阵列天线和一个单极子天线组成,通过设计可重构馈电网络来激励这两部分子天线,可产生左右旋可切换的全向圆极化波。设计的馈电网络主要由一单刀双掷开关电路和一紧凑二阶3 dB耦合器组成,从而可输出幅度相等、相位差可在±90°间切换的两路信号。将馈电网络的两输出端口分别与水平极化的偶极子阵列天线和垂直极化的单极子天线相连,便可使天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)两种辐射状态之间切换。设计的天线总体截面积为59.9×59.9×πmm²,天线厚度为0.058λ₀。测试结果表明,该天线在左右旋圆极化状态下的阻抗带宽(|S₁₁|<-10 dB)分别为21.5%(2.24～2.78 GHz)和19.4%(2.32～2.81 GHz)。全向左右旋圆极化状态的重叠轴比带宽(AR<3 dB)约为7%(2.44～2.62 GHz)。天线的最高增益为-0.9 dB,水平面增益波动小于1.3 dB。     

Differential Scheme for Reconfigurable Intelligent Surface-Based Spatial Modulation System

In this paper,a differential scheme is proposed for reconfigurable intelligent surface(RIS) assisted spatial modulation,which is referred to as RISDSM,to eliminate the need for channel state information(CSI) at the receiver.The proposed scheme is an improvement over the current differential modulation scheme used in RIS-based systems,as it avoids the high-order matrix calculation and improves the spectral efficiency.A mathematical framework is developed to determine the theoretical average bit e...     

动态可重构的智能光载无线接入技术

文章认为动态可重构的智能光载无线网络可以融合光纤和无线接入系统,通过引入新的网络架构、媒体访问控制(MAC)协议、系统链路以及关键器件等系列新技术,满足通信网对高效、宽带以及灵活等特性的需求。基于动态可重构的智能光载无线技术,文章在网络层提出适合智能光载无线技术的网络架构;在MAC层提出使光载无线MAC层的性能得到提升、保障联合资源的动态可管控的专用设计;在系统层提出在光域对射频信号进行处理、传输与控制的相关技术。文章还在器件方面提出利用特殊结构改善滤波、天线等性能的新技术。     

Reconfigurable Circularly Polarized Microstrip Antenna on a Slotted Ground

A compact square patch antenna with reconfigurable circular polarization (CP) at 2.4 GHz is proposed. Circular polarization is generated by an arc‐shaped slot on the ground plane. In order to switch the CP orientation, the current flow direction of the patch is reconfigured via the PIN diodes mounted on the slot. As the slot and bias circuit are not placed on the patch side, the proposed antenna radiates a CP wave without alteration in the main beam direction. From the experimental results, the impedance and CP bandwidths of the proposed antenna have been demonstrated for up to 80 MHz and 25 MHz, respectively.     

Reconfigurable Surfaces Based on Photocontrolled Dynamic Bonds

Photocontrolled surfaces have attracted increasing interest because of their potential applications in lithography, photopatterning, biointerfaces, and microfluidics. Light provides high spatiotemporal resolution to control functions of such surfaces without getting into direct contact. However, conventional photocontrolled surfaces can only be switched between two states (on and off). The development of photocontrolled reconfigurable surfaces that can be switched among multiple states is highly desirable because these surfaces can adapt to rapid environmental changes or different applications. Herein, recent developments of photocontrolled reconfigurable surfaces are reviewed. Specially, reconfigurable surfaces based on photocontrolled reversible reactions including thiol‐quinone methide, disulfide exchange, thiol‐disulfide interconversion, diselenide exchange, and photosubstitution of Ru complexes are highlighted. As a perspective, other photocontrolled dynamic bonds that can be used to construct reconfigurable surfaces are summarized. Remaining challenges in this field are discussed.     

基于蝶形振子的可重构圆极化端射天线设计

为了降低天线对载体气动力学的破坏,提高天线在复杂电磁环境中的性能,该文设计了一款圆极化方式可重构的端射天线。该天线以基片集成波导(SIW)喇叭天线为原型,在喇叭前端加载移相器和蝶形振子,上下蝶形振子之间加载了4个MEMS开关,开关的导通与断开,可以控制电流的流动路径,从而使天线分别辐射两种圆极化波。实测结果表明,通过控制开关的通断组合,设计的天线可以在11.24～11.83 GHz频段内沿端射方向辐射左旋圆极化(LHCP)或右旋圆极化(RHCP)电磁波。测量结果和仿真结果基本吻合,验证了设计的有效性。     

基于强化学习的智能超表面辅助无人机通信系统物理层安全算法

该文从物理层安全的角度出发研究了智能超表面(RIS)辅助的无人机(UAV) 3D轨迹优化。具体地说,当RIS辅助的UAV向地面用户进行无线传输时,通过联合优化RIS相移和UAV的3D轨迹来最大化物理层安全速率。然而,由于目标函数是非凸的,传统的优化技术很难直接求解。深度强化学习能够处理无线通信中动态复杂的优化问题,该文基于强化学习双深度Q网络(DDQN)设计一种联合优化RIS相移和无人机3D轨迹算法,最大化可实现的平均安全速率。仿真结果表明,所设计的RIS辅助UAV通信优化算法可以获得比固定飞行高度的连续凸逼近算法(SCA)、随机相移下的RIS算法和没有RIS的算法有更高的安全速率。     

基于张量四元数极化平滑的极化-DOA估计

为了解决相干信号的极化平滑算法在小快拍数和低信噪比条件下估计性能较差的问题,结合四元数的正交特性和协方差张量方法,提出了一种基于张量四元数的极化平滑多重信号分类（Multiple Signal Classification,MUSIC）解相干算法。首先,为了充分利用接收数据样本中的多维结构信息,建立了由张量四元数表示的柱面共形阵列极化平滑信号模型;其次,将平滑后的张量协方差矩阵通过高阶奇异值分解得到信号子空间;最后,通过极化秩亏MUSIC算法对入射相干信号分别进行二维波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计和极化参数估计。仿真结果表明,该算法在小快拍数和低信噪比条件下具有更高的估计精度和分辨能力。     

一种极化可重构的开口环缝微带天线

基于互补开口谐振环的结构设计了一种新型的极化可重构天线。与传统的180°对称开口谐振环不同的是采用90°夹角的开口结构,通过控制开口的状态,能够实现2. 6GHz 频率的左右圆极化和2.4GHz 线极化的转换。当天线左右开关状态不同的时候,天线的结构非对称,可将天线看做变形的开口谐振环,其能够实现圆极化;当天线左右开关都处于开的状态时,天线可以看做是双环缝微带天线,实现线极化。2.6GHz 的左右圆极化的3dB 轴比带宽为100MHz,-10dB 阻抗带宽2.20～2.80GHz(600MHz),2.4GHz 线极化的阻抗带宽是2.1～2.55GHz(450MHz),适用于无线移动通信。     

基于四元数的极化敏感阵列波束形成

四元数信号模型保持了阵元各分量之间固有的正交特性,因而针对极化敏感阵列信号处理基于四元数的方法具有比常规基于复数的长矢量方法更优的性能。将最大信号干扰噪声比准则应用于波束形成求得四元数最优权向量,进而完成了极化敏感阵列的滤波。与长矢量方法相比在具有相同的滤波性能情况下,四元数方法减少了一半的数据存储单元,降低了除法计算复杂度,从而提高了算法的处理速度。同时四元数的四维超复数正交结构提高了阵列对指向误差的稳健特性,计算机仿真结果验证了文中方法的有效性。