通过可重新配置的智能表面在Ka频段进行多用户频率选择性光束转向
Lukas Mueller1, Alexander Wolff2, Steffen Klingel1
1Department of Electrical and Computer Engineering and Research Center OPTIMAS, RPTU Kaiserslautern-Landau, Kaiserslautern, D-67663, Germany.
Scientific reports
|March 29, 2025
概括
本研究介绍了使用可重新配置的智能表面 (RIS) 的多用户频率选择性束方向 (MU-FSBS). 与传统的TDMA方法相比,MU-FSBS在无线通信中显著提高了通道容量.
科学领域:
- 无线通信无线通信
- 超材料是什么?超材料是什么?
- 机器学习 机器学习
背景情况:
- 可重新配置的智能表面 (RIS) 是用于增强毫米波频率无线通信覆盖的新兴技术.
- 传统的多用户通信方法,如时间划分多重访问 (TDMA),在频谱效率和容量方面面临限制.
研究的目的:
- 为多用户频率选择性光束方向 (MU-FSBS) 设计和制造一种新的可重新配置的智能表面 (RIS).
- 为了证明MU-FSBS在多用户场景中实现比TDMA更高的通道容量的能力.
- 研究基于神经网络的机器学习架构的应用,以优化RIS性能.
主要方法:
- 设计和制造了一种对应器二极管调节的RIS,以实现Ka频段的独立光束转向.
- 实现了基于神经网络的定制机器学习架构,以优化RIS偏差电压模式,用于多频束转向.
- 实验验证涉及27GHz和31GHz的定向光束以特定的角度.
主要成果:
- 通常在27GHz和31GHz的相撞光束的独立光束转向可以通过从10°到45°的偏移角度实现.
- 采用MU-FSBS方法,与TDMA在20dB的SNR相比,平均道容量增加了约50%,而TDMA的SNR为20dB.
- 观察到MU-FSBS的通道容量比TDMA的通道容量增加了84%的显著增加,SNR为60dB.
结论:
- 开发的MU-FSBS技术使用一个varactor二极管调整的RIS和神经网络控制器显著提高了多用户无线通信中的通道容量.
- 这种方法为TDMA提供了一个有前途的替代方案,特别是在高SNR环境中,通过在多个频率上实现同时独立的光束转向.
- 这些发现突显了智能表面和机器学习对未来高容量无线系统的潜力.
