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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

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全息无线电:全息超表面赋能的超大规模MIMO新范式

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电子学报 2022年第12期50卷 2984-2995页

作者：邓若琪张雨童张浩波邸博雅张泓亮宋令阳北京大学电子学院北京100871 鹏城实验室广东深圳518055

得益于空间复用能力,超大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术成为未来第六代通信提供高速数据服务和全球海量网络接入的关键技术之一.传统的大规模MIMO技术主要依托装配有高分辨率移相器的大规模相控阵来实现.... 详细信息

得益于空间复用能力,超大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术成为未来第六代通信提供高速数据服务和全球海量网络接入的关键技术之一.传统的大规模MIMO技术主要依托装配有高分辨率移相器的大规模相控阵来实现.然而,移相电路的高功耗与高硬件成本阻碍了超大规模相控阵在实际工程中的应用,从而阻碍了超大规模MIMO的实际部署与发展.本文考虑了一种超大规模MIMO的新范式——全息无线电.在全息无线电中,大量微小而廉价的天线单元紧密集成,在低硬件成本的情况下达到高方向性增益,从而能够对电磁波进行灵活的调控并有效提升无线通信性能.本文提出利用一种名为可重构全息超表面(Reconfigurable Holographic Surface,RHS)的新型超材料天线来实现全息无线电.具体而言,RHS由大量低成本低功耗可调谐超材料单元组成,其馈源与超表面集成为一体并产生电磁波,电磁波沿着超表面传播并逐一激励RHS辐射单元,每个RHS辐射单元会根据全息干涉原理在超表面上构建全息图案控制电磁波的辐射幅值从而实现全息波束成形.根据RHS的工作原理,本文介绍了一种低复杂度的新型多址接入技术——全息多址接入(Holographic-pattern Division Multiple Access,HDMA)技术,其主要思想是将所有发射信号映射叠加至超表面构建的单一全息图样上从而为多用户提供数据传输服务.本文对HDMA方案进行了优化设计以最大化RHS辅助下的多用户广播通信系统能量效率.为了进一步验证HDMA技术的有效性,本文实现了二维RHS阵列的原型机并搭建了RHS辅助下的全息无线电通信平台.基于HDMA技术,该通信平台能够以低功耗支持多用户高清视频的实时传输.实验结果表明RHS具有以简单的布线方式和低功耗实现定向增益的巨大潜力,从而进一步验证了利用RHS实现全息无线电的可行性.此外,本文还讨论了基于RHS的全息无线电的未来研究方向和关键挑战.

关键词：第六代通信全息无线电超大规模多输入多输出可重构全息超表面全息多址接入

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全息通感一体化:高能效的波束赋形设计

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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

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