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電信學院尹海帆團隊研制的智能超表面通信系統打破業界性能記錄

Author:張軼Time:2021-03-08Hits:

近日,電子信息與通信學院尹海帆教授研究團隊自主研制的智能超表面無線通信原型系統成功打破業界性能記錄,在不改變發射信號功率的前提下,實現了接收信號增強500倍的實測效果。團隊完成了業界首個智能超表面的室外遠距離信號傳輸實驗,利用其信號增強作用克服電磁波遠距離傳播的損耗,實現了500米傳輸距離外高清視頻流的實時播放。

隨著移動通信的不斷發展,無線頻譜資源的稀缺性使得通信系統的工作頻率不斷升高,從而導致無線網絡覆蓋難、能耗高的問題也越來越突出,成為制約移動通信產業的痛點。而智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface)是一種全新的無線通信增強技術,將有望解決這兩大痛點。該技術融合了人工電磁超材料技術和現代移動通信技術,是一門前沿交叉學科。智能超表面上的電磁反射元件的反射相位/幅度可以被軟件實時調控,從而協同實現對入射電磁波的智能化操縱,將無線信號定向反射至用戶終端。此項技術可以顯著提升信號質量和通信可靠性,彌補網絡覆蓋盲區,降低通信網絡能耗。同時,由于其低成本、低功耗、易于部署等特性,該技術將有望成為5G+/6G的關鍵技術之一,也是國際競爭異常激烈的研究熱點。中國、美國、歐洲、日本、韓國、新加坡等國家和地區的科學家都在加速布局和探索該項新技術。

尹海帆教授帶領科研團隊先后攻克了人工電磁超材料的設計與制造,高頻電子線路設計與調試、軟件定義無線電系統開發等難題,并提出一種基于無線信道稀疏結構特性的低復雜度自適應波束賦形技術,可以精準地將反射波束指向接收天線,從而提升接收信號質量。團隊在業界率先完成了智能超表面技術的室外遠距離測試,實現500倍信號強度增益,打破了由清華大學研究團隊保持的150倍增益記錄。

團隊

美國麻省理工

清華大學

華中科技

信號功率增益

10.5

150

500

   

                                     

團隊研發的基于智能超表面的無線通信原型系統


外場試驗照片

團隊將1080p高清視頻從我校啟明學院亮勝樓通過無線信號傳輸至500米之外的原光電國家研究中心,并基于智能超表面技術實現了接收端信號功率的大幅度提升,從而實現視頻流的在線播放。


信號穿墻測試

在信號穿墻測試中,智能超表面也獲得了400倍的信號功率增益,極大彌補了信號穿墻損耗,保證了通信質量。這些實地測試結果表明智能超表面將有望成為解決5G乃至未來移動通信的網絡覆蓋痛點和高功耗痛點的一個關鍵技術。

目前團隊已經完成相關的七項國家發明專利的申請,其中四項已經正式獲得授權。參與該系統研發的人員還包括譚力講師以及五名學生:裴熙隆、曹琳、李展鵬、王鍇、張昆。


尹海帆是電信學院引進的國家級海外高層次人才專家,曾在華為擔任高級預研工程師,并參與了5G國際通信標準的制定工作。尹海帆長期從事無線通信和多天線技術研究工作,解決了5G關鍵技術——Massive MIMO在產業界面臨的多個痛點和難點問題,為其成功實現商業化做出過重要貢獻。

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