通过智能metasurfaces提高诺玛系统

1介绍和相关工作

6 g标准定义是处于起步阶段,但整体新通信基础设施的范围潘et al . (2021)。5克的出现使得移动宽带、关键操作,和大规模的机械化的通信(MTC)灵活移动网络基础设施通过实例化网络共存的片来满足特定的服务质量(QoS)需求;在6克没有严格分离设想“垂直”与增强的移动宽带,纯粹的大规模MTC和纯粹的飞船稳定性极强,低延迟通信(URLLC)在许多新兴的用例(包括车载通信、industrial-IoT触觉互联网)。这需要努力研发新的计划和一个重新设计的介质访问层和物理机制,探索灵活地应对所有异构和时变需求。

首先,6 g网络必须支持ultra-massive机械化与设备通信(umMTC)密度高达10⁸设备/公里²(与10⁶设备/公里²在5 g)与零耗能设备的电池寿命20年。umMTC上下文,根据正交性通信资源的稀缺性范例代表预期的巨大通道访问的瓶颈丁et al。(2020)。因此,非正交的多路访问(NOMA)技术代表了一个机会,因为他们避免使用正交的物理资源,和intra-technology干扰是故意允许的。解决由此产生的碰撞结合信道访问协调和干扰消除(IC)算法刘et al。(2017)。同时,多样性和冗余技术需要利用提供一个可控的环境,实现所需的可靠性和延迟约束。

一旦诺出现作为频谱高效无线访问一个有前途的技术,和先进的接收器使干扰取消,整个无线接口的组件,还不灵活可控的无线传播环境。在这种背景下,智能metasurfaces最近成为一个有前途的新范式。(IDTechEX 2021)。指出,智能metasurfaces 5 g的一个关键元素,缺少基础设施,将仪器6克的成功。使用mmWave和太赫兹波段将进一步激励一个广泛采用的智能metasurfaces克服无线电波的表现不佳的阻塞概率和传播障碍(潘et al ., 2021)。

的关键思想是metasurfaces可以安装在大型平面反射无线电频率(RF)能量障碍和创建一个虚拟视距(v-LoS)源和目的地之间的传播路径。通过部署metasurfaces密集的无线网络和协调他们的反射,信号传播/无线发射器和接收器之间的通道可以灵活配置和调整,从而使一个创新的方法,从根本上利用无线信道衰落障碍和干扰问题,实现显著改善可靠性和系统容量刘et al。(2021)。最后,metasurfaces也可以用来支持传感、本地化和无线电力传输迪伦佐·et al。(2020 b)。显然,设计师们将最困难的任务之一是使现有通信基础设施和传播环境与引入metasurfaces共存。

几个研究metasurface-aided无线系统出现在最近的文学。详细教程智能metasurfaces作为下一代无线网络提供了新范式吴和张(2020)。本文探讨了实施技术和关键技术挑战。在Basar et al。(2019)作者总结metasurface-enabled无线网络,探索理论性能限制使用数学技术的可重构智能metasurface-assisted通信系统。同样,工作迪伦佐·et al。(2020 b)的应用程序提供了一个全面的概述、福利、主要概念、和未来的研究前景,以及智能metasurfaces反映设计问题,特别是信道估计和资源分配。在Bjornson et al。(2020),metasurfaces周围的关键原则提出了三个具体的误解他们的功能和性能进行了讨论。挑战从信号处理的角度突出显示(Bjornson et al ., 2022)。在迪伦佐·et al。(2020),比较metasurfaces和继电器使用通信性能的措施。

一起使用的想法metasurfaces诺玛系统从一个通信和信息理论的观点是最近的。的工作太阳和京(2022)调查metasurface-assisted诺玛下行传输的理想和非理想设置,专注于一个特殊的情况下,基站之间的直接联系的一个用户被阻塞,而第二个畅通无阻的用户是搭配阻塞用户诺玛接待。在Tahir et al。(2021),聪明的上行中断性能反映surface-assisted非正交的多路访问(NOMA)调查。作者认为一般情况下,所有用户都直接和反射链接,和所有的链接接受Nakagami-m衰落。结果表明,在一定条件下,存在metasurface降低用户的性能可能会主导视距(LOS)链接到基站。metasurfaces的角色被视为额外自由度的发射机和接收机之间的有效途径获得丁和文森特贫穷(2020)。

metasurface-aided无线系统的分析和优化要求足够真实和准确,但也容易处理,模型,考虑电磁(EM)散射metasurface的元素的属性。到目前为止,只有少数EM-compliant metasurface-aided无线系统的模型是可用的(Abeywickrama et al ., 2020;威廉姆斯et al ., 2020;Danufane et al ., 2021;唐et al ., 2021,)。虽然引人注目,但这些作品的影响的EM字段和电流的印象和诱导大约只考虑辐射元素。更系统化的方法提出了(Gradoni和迪伦佐·2021)的矩量法(MoM)采用模型辐射元素(天线、被动散射)在频域。妈妈在频域的使用也有一些缺点,所以可能比时域分析在某些情况下,当我们将在第四节突出。

在本文中,我们调查与metasurfaces诺玛餐厅系统的集成,提供见解为一个统一的分析框架,即。,一个深跨层方法,占多个访问共享无线资源,渠道传播,在meta-surfaces相互耦合,干扰消除接收机。前进从最近的文献,认为诺玛的沟通方面或metasurfaces(与电路有关的方面表1),的关键方面深跨层方法是新兴市场特点和通信模型的集成。6克的愿景仍然是正在开发的移动通信行业,这些见解与理解的抽象级别的EM和与电路有关的分析需要设计师的新颖的通信协议,有一个全面的计算负担得起的分析描述。特别是,这是相关的初步步骤的定义关键特性之前,应用优化技术基于例如,机器学习,对聪明的定义和自配置6 g无线系统的设想杨et al。(2021)。

论文的大纲如下。在第2部分中,我们描述了智能metasurfaces和潜在的应用场景。第三节说明了诺玛系统。第四部分着重于描述智能metasurfaces EM的特征。第5部分讨论了在综合分析准则和挑战,诺玛系统智能metasurfaces;此外,设想深跨层方法是描述和分析。然后,第六节总结了纸。

2应用程序场景内6克

无处不在的连接在车辆、基础设施和其他道路使用者对增加自动车辆的安全是至关重要的和完全集成到整个交通系统。在这个框架中,合作的概念(C-ITSs)是智能交通系统的一个主要应用场景为未来一代无线技术,诺玛和metasurfaces帮助道路使用者和交通运营商共享信息和协调他们的行动。

作为一个关键实现场景,智能metasurfaces可以部署在城市环境改善覆盖通过创建额外的路径支持更好的用户之间的连接和通信基础设施。通过直接操作在电磁层面,metasurfaces过程信号以光的速度,使一个非常减少功耗和延时对,例如,继电保护的解决方案。

最初,智能metasurfaces已经构思了室内环境。为了减少不良的影响由于多条路径,表面可以应用于家具、绘画、墙壁、地板和其他可能会发现有用的信号的最优传播能够利用优势与减轻重量和产品几何变量。然而,智能metasurfaces一组丰富的户外应用。它们可以应用于建筑,在路面或身体移动的车辆。metasurface技术在未来6克的普遍实现场景激发的目标将建筑,墙壁,表面的对象,镜子,或电器可重构反射镜能够重新定位的无线信号,提高无线连接。

动态配置无线传播环境的可能性通过打开元素出现在环境本身难以置信的潜在服务用户提供高容量和高能源效率。metasurfaces的使用,与其他资源(传感器、摄像头、可穿戴的智能设备),可以发挥积极作用在提供具体支持的通信范围由障碍,低数据率,错误率,覆盖面窄,延迟在城市场景。此外,可以利用该技术提供更好的定位精度和数据隐私保护相比,现有的无线通信系统。

作为一个说明性的例子,图1表明metasurfaces可以支持两个用户连接,6 g基站架构存在的障碍。智能metasurface提供从基站控制器需要输入动态适应的反射性质metasurface元素,以便用户不在视线(LoS)可以被认为是在“虚拟”的视线(v-LoS)。

3非正交的多址接入系统与智能metasurfaces

一个非正交的多路访问(NOMA)系统是基于一个多路访问技术,允许多个用户同时使用相同的时间和频率资源,抛弃时间的正交性原理计划或预定的通信频率。对于大规模的多场景,正交多路访问(OMA)需要占用资源调度策略。然而,过度的多址干扰是诺玛的自然结果的方法。为了处理过多的干扰,用户分配给相同的资源必须正确的多路复用,保证可接受的通信可靠性丁et al。(2020)。基于多路复用策略,我们可以区分两类,即power-domain诺玛和code-domain诺玛。

在power-domain诺,来自多个用户的信号功率的歧视,然后使用先进的技术,如连续干扰消除(原文如此)干扰消除接收机。Code-domain诺依赖于信道编码的优化设计,窄和码书/序列分离多个用户,从经典的目前前进访问(CDMA)技术包括序列或电报密码本,表现出一定的稀疏(例如,稀疏编码多路访问(SCMA)Moltafet et al。(2018))。为目的的智能metasurface集成,我们相信power-domain诺更有趣的是由于控制接收器接收功率水平的可能性不仅从发射端,也巧聪明metasurface的调优参数。堡这个原因,我们将分析限制在power-domain诺玛场景在下面。

3.1上行和下行power-domain多个acc非正交的

作为第一步,重要的是要描述诺玛的不同实现下行和上行沟通。下行诺传动采用叠加编码(SC)技术在基站。基本上,基站传送到多个用户,用户通过编码消息与恶劣的信道条件较低速度和力量,然后添加用户的信号上有更好的信道条件。SC介绍了干扰,需要被解码之前每个用户自己的信息。因此,需要一种有效的多用户检测技术抑制干扰,为了充分享受SC的好处。碳化硅技术然后调用用户的干扰消除,如图所示图2。更准确地说,用户提供更好的信道条件,通常被称为附近的用户治疗干预,直接解码的信息作为额外的噪音。另一方面,用户与最差的信道条件,称为目前用户估计,到附近的用户相关的信号,然后减去估计的信号叠加收到信号,最后进行检测其想要的信息。

在上行诺玛传输中,多个用户传输自己的上行信号的基站相同的资源,如所示图3。基站检测到的所有信息用户提供碳化硅的帮助。这标志着第一次下行和上行诺玛的区别。基站的下行诺选择不同的传输能力帮助SIC接收器。上行诺依赖于每个用户的信道条件。如果用户的信道条件明显不同,他们收到SINR可能相当不同的基站,不管他们的传输功率。

SIC操作和干扰用户的上行诺玛和下行诺也不同。更具体地说,对下行诺玛,最强的用户解码的信息然后干扰较弱的用户执行取消在下行,消毒的干扰最强的用户。相比之下,在上行诺玛,SIC进行基站基于stronger-to-weaker解码订购计划丁et al。(2020)。基站试图发现最强的用户首先将其他用户的干扰。然后,基站re-modulates恢复信号和减去所强加的干扰用户检测较弱的用户。是重申这个过程,直到所有的数据包解码发生碰撞。

诺玛的性能因此OMA不同下行和上行。诺玛和OMA的能力地区下行和上行Shin et al。(2017)。诺玛的能力地区是OMA之外,这意味着使用诺玛在下行吞吐量方面的优越性能。在上行,诺玛主要有优势在公平方面,尤其是与OMA与功率控制相比,魏et al。(2020)。

3.2限制和机会

诺玛通信模式最初提出作为5 g的技术。然而,除了对技术的兴趣越来越浓,5 g标准化没有集成诺玛的解决方案,Maraqa et al。(2020)。原因主要是由于接收机的额外的复杂性,必须执行连续干扰消除,当multi-antenna多单元技术的系统集成问题。

诺玛的有关限制使用是由碳化硅检测,在实际的实现是通过检测误差传播影响的阶段。因此,不完美的SIC需要明确设计诺玛系统时。此外,原文如此需要信道状态信息(CSI)正确执行解码,因此性能也可能受到信道估计误差的影响,勒和勒(2022)。

power-domain诺玛的另一个性能影响因素系统符号同步的损失可能发生的由于不同的传播延迟,时间错误和漂移的节点的本地振荡器,这可能会影响原文如此,特别是在上行诺玛场景。然而,最近的研究公布了建设性地利用的可能性/诱导缺乏同步提高的速度上行诺玛系统,刘et al。(2019);李et al。(2021)。为了提高SIC效率,使实际的诺玛计划,干扰用户共享资源的数量应保持有限。这一目标、信道访问干扰协调和配对方案/服务用户通常用于减少发生的多址干扰,从而最大化SIC效率,郭et al。(2018),郭et al。(2019)。

相对于经典的多用户检测技术李et al。(2011),power-domain诺玛在每个接收器通常有一个观察。换句话说,而不是使用联合detection-aided多用户检测同时考虑所有用户,SIC迭代技术操作,对接收机的硬件复杂度低于联合解码的方法。

在Clerckx et al。(2021)、理论问题和模拟表明,可能存在低效率与经典的多天线系统,应用诺和其他多路复用技术,如多用户线性预编码和速度分裂可能提供更高的可实现的系统吞吐量。作为一种替代方案,重新设计的检测订购策略可以使多个天线系统的收敛性和诺提出了丁et al . (2020 b),混合SIC与自适应解码顺序显示方案,提供更高的灵活性和原则上可以克服的局限性源于多个天线设置。

聪明的角色metasurface意味着改善信道接入协调、多单元形状覆盖环境,对于经典multi-antenna系统可以提供一个替代解决方案然后仪器克服目前的诺玛的局限性。例如,metasurfaces可以支持用户的配对可以利用策略和改善用户的多路复用在电力领域。相反multi-antenna系统广泛的建模和集成在多址系统中,智能metasurfaces从新兴市场表现出不同的特征,与电路有关的观点,需要解释。初步描述智能metasurface从一个EM和与电路有关的观点在下面提供。

4描述智能metasurfaces

智能metasurface是一层很薄的电磁材料制成的许多被动散射元素,可以安排定制无线电波的传播,根据他们收到的输入从外部世界。应该注意的是,智能metasurfaces给出几个名字,文学是可以互换的。例如被称为,例如,可重构智能表面(RIS)和智能反射表面(IRS)。这些术语metasurface强调不同的方面,因为它是好了赵(2019)。

反射入射电磁波的主要使用在一个特定的方向是通信智能metasurfaces设想。然而,通过配置metasurfaces与电路有关的特征,他们的元素可以与EM波交互并生成以下额外的现象:

•折射:波的折射表面传播朝着一个特定的方向,不一定一样。

•专注:波的能量集中在一个特定的点。

•准直:产生互补现象的关注。

•分裂:入射波将产生多个反射或折射波。

•吸收:反射或折射波将经历变化的力量。

•极化:修改波电磁领域的方向。

NTT Docomo已经取得了一个特殊的透明玻璃称为智能玻璃,使建筑内部的传播信号由于表面的折射特性Kitayama et al。(2021)。这个智能玻璃由堆叠层metasurface元素原子(元)定期安排彼此的距离小于一个波长,与散射波的动态控制大面积的28-GHz乐队。因此,这使得控制系统响应动态在三种不同的方式:1)全熔透,2)部分反射,和3)完成入射波的反射。玻璃不改变审美方面,因为它是透明的,通过选择性屏蔽无线电波将确保效率高、适用性的地区安全也有关。

4.1智能metasurfaces可能实现

metasurfaces是仪器的详细模型来确定合适的抽象建模的集成提出了应用程序场景。首先,可以分为被动和quasi-passive metasurfaces。在第一种情况下,他们的属性是受到外部因素的影响,例如,一个撞击电场;在第二种情况下,表面的性质是由一个小电压信号V_偏见。

以下4.4.1权力依赖metasurface

4.1.1.1地带数组

图4显示了一个示例的被动metasurface由数组sub-wavelength金属条Ramaccia et al。(2020)。条设置垂直于电场的撞击波,和非线性电路连续两条之间的差距使得结构的响应敏感撞击的力量。非线性电路由一对二极管组成,因此,当感应电压不克服激活阈值,metasurface展览其传统的电容行为。相反,当冲击功率足够高把二极管,带短路,metasurface行为作为一个完美的电导体。

适当的结合这个power-dependent行为,可以设计天线系统形状规整的辐射模式通过作用于天线输入功率。

4.1.1.2晶格金属板

第二种类型的metasurface见图5。由一个晶格结构的金属板连接水平二极管和地平面Sievenpiper (2011)。二极管排列,这样一个入射波将收取交替板块正的或负的直流电压。每个板与地面平行电容和电阻;第一个是储能时表面遭受高功率脉冲和脉冲之间的第二个消散的能量。

这种类型的表面可用于高功率射频表面电流的有效吸收,而这种行为的关键是由于并联电容器和垂直电阻电路的存在。

4.1.1.3波形选择性metasurface

最后一个例子中被动metasurfaces选择性metasurface波形Ramaccia et al。(2020)。在图6,晶胞的结构是报道;它由一个meander-like归纳地带和特点是表面阻抗Z_年代强烈依赖于曲流深。通过利用一个正确waveform-selective电路设计,可以改变metasurfaceZ_年代。加载电路可以切换从一个开放的(和短路条件反之亦然)根据撞击波的波形,和这种非传统的行为被用于设计一种导线天线能够自动隐藏或显示它的存在取决于接收/传送信号的波形。

在蒙蒂et al。(2016),两个干扰天线的应用程序,一个巨大的和一个小天线,相邻。很明显,大天线影响小天线的辐射模式,但如果meander-like感应条位于大的天线,这可以成为看不见的小天线,辐射模式类似于单个天线的情况下在一个空的空间。

4.1.2时变反光metasurface

时变metasurfaces是由一个小电压信号V_偏见,所以他们被认为是quasi-passive表面。额外的成本小电压信号更大自由度的偿还metasurface的配置。图7显示了一个示例的时变反射metasurfaceRamaccia et al。(2020)和Ramaccia et al。(2020 b)。

metasurface可以被认为是一组单元,每个单元由四个镜像蘑菇。每个蘑菇有五层:第一个和第三个是两个金属铜补丁的连接通过,第二个是介电常数的介质衬底ɛ_r= 4.3和耗散因子棕褐色δ= 0.025f= 10 GHz,第四是薄泡沫板和第五是金属地平面扩展在整个宽度metasurface执行零传播。的四个补丁单元细胞相互电连接到双偏置线,运行在45°的单胞主要轴,为了实现一个棋盘电势。metasurface必须表现出以下时域复反射系数Γ(t)=e^j(δft),在那里δf被调制的频移。时间调制可以实现所需的频移的反射波对该事件。

反射系数是通过调制的调制时间标准的高阻抗表面,展览一个单一反射和反射系数的可调阶段−π来π。

4.2 metasurfaces的配置

配置智能metasurfaces是要考虑的一个关键方面。通常,见图1,需要一个外部控制器动态重新配置无线电波的传播基于当前网络动力学。此外,由于缺乏信号处理单元等nearly-passive metasurfaces,信道估计和收购通常表现在整个路径从发射机到接收机,可以防止敏捷系统的部署。在艾博年et al。(2022),作者提出了一个自配置metasurfaces吸收和反射的解决方案,仅基于CSI metasurface可以局部估计,power-sensing功能和不需要一个活跃的控制通道。

一个关键创新方面是可能使用学习机制来支持metasurfaces的配置。在metasurface卷积神经网络控制器已应用于估计从metasurfaces事件信号干扰设备杨et al。(2021)和学习模式应用于metasurface元素分配和相移的配置问题曹et al。(2021)。然而,在应用优化技术和自动配置算法,它是仪器获得的关键的电磁特性metasurfaces影响通信系统的性能。

5深跨层方法metasurface-aided非正交的多路访问系统

metasurface起着关键作用的电磁特性理解实际实现的可实现的性能。作为一个例子,介电性能和吸收由metasurfaces引入延迟的实现方面建模时需要适当地考虑合并后的信号接收器。同时,通过调优metasurface的相移,再辐射的信号从metasurface添加建设性或狼狈地从其他路径和用户的信号,和信道估计中发挥着关键作用在接收机的性能,因此需要一个信号处理对这个问题的看法。

现有的大部分作品视为准被动设计和在系统与单个metasurface信道估计方案。在某些场景中,然而,它可以方便的启用通过从多个表面反射信号的传播路线,绕过阻塞的信号对象以聪明的方式。智能metasurfaces诺玛场景要求的系统级分析端到端性能。因此,研究metasurfaces-assisted诺玛系统需要一种方法论的方法,包括全波电磁分析,电路分析、信号处理、和沟通,提供一个抽象模型来捕获系统的主要组件之间的复杂关系。

该方法分析metasurface-aided诺玛系统因此表示,跨层深。这个想法是为了扩展经典跨层方法,在频道之间的交互访问策略,物理层,和信道传播特性考虑,包括系统的电磁特性与电路有关的元素。

的说明表示建议的方法,提出了跨层交互图8。诺玛餐厅调度器将作为输入系统模型包括数量和用户和他们的分配发射机/接收机对估计的相对距离。在与电路有关的层,部分元件等效电路进行)方法Ruehli et al。(2017)用于计算系统的脉冲响应的选择作为输入的参数与电路有关的模型之一metasurfaces在第四节中描述。然后,使用卷积解算器,作为输入系统的脉冲响应,选中的发射机/接收机终止妊娠,metasurface的配置参数。卷积解算器产生输出端口信号占metasurface的辐射元素之间的相互耦合。这些输出信号被送入一块计算signal-to-interference-plus-noise比(SINR)来描述多址干扰的影响,采取作为输入通道模型,其中包括传播特性。碳化硅是应用于接收机来确定系统的整体性能指标方面,例如,成功接收概率和系统容量。性能指标可以选择作为输入优化算法用于诺玛调度器或metasurface配置控制器,作为中虚线箭头所示图8。

5.1时间和频率分析的电磁特性

迄今为止,metasurface-aided系统电磁特性是使用频域方法基于矩量法(Gradoni和迪伦佐·2021)。使用矩量法在频域有两个主要缺点:

•它可能导致大型线性系统的方程在感兴趣的频率范围内得到解决。

•防止将直接非线性电路重新配置metasurface或连接到接收器。

在我们的场景中,我们建议关注时域的方法,其中有一些有前途的有益方面:

•非线性终端可以直接包含在分析;

•一个运行允许描述天线终端分配的渠道,这样就避免了重复运行在感兴趣的频率范围。

麦克斯韦方程的时域动力学可用,但是但是,metasurface上下文提出了重大的挑战:

•发射器,metasurface元素和接收器是远几乎不可能使用微分方法的时域有限差分(FDTD)和时域有限元方法(TDFEM)。

•发射器,metasurface元素和接收器可以通过复杂的电路,驱动或装载常常表现出非线性。

•必须符合时变电磁建模场景由于时变信号传送器的相对位置,metasurface元素和接收器。

这三个挑战需要equation-based采用时域积分方法。为此,部分元件等效电路进行)方法Ruehli et al。(2017)可用于计算系统的脉冲响应的参数。

这种类型的系统的研究可以追溯到一个多端口的系统,其端口的系统组成的发射机,米metasurface元素,接收器。的米+ 2多端口系统的特点是在时域中使用进行解算器的散射参数年代(t),允许使用卷积获得反射波b(t从事件的)一个(t):

一旦多端口系统在时域特征,由此产生的模型可以连接到任意端口被封的

在哪里 $\mathbf{F}\left(\cdot \right)$ 线性模型是一个向量集,没有记忆,描述的被动行为米+ 2港口系统,v(t),我(t)的端口电压和电流矢量,分别v_年代(t)是包含端口电压源的向量。

在Pettanice et al。(2022),进行方法被用来计算该多端口系统的脉冲响应的参数。然后,采用解决途径研究系统任意源和终止妊娠。准确的找到解决途径与其他的相比,基于频率和时域分析方法。此外,解决途径发现总是稳定的,从传统的时间步方法不同,例如,向后微分公式Ruehli et al。(2017)。Pettanice et al。(2022)假设线性终止妊娠,然而,时域解算器可以用来提供的端口电压和电流也任意非线性终止妊娠。时变情况下也可以考虑采取先进的插值技术,允许以时变信号传送器的相对位置,metasurface元素和接收器。有效整合通信模型,等效压缩模型,占有关电磁参数,是必要的。

分析的结果是一个抽象的metasurface系统的传递函数,占大型表面的辐射元素之间的耦合。EM-compliant这个保证模型,相互耦合和单元细胞意识。

5.2 Signal-to-interference-plus-noise比特性

当考虑明确诺通信,系统的脉冲响应与metasurfaces需要集成模型的多址干扰信道和接收机的SIC程序。在这个层次上的抽象,这样一个系统可以被视为多个访问系统活跃的反向散射元素。一个分析框架一直在提倡(Valentini et al ., 2020;Valentini et al ., 2021 a)系统与反向散射元素,包括多个访问协议的影响,传播特性,接收方的行为。的收敛power-domain诺玛协议和反向散射通信一直在研究(Valentini et al ., 2021 b)。

分析模型的一个关键组成部分Valentini et al。(2021 b)是使用矩匹配近似的描述signal-to-interference-plus-noise比(SINR)来描述多个访问干涉传播链接和近似接收机捕获概率。在这种背景下,一个相关的方法是使用捕获的多样性,它利用multi-static提供的宏观多样性与混乱的用户设置。捕捉多样性使碳化硅在资源与同步传输单位,因此,收益可观的性能提升的吞吐量。我们相信这种方法有巨大潜力的描述与诺和metasurface广播环境,因为它可以用来预测系统行为,因此优化metasurface的配置参数,它可以反射系数的反向散射相关联的标记。

让我们考虑上行power-domain诺用于例证。基站的基带等效接收信号可以表示为

在哪里N将用户的数量,θ_n=f(h_f,n,h_r,v_n)是合成复杂的利益,这是一个函数的通道 ${\mathbf{h}}_{f,n}\in {\mathbb{C}}^{1\times 米}$ 发射机之间n和米的元素metasurface的通道 ${\mathbf{h}}_r\in {\mathbb{C}}^{1\times 米}$ 之间的米元素metasurface和基站,输出的信号v_nmetasurfaces的用户n,可以获得情商。; $x_n\in \mathcal{C}$ 从contstellation调制符号 $\mathcal{C}$ 由nth用户,w加性高斯白噪声(AWGN)与规范化的权力P_w= 1。

我们备注的信号模型情商。是有效的假设下静态frequency-flat衰落信道和单天线基站和用户。然而,更一般的二元通道模型,包括时间色散和时间选择性,如描述的一个格里芬和Durgin (2008),提出可以采用跨层方法。

从接收到的信号的模型,每个用户的信号检测是通过SIC的手段。具体来说,通过假设基站CSI知识,较强的计划用户解码,估计符号是利用取消相对从接收到的信号干扰的贡献y。然后,程序是重申,直到所有预定用户解码。接收者symbol-by-symbol基础上运作并产生每个符号的估计nth用户

在哪里 ${\stackrel{̂}{\theta }}_n=f({\stackrel{̂}{\mathbf{h}}}_{f,n},{\stackrel{̂}{\mathbf{h}}}_r,{\mathbf{v}}_n)$ 是复合复杂的增益,可以基于信道估计的计算 ${\stackrel{̂}{\mathbf{h}}}_{f,n}$ 和 ${\stackrel{̂}{\mathbf{h}}}_r$ 。在这里假设的集合计划由下行接收用户命令的权力。这个词 ${\stackrel{̂}{x}}_0$ 为第一个解码用户设置为零。我们备注,以不同的方式从传统的诺玛计划,metasurface诱发的存在一个控制项θ_n在情商。可以适当地调整以提高SIC效率。最后,我们观察到类似的原理可以采用下行诺玛场景。

方面的区别,metasurface通常的几何尺寸比波长大一个数量级,这实际上应该视为镜面反射器。后向散射标签而不是更具代表性的扩散而非镜面反射,由于天线元素的大小小于或与波长可比Basar et al。(2019)。metasurface-assisted系统这是一个竞争优势相比,例如,系统与被动的反向散射标签。事实上,metasurfaces的几何尺寸,当适当地优化,也会产生显著的链路预算收益,这是不可以实现的被动的反向散射标签。功率之间的power-domain歧视的范围附近的用户和目前用户诺玛系统与链路预算增加的比例获得metasurface引入的。

复杂性是一个基本方面的调查对实际实现metasurface-aided诺玛系统。引入智能metasurfaces成本的额外的基础设施,但这成本将低于安装新基站增加覆盖范围。额外的复杂性的算法是分布式基础设施内的元素,包括metasurfaces通常安装在固定的位置与电源和多余的连通性选项。电量有限设备不需要复杂的操作,除了SIC在下行业务。然而,额外的元素的存在(即。,themetasurfaces) to control the propagation environment may simplify the way channel state information is obtained at the power constrained node. In the context of latency-sensitive scenarios, smart metasurfaces provide additional paths from a source to a destination with the additional processing done directly on the radio signal, thus introducing low delays compared to classic amplify and forward systems.

解决系统模型的复杂性,一种半解析方法,结合电磁特性的推导metasurfaces和蒙特卡罗模拟来描述信道访问和调度在诺玛的设想。作为一个集成的关键挑战,我们相信移动是提出了重大的挑战的能力配置metasurface-aided诺玛系统正常。事实上,流动性是至关重要的,当试图获得一个精确的估计CSI的接收器,用于诺玛系统使干扰取消。

6结论

在本文中,我们提出了一个方法论的方法为一体的智能metasurfaces到应用程序场景中使用非正交的多路访问(NOMA)通信。我们回顾了最近的文献,突出挑战和机遇的分析表征诺玛系统由metasurfaces辅助。的关键思想是一种深厚的跨层方法,包括散射表面的电磁场之间的相互耦合和SINR接收器。我们未来的工作包括技术评估的影响metasurfaces在诺玛系统计算负担得起的模型。

数据可用性声明

最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。

作者的贡献

所有作者的概念研究。PD组织贡献和写了初稿的手稿。房车和FS主要贡献方面相关的诺玛沟通。GP和GA的贡献主要是关于智能metasurfaces一部分。所有作者导致修订手稿、阅读和批准提交的版本。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

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