全息MIMO通信技术
全息 MIMO（Holographic MIMO）是一种结合了全息技术和多输入多输出（MIMO）通信的新型通信范式。其核心原理是通过超表面或其他电磁调控器件生成全息图，实现对电磁波的精确操控，从而在近场或远场区域实现高效的多通道信号传输。
全息MIMO技术 数字编码超表面的研究 参考文献
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全息MIMO技术
对全息 MIMO 的研究可分为两种类型：
第一种类型称为全息波束成形，其中连续电流孔径用于增加接收信号的功率;
全息波束成形利用连续电流孔径生成特定的电磁波前，通过调控电磁波的相位和振幅，将信号能量集中在目标方向或区域，从而增加接收信号的功率。
其关键技术有，
连续电流孔径：连续电流孔径是一种理想化的电磁波辐射结构，能够实现对电磁波的连续调控。在实际应用中，超表面或大规模天线阵列被用作连续电流孔径的近似实现。
波束成形算法：通过优化算法（如凸优化或机器学习）设计超表面或天线阵列的相位和振幅分布，生成所需的波束形状。波束成形算法需要考虑目标位置、干扰抑制和能量效率等因素。
近场与远场波束成形：远场波束成形：在远场区域（Fraunhofer 区），波束成形主要用于生成定向波束，支持长距离通信。
近场波束成形：在近场区域（Fresnel 区），波束成形可以生成复杂的波束形状，适用于短距离高精度通信。
第二种类型被称为全息通信，其中连续电流孔径感应出携带要传输符号的不同空间场模式。这与电磁场 （EM） 的空间带宽和自由度 （DoF） 密切相关，它们是电磁信息论 （EIT） 的基础。
关键技术有，
空间场模式：空间场模式是指电磁场在空间中的分布特性，不同的模式可以携带不同的信息。通过调控连续电流孔径，可以生成多种空间场模式，实现多通道通信。
空间带宽与自由度：
空间带宽：描述了电磁场在空间中的变化速率，决定了系统能够支持的最大信息传输速率。
自由度（DoF）：表示系统能够独立调控的电磁场模式数量，决定了系统的通信容量。
电磁信息论（EIT）：EIT 是研究电磁场与信息传输之间关系的理论框架。
通过分析电磁场的空间带宽和自由度，EIT 为全息通信的设计和优化提供了理论基础。
多通道通信：全息通信利用连续电流孔径生成多个独立的空间场模式，支持多用户或多通道通信。通过空间复用技术，可以显著提高通信系统的容量和效率。
两种类型的比较
| 特性 | 全息波束成形 | 全息通信 |
|---|---|---|
| 核心目标 | ||
| 关键技术 | ||
| 应用场景 | ||
| 优势 |
数字编码超表面的研究
最近对数字编码超表面的研究为全息 MIMO 技术提供了一种低成本、低复杂性的解决方案。
目前有两种架构，
一、为全息可重构智能表面 （RIS）。具有波束控制、极化变换和频率转换功能的多功能 RIS 为更智能、更灵活、更高效的无线系统铺平了道路。
二、为可编程数字编码超表面 （PDCM）。
数字编码超表面的研究在全息 MIMO 技术的发展中有如下关键贡献：
实现了电磁波的精确调控，支持高效的全息图生成和波束成形。
提供了实时可编程性，增强了系统的灵活性和适应性。
实现了双通道近场全息通信，提高了通信系统的容量和效率。
优化了全息图生成与波束成形，提升了系统的通信性能。
提高了通信系统的能量效率，支持低功耗设计。
通过实验验证了全息 MIMO 的可行性和高效性。
拓展了全息 MIMO 的应用场景，推动了其在未来通信系统中的广泛应用。
[1] Shao, R.W., Wu, J.W., Li, J. et al. Dual-channel near-field holographic MIMO communications based on programmable digital coding metasurface and electromagnetic theory. Nat Commun 16, 915 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56209-x
