TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY QUA BỀ MẶT PHẢN XẠ THÔNG MINH

Nguyễn Thanh Tùng; Nguyễn Thị Thanh Bình; Vũ Chiến Thắng

doi:10.34238/tnu-jst.4081

TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY QUA BỀ MẶT PHẢN XẠ THÔNG MINH

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 02/03/21 Ngày hoàn thiện: 27/05/21 Ngày đăng: 31/05/21

Các tác giả

1. Nguyễn Thanh Tùng , Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông - ĐH Thái Nguyên
2. Nguyễn Thị Thanh Bình, Đại học Thái Nguyên
3. Vũ Chiến Thắng, Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông - ĐH Thái Nguyên

Tóm tắt

Trong hệ thống truyền thông không dây hiện nay, phương tiện truyền tin được coi là đối tượng hoạt động ngẫu nhiên giữa máy phát và bộ thu, điều này làm giảm chất lượng tín hiệu do các yếu tố tự phát của sóng vô tuyến. Bên cạnh đó, mạng di động tốc độ cao thế hệ thứ 5 (5G) cũng như các thách thức của mạng 6G trong tương lai đòi hỏi phải có các công nghệ hỗ trợ hiệu quả. Để có thể khắc phục các tác động tiêu cực của sóng lan truyền, một số công trình được đề xuất nhằm điều khiển kênh không dây theo hướng tối ưu hóa. Nhóm tác giả sẽ tiến hành khảo sát các nghiên cứu về công nghệ bề mặt thông minh giúp kiểm soát sóng vô tuyến, góp phần nâng cao hiệu năng chung của hệ thống truyền tin. Bài viết cung cấp các thông tin về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, khả năng ứng dụng, tính ưu việt của bề mặt phản xạ thụ động có thể tái cấu hình, một số mô hình ước lượng kênh, đồng thời đề xuất các hướng phát triển cho các hệ thống vô tuyến thông minh tích hợp công nghệ mới nổi này. Kết quả của bài báo có thể được sử dụng làm nền tảng kiến thức, tài liệu tham khảo trong học tập, nghiên cứu và giảng dạy thuộc lĩnh vực công nghệ thông tin và truyền thông.

Từ khóa

Bề mặt thông minh có thể cấu hình lại; Bề mặt phản xạ thông minh; Sau 5G; 6G; Môi trường vô tuyến thông minh

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] “Cisco visual networking index: Global mobile data traffic forecast update, 2017–2022,” Feb. 2019. [Online]. Available: https://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/white-paper-c11-738429.pdf. [Accessed Feb. 14, 2021].

[2] M. Patzold, “It’s time to go big with 5G mobile radio,” IEEE Vehicular Technology Magazine, vol. 13, no. 4, pp. 4-10, 2018.

[3] W. Saad, M. Bennis, and M. Chen, “A vision of 6G wireless systems: Applications, trends, technologies, and open research problems,” IEEE Network, vol. 34, no. 3, pp. 134 - 142, Oct. 2019.

[4] X. Cao, L. Liu, Y. Cheng, and X. S. Shen, “Towards energy-efficient wireless networking in the big data era: A survey,” IEEE Commun. Surv. Tut., vol. 20, no. 1, pp. 303-332, Firstquarter 2018.

[5] M. R. Akdeniz et al., “Millimeter wave channel modeling and cellular capacity evaluation,” IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 32, no. 6, pp. 1164-1179, Jun. 2014.

[6] Q. Wu and R. Zhang, “Towards smart and reconfigurable environment: Intelligent reflecting surface aided wireless network,” IEEE Commun. Mag., vol. 58, no. 1, pp. 106-112, Jan. 2020.

[7] M. D. Renzo et al., “Smart radio environments empowered by reconfigurable AI meta-surfaces: An idea whose time has come,” EURASIP J. Wireless Commun. Netw., vol. 2019, May 2019, Art. no. 129.

[8] E. Basar, M. Di Renzo, J. de Rosny, M. Debbah, M.-S. Alouini, and R. Zhang, “Wireless communications through reconfigurable intelligent surfaces,” IEEE Access, vol. 7, pp. 116753- 116773, Aug. 2019.

[9] E. Basar, “Transmission through large intelligent surfaces: A new frontier in wireless communications,” European Conference on Networks and Communications (EuCNC), 2019.

[10] Z.-Q. He and X. Yuan, “Cascaded channel estimation for large intelligent metasurface assisted massive MIMO,” IEEE Wireless Communications Letters, vol. 9, pp. 210 - 214, Oct. 2019.

[11] X. Tan, Z. Sun, D. Koutsonikolas, and J. M. Jornet, “Enabling indoor mobile millimeter-wave networks based on smart reflect-arrays,” IEEE Conference on Computer Communications (INFOCOM), 2018, pp. 270-278.

[12] T. Ulversoy, “Software defined radio: Challenges and opportunities,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 12, no. 4, pp. 531-550, 2010.

[13] D. Mishra and H. Johansson, “Channel estimation and low-complexity beamforming design for passive intelligent surface assisted MISO wireless energy transfer,” IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 2019, pp. 4659-4663.

[14] L. Subrt and P. Pechac, “Controlling propagation environments using intelligent walls,” proc. European Conf. Antennas Propag. (EUCAP), Mar. 2012, pp. 26-30.

[15] M. Najafi and R. Schober, “Intelligent reflecting surfaces for free space optical communications,” proc. IEEE GLOBECOM, Dec. 2019, pp. 1-7.

[16] Z. Li et al., “Towards programming the radio environment with large arrays of inexpensive antennas,” Proc. USENIX Symp. Netw. Syst. Design Implement., Feb. 2019, pp. 285-299.

[17] L. Sanguinetti, E. Bj¨ornson, and J. Hoydis, “Towards massive MIMO 2.0: Understanding spatial correlation, interference suppression, and pilot contamination,” IEEE Transactions on Communications, vol. 68, no. 1, pp. 232 - 257, 2019.

[18] S. Y. Park and D. I. Kim, “Intelligent reflecting surface-aided phaseshift backscatter communication,” proc. Int. Conf. Ubiquit. Inf. Manag. Commun. (IMCOM), Jan. 2020, pp. 1-5.

[19] S. Hu, F. Rusek, and O. Edfors, “The potential of using large antenna arrays on intelligent surfaces,” IEEE 85th Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 2017, pp. 1-6.

[20] H. Zheng, Z. Yang, G. Wang, R. He, and B. Ai, “Channel estimation for ambient backscatter communications with large intelligent surface,” Proc. IEEE Int. Conf. Wireless Commun. Signal Process. (WCSP), Oct. 2019, pp. 1-5.

[21] S. Gong et al., “Towards Smart Wireless Communications via Intelligent Reflecting Surfaces: A Contemporary Survey,” IEEE Commun. Tuts. & Tuts., vol. 22, no. 4, pp. 2283-2314, June 2020.

[22] C. Huang et al., “Reconfigurable intelligent surfaces for energy efficiency in wireless communication,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 18, no. 8, pp. 4157-4170, 2019.

[23] E. Basar, “Transmission through large intelligent surfaces: A new frontier in wireless communications,” EuCNC 2019, June 2019, pp. 18-21.

[24] W. Tang et al., “Programmable metasurface-based RF chain-free 8PSK wireless transmitter,” Electron. Lett., vol. 55, no. 7, pp. 417-420, Apr. 2019.

[25] E. Basar, “Reconfigurable Intelligent Surface-Based Index Modulation: A New Beyond MIMO Paradigm for 6G,” IEEE Trans. Commun., vol. 68, no. 5, pp. 3187-3196, 2020.

[26] A. Canbilen, E. Basar, and S. Ikki, “Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted Space Shift Keying,” IEEE Wireless Commun. Lett., vol. 9, no. 9, pp. 1495-1499, 2020.

[27] A. Khaleel and E. Basar, “Reconfigurable Intelligent Surface-Empowered MIMO Systems,” IEEE Systems J. (to appear), July 2020.

[28] W. Tang et al., “MIMO Transmission through Reconfigurable Intelligent Surface: System Design, Analysis, and Implementation,” IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 38, no. 11, pp. 2683-2699, 2020.

[29] R. Zhang et al., “Secure Wireless Communication via Intelligent Reflecting Surface,” IEEE Wireless Commun. Lett., vol. 8, no. 5, pp. 1410-1414, 2019.

[30] R. Schober et al., “Enabling Secure Wireless Communications via Intelligent Reflecting Surfaces,” GLOBECOM, 2019.

[31] R. Schober et al., “Physical Layer Security in Vehicular Networks with Reconfigurable Intelligent Surfaces,” IEEE 91st Vehicular Technology Conference (VTC2020-Spring), Dec. 2019, pp. 25-28.

[32] B. Massini et al., “The Use of Meta-Surfaces in Vehicular Networks,” J. Sens. Actuator Netw., vol. 9, Mar. 2019, doi: 10.3390/jsan9010015.

[33] M. Fu et al., “Intelligent Reflecting Surface for Downlink Non-Orthogonal Multiple Access Networks,” GLOBECOM 2019, Dec. 2019.

[34] Z. Ding and H. V. Poor, “Simple Design of IRS-NOMA Transmission,” IEEE Commun. Lett., vol. 24, no. 5, pp. 1119-1123, May 2020.

[35] J. Zuo, Y. Liu, E. Basar, and O. A. Dobre, “Intelligent Reflecting Surface Enhanced Millimeter-Wave NOMA Systems,” IEEE Commun. Lett., vol. 24, no. 11, pp. 2632-2636, June 2020.

[36] Z. Yigit, E. Basar, and I. Altunbas, “Low Complexity Adaptation for Reconfigurable Intelligent Surface-Based MIMO Systems,” IEEE Commun. Lett., vol. 24, no. 12, pp. 2946-2950, 2020.

[37] L. Hanzo et al., “MIMO Assisted Networks Relying on Large Intelligent Surfaces: A Stochastic Geometry Model,” Oct. 2019. [Online]. Available: https://arxiv.org/abs/1910.00959. [Accessed Feb. 20, 2021].

[38] M. Bennis et al., “Reflections in the Sky: Millimeter Wave Communication with UAV-Carried Intelligent Reflectors,” IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), Feb. 2020, pp. 9-13.

[39] S. Alfattani et al., “Aerial Platforms with Reconfigurable Smart Surfaces for 5G and Beyond,” in IEEE Communications Magazine, vol. 59, no. 1, pp. 96-102, 2021.

[40] E. Larsson et al., “Intelligent Reflecting Surface-Assisted Cognitive Radio System,” in IEEE Transactions on Communications, vol. 69, no. 1, pp. 675-687, 2021.

[41] E. Basar, “Reconfigurable Intelligent Surfaces for Doppler Effect and Multipath Fading Mitigation”, Nov. 2019. [Online]. Available: https://arxiv.org/abs/1912.04080. [Accessed Jan. 15, 2021].

[42] I. Yildirim, A. Uyrus, and E. Basar, “Modeling and Analysis of Reconfigurable Int Applications in Future Wireless Networks,” IEEE Transactions on Communications, vol. 69, no. 2, pp. 1290-1301, 2021.

[43] R. Zhang et al., “Intelligent Reflecting Surface Meets OFDM: Protocol Design and Rate Maximization,” June 2019. [Online]. Available: https://arxiv.org/abs/1906.09956. [Accessed Jan. 12, 2021].

[44] H. V. Poor et al., “Reconfigurable Intelligent Surfaces based RF Sensing: Design, Optimization, and Implementation,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 38, no. 11, pp. 2700- 2716, 2020.

[45] H. Wymeersch et al., “Radio Localization and Mapping with Reconfigurable Intelligent Surfaces,” IEEE Vehicular Technology Magazine, vol. 15, no. 4, pp. 52-61, 2020.

[46] S. Hua and Y. Shi, “Reconfigurable intelligent surface for green edge inference in machine learning,” proc. IEEE GLOBECOM Workshops, Dec. 2019, pp. 1-6.

[47] Q. Wu et al., “Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Communications: A Tutorial,” EEE Transactions on Communications, vol. 69, no. 5, pp. 3313-3351, 2021.

[48] S. V. Hum and J. Perruisseau-Carrier, “Reconﬁgurable reﬂectarrays and array lenses for dynamic antenna beam control: A review,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 62, no. 1, pp. 183-198, Jan. 2014.

[49] V. Arun and H. Balakrishnan, “RFocus: Practical beam- forming for small devices,” May 2019. [Online]. Available: http://arxiv.org/abs/1905.05130. [Accessed Jan. 10, 2021].

[50] H. Chen, A. J. Taylor, and N. Yu, “A review of metasurfaces: Physics and applications,” Rep. Progr. Phys., vol. 79, no. 7, Jun. 2016, Art. no. 076401.

[51] C. Huang et al., “Holographic MIMO surfaces for 6G wireless networks: Opportunities, challenges, and trends,” IEEE Wireless Communications, vol. 27, no. 5, pp. 118-125, 2020.

[52] Q. He, S. Sun, and L. Zhou, “Tunable/reconﬁgurable metasurfaces: Physics and applications,” Research, vol. 2019, pp. 1-16, Jul. 2019.

[53] R. W. Heath and A. Lozano, Foundations of MIMO Communication, 1st ed. Cambridge, U.K.: Cambridge Univ. Press, Dec. 2018.

[54] J. D. Grifﬁn and G. D. Durgin, “Gains for RF tags using multiple antennas,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 56, no. 2, pp. 563-570, Feb. 2008.

[55] M. ElMossallamy, Z. Han, M. Pan, R. Jantti, K. Seddik, and G. Y. Li, “Noncoherent frequency shift keying for ambient backscatter over OFDM signals,” Proc. IEEE Int. Conf. Commun. (ICC), Shanghai, China, May 2019, pp. 1-6.

[56] R. W. Heath, N. González-Prelcic, S. Rangan, W. Roh, and A. M. Sayeed, “An overview of signal processing techniques for millime- ter wave MIMO systems,” IEEE J. Sel. Topics Signal Process., vol. 10, no. 3, pp. 436-453, Apr. 2016.

[57] P. Almers et al., “Survey of channel and radio propagation models for wireless MIMO systems,” EURASIP J. Wireless Commun. Netw., vol. 2007, Feb. 2007, Art. no. 019070.

[58] O. E. Ayach, S. Rajagopal, S. Abu-Surra, Z. Pi, and R. W. Heath, “Spatially sparse precoding in millimeter wave MIMO systems,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 13, no. 3, pp. 1499-1513, Mar. 2014.

[59] E. Björnson, L. Sanguinetti, H. Wymeersch, J. Hoydis, and T. L. Marzetta, “Massive MIMO is a reality—What is next?: Fivepromising research directions for antenna arrays,” Digital SignalProcess., vol. 94, pp. 3-20, Nov. 2019.

[60] T. Rappaport, Wireless Communications: Principles and Practice, 2nd ed. Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice Hall PTR, 2001.

[61] K. R. Schaubach, N. J. Davis, and T. S. Rappaport, “A ray tracingmethod for predicting path loss and delay spread in microcellular environments,” Vehicular Technology Society 42nd VTS Conference - Frontiers of Technology, May 1992, pp. 10-13.

[62] A. Díaz-Rubio, V. S. Asadchy, A. Elsakka, and S. A. Tretyakov, “Fromthe generalized reflection law to the realization of perfect anomalousreflectors,” Sci. Adv., vol. 3, no. 8, Aug. 2017, Art. no. e1602714.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.4081

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ