可重构智能表面（RIS）

发表于 2022-08-14 更新于 2022-08-15 分类于 RIS

科普短视频

@我爱星科技关于 RIS 的科普短视频↓：

什么是 RIS

从字面而言，智能反射表面（Intelligent Reflecting Surface, IRS），也称为可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface, RIS），是一种可以重新配置的超表面¹。

从结构而言，RIS 是一种亚波长尺寸的人工二维材料，通常由金属、介质和可调元件构成，可以等效表征为 RLC 电路。调整电磁单元的物理性质，如容抗、阻抗或感抗，改变 RIS 的辐射特性，实现非常规的物理现象诸如非规则反射、负折射、吸波、聚焦以及极化转换，进而对电磁波进行动态调控²。

从特性而言，RIS 是一种具有可编程电磁特性的人工电磁表面结构，由超材料技术发展而来³。为了理解这句话，我查阅了一些资料，探究 RIS 如何从超材料发展而来：

RIS 首先属于一种「超材料」，进一步它属于一种「电磁超材料」，更进一步它不是三维的而是二维的超材料，即它是一种「超表面」。在超表面的基础上再加限定词，可重构的、智能的超表面就是 RIS（Reconfigurable Intelligent Surface）。RIS 的可编程/可重构电磁特性是基于「信息超材料」，信息超材料将电磁波和数字信息世界联系起来，因此 RIS 不仅可以调控电磁波还可以调制信息。

RIS 可以调控电磁波意味着通过 RIS 可以构建可控的无线环境。前五代移动通信都基于无线环境的不可控假设，这就是为什么说 RIS 会带来一种全新的通信网络范式。

信息超材料

发表于 2022-08-13 更新于 2022-08-15 分类于 RIS

信息超材料的概念

东南大学崔铁军研究组于 2017 年在 Journal of Materials Chemistry C 的特邀论文中提出「信息超材料」的概念，涵盖了数字编码超材料、现场可编程超材料以及未来的软件化超材料和可认知超材料，是物理学与信息科学的有机融合。

信息超材料采用数字化方式对超材料的人工原子进行表征与标定，从而使人们可以从信息的角度来分析与设计超材料，它能直接处理数字编码信息，并可进一步对信息进行感知、理解，甚至记忆、学习，为基于超材料的电磁波调控提供了一个全新的物理平台，从而实现对信息更加灵活、实时和智能地控制。

信息超材料的核心是在超材料的物理空间上建立起数字空间，可将电磁学和信息科学有机地结合起来，开拓新的学科方向，产生一系列具有新体制新机理的信息系统。

电磁超材料

发表于 2022-08-12 更新于 2022-08-15 分类于 RIS

电磁超材料的定义

《电磁超材料术语》将电磁超材料（electromagnetic metamaterials）定义为具有超常电磁特性的超材料¹。

具体地说，电磁超材料也称为超构材料、新型人工电磁媒质、特异媒质等，是将具有特定几何形状的亚波长尺度单元按照周期性或非周期性排布的人工结构，人们可通过设计单元参数和单元的排列方式来定制其等效材料及媒质属性，突破了传统材料在原子或分子层面难以调控的限制, 能构造出传统材料与传统技术不能或很难实现的超常媒质参数（例如负介电常数、负磁导率、负折射率及零折射率等）和/或这些参数的任意非均匀分布, 从而实现对电磁场和电磁波的自由控制, 带来全新的物理现象，例如负折射、完美成像、完美隐身、超分辨透镜、渐变折射率平板透镜、广义斯涅耳定律所控制的超常反射与透射等²。

超材料

发表于 2022-08-11 更新于 2022-08-15 分类于 RIS

超材料的定义

超材料（metamaterials）是 21 世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇¹。拉丁语「meta-」可以表达「超出……、亚……、另类」等含义。在 2004 年超材料尚未有一个严格的、权威的定义，但一般文献中给出的定义是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。

「超材料」一词的出现与一类被称为「左手材料」或「左手物质」的材料系统息息相关，狭义的 metamaterial 往往指的就是这类材料。左手材料（LHM，left-hand materials）的思想由前苏联人 Veselago 于 1968 年首次提出。

左手材料具有许多独特的性质²。例如：

在左手材料中传播的电磁波，其能量的传输方向与相位的传输方向相反。

在正常材料中存在多普勒效应，而在左手材料中存在逆多普勒效应：由于相位的传输方向与能量的传输方向相反，当接收器向波源运动时所接收到的电磁波频率小于波源发出的电磁波频率。

随着研究工作的深入，超材料的范围已经远远超出了左手材料的范围。

2016 年《电磁超材料术语》正式实施，成为全球第一份超材料领域的国家标准³。在《电磁超材料术语》中超材料（metamaterials）定义为一种特种复合材料或结构, 通过对材料关键物理尺寸上进行有序结构设计, 使其获得常规材料所不具备的超常物理性质⁴。

PAST 算法详细推导

发表于 2022-02-01 更新于 2022-08-19 分类于 PAST

本文源于《矩阵分析与应用》的这样一句话：

如何运用矩阵求逆引理得到 PAST 算法，书中省略了推导过程。今尝试推导如下。

考虑特征子空间的跟踪与更新问题，「投影逼近」是解决此问题的一个方法。将特征子空间的确定当作一个无约束最优化问题来求解，称为「投影逼近子空间跟踪」（Projection Approximation Subspace Tracking，PAST）。

特征子空间的跟踪与更新问题转化为以 J(W) 为目标函数的极小化问题

\[ J(W) = E \left\{ \| x - WW^Hx \|^2 \right\} \]

其中，\(x\) 是 \(n \times 1\) 观测数据向量，\(W\) 是 \(n \times r\) 矩阵。求矩阵 \(W\) 使得目标函数达到全局极小点 \(\text{min}J(W)\) 。

已被证明，当 \(W\) 的列向量张成的子空间等于信号子空间时，目标函数 \(J(W)\) 达到全局极小点。所谓「子空间跟踪」其跟踪的就是能够使 \(W\) 成为信号子空间的 \(W\)。

什么是信号子空间

何种情况下 \(W\) 会成为信号子空间？这与 PAST 算法本身无关，而属于子空间分析方法中的内容。在子空间分析中，观测数据向量 \(x\) 的自相关矩阵表示为 \(R = E\{xx^H\}\)，对相关矩阵进行特征值分解 \(R = U \Sigma U^H\)。矩阵 \(U\) 的列向量分为两个部分 \(U = [U_S, U_G] = [u_1, u_2, ..., u_r, u_{r+1}, ..., u_n]\)。自相关矩阵的 \(r\) 个主特征向量 \(U_S = [u_1, u_2, ..., u_r]\) 张成的子空间即为观测数据空间的信号子空间，剩余的 \(n-r\) 个次特征向量 \(U_G = [u_{r+1}, ..., u_n]\) 张成的子空间即为观测数据空间的噪声子空间。

5G Sounding Reference Signal

发表于 2020-11-21 更新于 2020-11-23 分类于 5G-NR

Note: 本文基于 3GPP Rel15 (2020-09) 版本规范。

SRS 用于上行信道信息获取、满足信道互易性时的下行信道信息获取以及上行波束管理。

NR 定义了 3 种类型的 SRS 传输：周期性 SRS，半持续性 SRS 和非周期性 SRS，通过为 SRS 资源集和 SRS 资源配置关于时域类型的高层参数 resourceType 来实现。

SRS 资源集配置

SRS 资源配置

周期性 SRS。时域类型被配置为周期 SRS 资源的所有参数由高层信令配置，UE根据所配置的参数进行周期性发送。同一个 SRS 资源集内的所有 SRS 资源具有相同的周期性。考虑到 NR 系统支持各种子载波间隔，不同子载波间隔对应的时隙时长不同，周期 SRS 资源的周期以及周期内的偏移以时隙为单位进行配置。周期 SRS 资源可配置的最小周期为 1 个时隙，最大周期为 2560 个时隙。
半持续性 SRS。时域类型被配置为半持续 SRS 资源在激活期间也是周期性发送。它与周期性 SRS 的区别在于 UE 在接收到关于半持续 SRS 资源的高层信令配置后不发送 SRS，只有在接收到 MAC 层发送的关于半持续 SRS 资源的激活信令后才开始周期性地发送半持续 SRS 资源对应的 SRS ，在收到 MAC 层发送的半持续 SRS 资源的去激活命令后停止发送 SRS。因此，相对于周期性 SRS 资源，半持续 SRS 资源的配置以及激活、去激活相比高层信令（RRC信令）更快，更灵活，适用于要求时延较低的业务的快速传输。与周期性 SRS 资源类似，基站通过高层信令为半持续 SRS 资源配置周期和周期内的偏移，同一个 SRS 资源集内的所有SRS资源具有相同的周期性。
非周期性 SRS。时域类型被配置为非周期 SRS 资源通过 DCI 信令激活。UE 每接收到一次触发非周期 SRS 资源的 SRS 触发信令，UE 进行一次所触发的 SRS 资源对应的 SRS 发送。DCI 中的 SRS 触发信令包含 2 个比特（如表 Table 7.3.1.1.2-24 所示），2 个比特可表示的 4 个状态。其中中的 1 个状态表示不触发非周期 SRS 发送，其他 3 个状态分别表示触发第一、第二、第三个 SRS 资源组；一个状态可以触发一个或多个 SRS 资源集，一个状态对应的多个 SRS 资源集可以对应多个载波。

NR PRG

发表于 2020-03-07 更新于 2022-08-19 分类于 5G-NR

PRG

PRG（Precoding Resource Block Group）是预编码资源块组，由一组频域连续的 RB 组成，这些连续的 RB 具有相同的预编码。

PRG size 的确定涉及到 a) UE能力，b) RRC配置，c) UE 所调度的连续 PRB 数目。

dynamicPRB-BundlingDL

dynamicPRB-BundlingDL 用于指示 UE 是否支持基于 DCI 来指示 PDSCH 接收的 PRG size。

如果 gNB 收到 UE 上报的 Phy-ParametersCommon :: dynamicPRB-BundlingDL，则表明 UE 支持基于 DCI 来指示 PDSCH 接收的 PRG size。

MMSE 检测算法推导

发表于 2018-12-22 更新于 2022-08-19 分类于 Algorithm

考虑发送端具有 \(N_t\) 根发送天线，接收端具有 \(N_r\) 根接收天线，在一个时隙内信道为准静态平坦衰落情况下，接收信号可表示为

\[ \mathbf{y=Hx+n} \tag{1} \]

其中 \(\mathbf{H} \in \mathbb{C}^{N_r \times N_t}\) 是 MIMO 信道矩阵，\(\mathbf{x} \in \mathbb{C}^{N_t \times 1}\) 是发送信号向量，\(\mathbf{n} \in \mathbb{C}^{N_r \times 1}\) 是与发送信号向量不相关的加性噪声向量，假设噪声向量均值为零。