用于强大无线通信的信息超表面的空频偏振分复用

自2014年数字编码超表面和可编程超表面概念提出以来，电磁学的物理世界与数字信息世界紧密相连，从而产生了基于超表面的无线通信的独特优势。

近年来，时域编码超表面(TDCMs)和空时编码超表面(STCMs)的提出和发展，进一步丰富了电磁调制和数字处理方案和应用范围。然而，大多数基于超表面的无线通信系统仅适用于单极化场景，传输信息的容量仍然有限。

在《国家科学评论》上发表的一篇新论文中，一组科学家开发了一种基于各向异性STCM的频偏分复用无线通信系统和空间频偏分复用无线通信系统。

该研究由毫米波国家重点实验室崔铁军教授、程强教授和东南大学移动通信国家重点实验室史金教授牵头。科学家们设计了一种反射型偏振无关相位可控的各向异性STCM。

当各向异性STCM的行和列被不同的时变控制电压序列偏置时，可以分别实现频极化复用调制和空频极化复用调制。

在此基础上，科学家们通过实验验证了频极化和空频极化复用无线通信系统的实时数据传输能力，证实了所提出的无线通信架构的实用性。

首先，科学家们将两个基带信号分别转换成具有不同斜率的线性时变控制电压序列，并将它们应用于各向异性STCM的两个偏振通道。这样就可以将两个基带信号调制到不同的极化和谐波频率信道上，实现频极化复用调制。

此外，通过在两个极化通道的控制电压序列中引入不同的延迟梯度，可以将两个极化方向的谐波光束分别导向指定方向，从而实现空频极化复用调制。对于实验验证，这些科学家将结果总结如下：

“首先，我们在室内环境中搭建了一个频偏分复用无线通信系统，通过该通信系统实现了两个480p分辨率视频的独立同步传输。随后，我们搭建了一个空频极化-分复用无线通信系统，实现了向两个不同指定方向的独立同步数据传输，”研究人员写道。

“与以往基于超表面的无线通信系统相比，我们的方案通过使用空频极化复用提高了信道容量和空间利用率，为构建多用户协作提供了低成本、高集成度的方案。无线通信网络，”科学家说。

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