可编程信息超表面的电磁信息理论新进展

摘要

现代通信系统通常依靠大规模天线阵列与波束赋形技术来提高无线通信链路的系统容量及频谱效率，并减少不必要的干扰。然而，随着绿色物联网的发展，笨重、昂贵和耗能的硬件越来越难以满足日益增长的连接数需求。未来无线通信对射频链路和大规模天线阵列提出了更高的性能要求，在成本、性能、功耗、集成度等方面面临诸多挑战。

可编程超表面是近年来新兴的低成本、轻薄、灵活的电磁波操纵新范式，其能够实时操控电磁波、直接处理数字信息，并能进一步对信息进行感知、学习和认识，在通信、感知等相关领域得到广泛的应用。然而，目前仍然存在一个基础但尚未解决的问题，即可编程超表面的编码量化效应的理论分析。近日，Science China Information Sciences最新录用了由东南大学崔铁军院士、法国 Université de Rennes 的Philipp HOUGNE教授、北京大学李廉林教授共同担任通讯作者撰写的 “One-bit quantization is good for programmable coding metasurfaces” 。

该文从理论上研究了one-bit和连续信息编码超表面之间的性能差异；推导了不同情况下（单输入单输出、单输入多输出和多输入多输出）系统响应的解析表达；分析了one-bit编码（与连续编码相比）在无线通信和全息成像等场景中对信道串扰和信息容量降低的影响。研究结果表明，one-bit编码在大部分应用场景下能够得到令人满意的性能；在多数情况下，one-bit编码产生的性能下降可以忽略不计。该研究成果有望为当前或未来的超表面辅助的电磁信息系统提供理论指导。