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超越后向散射通信:超材料无源物联网感知新范式

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移动通信 2024年第6期48卷 13-19页

作者：刘旭张泓亮宋令阳北京大学电子学院北京100871

随着物联网应用需求的日益复杂和多样化,预计入网传感器数量将指数级增长。在现有传感器技术中,基于后向散射机制的无源传感标签因其极低成本和免维护特性,展现出更大规模部署的潜力。然而,现有无源传感标签受限于传输距离不足,进而限... 详细信息

随着物联网应用需求的日益复杂和多样化,预计入网传感器数量将指数级增长。在现有传感器技术中,基于后向散射机制的无源传感标签因其极低成本和免维护特性,展现出更大规模部署的潜力。然而,现有无源传感标签受限于传输距离不足,进而限制了其在实际应用中的广泛部署。针对上述问题,提出了一种基于超材料标签的无源物联网感知系统。作为一种后向散射标签,能够随感知目标的状态改变其对无线信号的散射系数。无线收发机进而通过处理标签的散射信号,即可同时完成感知与数据传输。超材料标签由多个单元以小于半波长的间隔排列构成,从而能够有效地集中信号能量,便于接收机检测,进一步增加系统传输距离。为了优化所提出系统的性能,基于超材料等效电路模型与无线传输模型,构建了新型的感知传输联合模型。并在此基础上,进一步分析优化了超材料标签结构,提出了一种基于深度学习的感知算法,实现了对环境状态分布的感知。原型实验基于开口谐振环结构实现了一种湿度敏感的标签,并展示了系统在2 m范围内实现无源感知湿度分布的能力,有效地将无源传感的传输距离从分米级提升至米级。

关键词：物联网超材料无线感知后向散射

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6G无线空口传输技术研究进展与展望

中国科学：信息科学 2024年第5期54卷 1078-1113页

作者：杨刚华何高宁陈睿荣张朝阳杨照辉刘荣科杨涛陈达苏昕孙韶辉宋令阳曾书豪马啸蔡穗华王千帆白宝明李南希江甲沫华为技术有限公司深圳518129 浙江大学信息与电子工程学院杭州310027 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 华中科技大学网络空间安全学院武汉430074 大唐移动通信设备有限公司北京100094 北京大学电子学院北京100871 中山大学计算机学院广州510006 西安电子科技大学通信工程学院西安710071 中国电信股份有限公司北京100033 中国信息通信研究院北京100191

自20世纪80年代以来,移动通信已彻底改变世界,对人们的生活产生了深远影响.在5G成功商用的今天,人们又开始思考6G会是什么样子.作为下一代移动通信系统,6G不仅在频谱效率、时延、可靠性等通信KPI指标上提出了更高的要求,其内涵也将涉及... 详细信息

自20世纪80年代以来,移动通信已彻底改变世界,对人们的生活产生了深远影响.在5G成功商用的今天,人们又开始思考6G会是什么样子.作为下一代移动通信系统,6G不仅在频谱效率、时延、可靠性等通信KPI指标上提出了更高的要求,其内涵也将涉及人工智能、感知等新元素,远超传统意义上移动通信的范畴.为了实现6G愿景,迫切需要业界研究与之相适应的先进无线技术方案.本文重点介绍了6G无线空口多个研究方向的技术趋势和进展,包括信道编码技术、多址和波形技术、智能超表面技术、智能MIMO(multiple input multiple output)技术等,提出并初步验证了一系列创新技术点,如便车码、格码多址等.这些创新技术的提出,对6G愿景和KPI指标的实现起到有力的支撑作用.

关键词：第六代移动通信技术(6G) 信道编码多址波智能超表面智能MIMO

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天地算力网络中的异构资源协同博弈

通信学报 2023年第12期44卷 15-27页

作者：张雨童彭煜明邸博雅宋令阳北京大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室北京100871 北京大学深圳研究生院信息工程学院广东深圳518055

为解决多卫星天地算力网络中的星间资源博弈,围绕计算、频谱域资源管理问题,设计了一种天地异构资源协同博弈机制。每颗卫星搭载一项计算任务,各任务间彼此独立,依赖用户设备从环境中获取原始数据,通过竞争网络中的计算/频谱资源实现数... 详细信息

为解决多卫星天地算力网络中的星间资源博弈,围绕计算、频谱域资源管理问题,设计了一种天地异构资源协同博弈机制。每颗卫星搭载一项计算任务,各任务间彼此独立,依赖用户设备从环境中获取原始数据,通过竞争网络中的计算/频谱资源实现数据卸载与计算。为提供高速数据服务,提出基于多智能体强化学习的分布式算法,以协调星间异构资源竞争,实现系统时延最小化。仿真表明,与现有方案相比,所提算法可获得更低的系统时延。

关键词：天地算力网络异构资源协同博弈多智能体强化学习

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室内空气质量物联网部署、优化和数据预测

中国科学：信息科学 2022年第1期52卷 160-175页

作者：张楠白子轩张泓亮宋令阳北京大学现代通信研究所北京100871 Department of Electrical Engineering Princeton UniversityPrinceton 08544USA

调查研究显示,城市地区人们平均有超过70%的时间在室内度过,因此良好的室内空气质量及其实时信息对维持健康和生产力至关重要.本文使用低成本物联网传感器网络对室内健身房空气质量进行监测,研究了电量受限的传感器网络位置部署和能量... 详细信息

调查研究显示,城市地区人们平均有超过70%的时间在室内度过,因此良好的室内空气质量及其实时信息对维持健康和生产力至关重要.本文使用低成本物联网传感器网络对室内健身房空气质量进行监测,研究了电量受限的传感器网络位置部署和能量控制优化问题.为了提高测量数据的有效性,使用模拟退火算法寻找最优的部署位置;为了提高能量利用率,使用动态规划算法合理规划传感器的感知策略;为了获得室内空气质量的变化趋势,使用LSTM网络对室内空气质量进行预测,并使用遗传算法对网络超参数进行优化.通过仿真评估所提出的解决方案的性能,显示当联合采用位置部署和能量优化策略时,性能显著提升,预测算法可以对未来的空气质量进行有效预测.

关键词：空气质量物联网位置部署能量优化数据预测

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协同异构蜂窝层叠网络中的终端直通通信技术

电信科学 2013年第6期29卷 10-16,38页

作者：许晨宋令阳北京大学信息科学技术学院北京100871

终端到终端(device-to-device,D2D)的直通通信实现了联合蜂窝和移动自组网的无缝操作,大幅提高了系统频谱效率和网络容量。介绍了D2D局域网的理论概念和在实践中的应用挑战;并着重论述了跨层资源管理在解决D2D通信中干扰避免问题的重要... 详细信息

终端到终端(device-to-device,D2D)的直通通信实现了联合蜂窝和移动自组网的无缝操作,大幅提高了系统频谱效率和网络容量。介绍了D2D局域网的理论概念和在实践中的应用挑战;并着重论述了跨层资源管理在解决D2D通信中干扰避免问题的重要性,给出了一个无线资源管理实例。数据结果显示,所提出的算法性能接近穷举搜索最优算法,并具有相对较低的复杂度。目前,D2D通信技术表现出能够获得系统高容量和充分利用无线资源的巨大潜力。

关键词： D2D直通通信无线资源管理 D2D局域网

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可重构全息超表面辅助多波束动态调度

移动通信 2023年第7期47卷 2-9,57页

作者：胡馨元邓若琪邸博雅宋令阳北京大学电子学院北京100871

低轨卫星网络具有广域覆盖的优势,可以克服地面网络因覆盖能力不足从而无法为全球用户提供高速率数据服务的局限性。为满足全球各区域的地理分布不均匀和低轨卫星的高移动性导致的时空非均匀的数据传输需求,采用波束调度技术利用有限的... 详细信息

低轨卫星网络具有广域覆盖的优势,可以克服地面网络因覆盖能力不足从而无法为全球用户提供高速率数据服务的局限性。为满足全球各区域的地理分布不均匀和低轨卫星的高移动性导致的时空非均匀的数据传输需求,采用波束调度技术利用有限的波束资源,以时分的方式轮流为卫星覆盖的各区间提供服务。现有方案基于相控阵或碟形天线进行波束调度,但因其昂贵的价格或庞大的体积难以进一步扩大口径来提升网络传输速率。RHS是一种新型的超材料天线,得益于超材料的可调谐性,具有轻薄、低成本的优点,可实现超大规模阵列,满足更高速率的传输。因此,考虑RHS辅助卫星网络,研究全息波束成形和波束调度技术以灵活地为各小区提供服务。为了更为有效地利用有限的波束资源并提高服务公平性,建模了最小数据需求满足率最大化问题。针对该问题,提出了数字波束成形和全息波束成形联合优化算法,在此基础上优化了波束调度方案。仿真结果表明,与传统波束调度方法相比,波束成形优化算法使小区最小满足率提升10%至60%。

关键词：低轨卫星通信网络波束调度全息波束成形

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全息通感一体化:高能效的波束赋形设计

移动通信 2023年第3期47卷 40-46页

作者：张浩波张泓亮邸博雅宋令阳北京大学电子学院北京100871

通信感知一体化是解决频谱拥塞问题的重要手段。现有的通感一体化系统依赖高功耗的相控阵,限制了其在功率受限场景中的应用。作为一种低功耗天线,可重构全息超表面可以用于替代相控阵,从而形成全息通感一体化这一新范式。在该范式中,利... 详细信息

通信感知一体化是解决频谱拥塞问题的重要手段。现有的通感一体化系统依赖高功耗的相控阵,限制了其在功率受限场景中的应用。作为一种低功耗天线,可重构全息超表面可以用于替代相控阵,从而形成全息通感一体化这一新范式。在该范式中,利用可重构全息超表面作为发射天线,可以同时实现高空间自由度与低功耗,进而提升通感一体化系统的整体性能。研究了全息通感一体化系统的能效,通过联合设计基站和全息超表面的波束赋形提升系统能效。然而,由于基站的数字波束赋形和可重构全息超表面的模拟波束赋形相互耦合,使得波束赋形的联合设计具有挑战性。为了应对这一挑战,首先构建了最大化能量效率的优化问题,并提出了全息波束赋形优化算法来解决这一问题。仿真结果显示,与传统基于相控阵的通感一体化系统相比,全息通感一体化系统可以在相同发射功率和天线尺寸的条件下实现更高的能效。

关键词：通感一体化能量效率波束赋形可重构全息超表面

新工科理念驱动下电子系统类实验课程群改革建设

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实验室研究与探索 2023年第8期42卷 153-156页

作者：王志军宋令阳段晓辉周小计杨延军毛新宇北京大学信息科学技术学院北京100871

探讨了具有新工科内涵的电子系统基础训练、电子学基础实验、智能硬件应用实验、智能电子系统设计与实践、电子信息前沿与顶点实践等电子系统类实验教学课程群的建设实践,对课程进行改革以培养学生的系统级大工程观。构建并实践了实质... 详细信息

探讨了具有新工科内涵的电子系统基础训练、电子学基础实验、智能硬件应用实验、智能电子系统设计与实践、电子信息前沿与顶点实践等电子系统类实验教学课程群的建设实践,对课程进行改革以培养学生的系统级大工程观。构建并实践了实质性产教融合的教学模式,广泛建立联合实验室,聘请企业工程师、专家上讲台,将业界新技术、新产品引入课堂,有效地将产业需求和高校人才培养进行有机衔接。课程群的建设过程中完成了多项教改项目,取得多项产教融合成果,并将相关成果经验在国内高校推广。

关键词：新工科实验课程群电子系统产教融合

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可重构全息超表面辅助卫星通信关键技术

电信科学 2022年第10期38卷 46-56页

作者：胡馨元邓若琪邸博雅张泓亮宋令阳北京大学电子学院北京100871 鹏程实验室广东深圳518055

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... 详细信息

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。

关键词：可重构全息超表面全息波束成形低轨卫星通信