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第690期(总第690期) 2021年3月22日   本期四版  上一期  下一期  更多期次  
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智能超表面通信系统打破业界纪录


本报讯(通讯员张轶)近日,电信学院尹海帆教授研究团队自主研制的智能超表面无线通信原型系统成功打破业界性能记录,在不改变发射信号功率的前提下,实现了接收信号增强 500 倍的实测效果。团队完成了业界首个智能超表面的室外远距离信号传输实验,利用其信号增强作用克服电磁波远距离传播的损耗,实现了500米传输距离外高清视频流的实时播放。

随着移动通信的不断发展,无线频谱资源的稀缺性使得通信系统的工作频率不断升高,无线网络覆盖难、能耗高的问题也越来越突出,成为制约移动通信产业的痛点。智能超表面是一种全新的无线通信增强技术,将有望解决这两大痛点。

该技术融合了人工电磁超材料技术和现代移动通信技术,是一门前沿交叉学科。智能超表面上的电磁反射元件的反射相位/幅度可以被软件实时调控,从而协同实现对入射电磁波的智能化操纵,将无线信号定向反射至用户终端。此项技术可以显著提升信号质量和通信可靠性,弥补网络覆盖盲区,降低通信网络能耗。同时,由于其低成本、低功耗、易于部署等特性,该技术将有望成为5G+/6G的关键技术之一,也是国际竞争异常激烈的研究热点。中国、美国、欧洲、日本、韩国、新加坡等国家和地区的科学家都在加速布局和探索该项新技术。尹海帆教授带领科研团队先后攻克了人工电磁超材料的设计与制造,高频电子线路设计与调试、软件定义无线电系统开发等难题,并提出一种基于无线信道稀疏结构特性的低复杂度自适应波束赋形技术,可以精准地将反射波束指向接收天线,从而提升接收信号质量。团队在业界率先完成了智能超表面技术的室外远距离测试,实现500倍信号强度增益,打破了由清华大学研究团队保持的150倍增益记录。

团队将 1080p 高清视频从我校启明学院亮胜楼通过无线信号传输至 500 米之外的原光电国家研究中心,并基于智能超表面技术实现了接收端信号功率的大幅度提升,从而实现视频流的在线播放。

在信号穿墙测试中,智能超表面也获得了400倍的信号功率增益,极大弥补了信号穿墙损耗,保证了通信质量。

这些实地测试结果表明,智能超表面将有望成为解决5G乃至未来移动通信的网络覆盖痛点和高功耗痛点的一个关键技术。

目前团队已经申请相关七项国家发明专利,其中四项已经正式获得授权。参与该系统研发的人员还包括谭力讲师,以及裴熙隆、曹琳、李展鹏、王锴、张昆5名学生。

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