Wireless Communications with Programmable Metasurface: Transceiver Design and Experimental Results
超颖表面由于其在剪裁从微波到可见光的宽频率范围的电磁波方面的优越能力而引起了人们的极大关注。最近，可编程超表面已经展示了以可编程方式实时操纵电磁波的幅度或相位的能力，这使得它们在无线通信的应用中特别有吸引力。为了验证可编程元表面在未来通信系统中的可行性，本文设计并实现了一种新型的基于元表面的无线通信系统。利用可编程元表面的动态可控特性，本文首先介绍了基于元表面的无线通信系统设计的基本原理。然后，我们提出的设计，实施和实验评估所提出的基于元表面的无线通信系统的原型，实现单载波正交相移键控（QPSK）传输在空中。在所开发的原型中，可编程元表面的反射电磁波的相位根据基带控制信号被直接实时操纵，其实现了2.048 Mbps的数据传输速率与视频流传输在空中。实验结果提供了建议的元表面为基础的架构与传统的性能进行比较。在发射功率稍微增加5dB的情况下，可以实现与没有信道编码的常规系统相同的误比特率（BER）性能。考虑到基于元表面的系统具有低硬件成本和简单结构的优点，这样的结果是令人鼓舞的，从而导致用于无线通信的有前途的新架构。
2018-12-03 eess.SP
Stacked Intelligent Metasurfaces for Multiuser Beamforming in the Wave Domain
可重构智能表面最近出现了一个有前途的技术，塑造无线环境，利用大量的低成本可重构元件。现有的工作主要集中在一个单层的元表面，缺乏抑制多用户干扰的能力。相比之下，我们提出了一个堆叠的智能元表面（SIM）启用收发器设计多用户多输入单输出下行链路通信。具体地，SIM被赋予多层结构并且被部署在基站处以直接在电磁波域中执行发射波束成形。因此，启用SIM的收发器克服了对数字波束成形的需要，并且使用低分辨率数模转换器和中等数量的射频链进行操作，这显著降低了硬件成本和能耗，同时大大减少了受益于在波域中执行的处理的预编码延迟。为了利用SIM使能收发器的好处，我们制定了一个优化问题，通过联合设计分配给他们的发射功率和波域中的模拟波束成形，最大限度地提高所有用户的总速率。基于定制的交替优化算法的数值结果证实了所提出的SIM使能的模拟波束形成设计的有效性相比，各种基准计划。最值得注意的是，所提出的模拟波束成形方案是能够大大减少预编码延迟相比，其数字对应。
2023-02-14 cs.IT eess.SP math.IT
HoloBeam: Learning Optimal Beamforming in Far-Field Holographic Metasurface Transceivers
IITB-Monash Research Academy（印度理工学院孟买分校-莫纳什研究学院）；IIT Bombay（印度理工学院孟买分校）；Innopolis University（Innopolis 大学）
HoloBeam利用固定预算多臂老虎机框架和相移参数的单峰关系，在远场全息超表面收发器中高效学习最优离散相移以实现波束成形，并通过理论证明和仿真验证其性能优于现有算法。
2023-12-30 cs.LG eess.SP stat.ML
Metasurface-Enabled Extremely Large-Scale Antenna Systems: Transceiver Architecture, Physical Modeling, and Channel Estimation
School of Science and Engineering, The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen（香港中文大学（深圳）理工学院）
本文提出基于元表面的超大规模天线系统，通过新型收发机架构和物理建模技术，实现高效信道估计和高分辨率性能。
2026-01-20 eess.SP
Intelligent Metasurface-Enabled Integrated Sensing and Communication: Unified Framework and Key Technologies
本文提出了一种智能超材料赋能的ISAC统一框架，系统建模了多种收发器结构，并探讨了关键的双功能波形设计技术。
2025-12-05 eess.SP
Holographic Metasurface Antennas for Uplink Massive MIMO Systems
我们提出了一种上行链路大规模多输入多输出系统，使用全息超表面阵列作为扇区天线。该天线由一组矩形波导馈电超材料表面组成，这些超材料表面沿着仰角方向组合成平面孔径，每个超材料表面都具有亚波长尺寸的超材料元件作为辐射器。超材料辐射器被设计为使得波导馈电超表面实现用于引导（或参考）模式的全息解决方案，生成朝向规定方向的扇形波束，从而形成多波束天线系统。我们证明，窄带上行链路大规模多输入多输出系统使用的元表面可以实现的总和容量接近所提供的瑞利信道在3.5 GHz。我们表明，支持多个扇形波束的元表面可以在6 GHz以下的信道中实现方位角方向上的高空间分辨率，从而在基站和用户之间形成不相关的MIMO信道。此外，所提出的超表面天线在结构上简单、低成本且高效，并且因此适合于减轻装备有大型天线系统的大规模多输入多输出系统所共有的RF硬件问题。
2021-08-27 eess.SP physics.app-ph
Holographic Metasurface-Based Beamforming for Multi-Altitude LEO Satellite Networks
针对多高度 LEO 卫星网络，提出全息超表面混合波束成形及仅依赖星座分布的低复杂度 MMSE 算法，以抑制星间干扰并提升吞吐量。
2025-01-07 cs.IT eess.SP math.IT
Holographic Communication via Recordable and Reconfigurable Metasurface
National Key Laboratory of Wireless Communications, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学无线通信国家重点实验室）；University of Wollongong（伍伦贡大学）
本文提出一种基于可记录和可重构超材料的全息通信方案，无需信道估计即可实现与传统全息表面方案相当的性能，为未来无线通信网络提供新思路。
2026-04-05 eess.SP
Investigation of Holographic Beamforming via Dynamic Metasurface Antennas in QoS Guaranteed Power Efficient Networks
针对DMA辅助MISO系统，提出基于交替优化和半定规划的功率最小化算法，实现全息波束赋形，保证用户SINR，并分析DoF限制随用户数增加的性能权衡。
2025-04-07 cs.IT eess.SP math.IT
Lorentzian-Constrained Holographic Beamforming Optimization in Multi-user Networks with Dynamic Metasurface Antennas
School of Computer Science and Electronic Engineering, University of Essex（埃塞克斯大学计算机科学与电子工程学院）
本文提出了一种基于广义洛伦兹约束全息术的全息波束成形算法，通过自适应半径优化降低功率消耗并提高可扩展性。
2025-10-08 cs.IT eess.SP math.IT
Stacked Intelligent Metasurfaces for Efficient Holographic MIMO Communications in 6G
该论文提出利用堆叠智能超表面（SIM）实现无需过多射频链的高效全息MIMO通信，通过联合优化相移最小化信道误差，并设计梯度下降算法求解，理论分析与仿真验证其性能优势。
2023-05-14 cs.IT eess.SP math.IT
OAM-Enabled Holographic MIMO Communications with Stacked Intelligent Metasurfaces
研究基于轨道角动量的堆叠智能超表面全息多输入多输出通信，开发相关驱动优化算法，分析模式生成与接收能力，数值评估揭示解耦关系，结果表明合适架构支持可扩展、低开销的HMIMO通信。
2026-07-13 eess.SP
Near-Field Wideband Extremely Large-scale MIMO Transmission with Holographic Metasurface Antennas
针对超大规模MIMO中近场与双宽带效应降低传输性能的问题，提出基于球面波信道模型的HMA辅助波束合并算法框架，可有效缓解和速率损失，性能优于同孔径传统混合波束成形方案。
2022-05-05 cs.IT eess.SP math.IT
Dual-Polarization Stacked Intelligent Metasurfaces for Holographic MIMO
针对传统单极化SIM在HMIMO中波域处理能力受限的问题，提出双极化SIM架构，独立处理正交极化信号以抑制干扰，结合LGD-WF算法，显著提升频谱与能量效率。
2025-05-27 eess.SP
Analysis of Frequency-Diverse and Dispersion Effects in Dynamic Metasurface Antenna for Holographic Sensing and Imaging
Wolfson School of Mechanical, Electrical and Manufacturing Engineering, Loughborough University（拉夫堡大学沃尔森机械、电气与制造工程学院）
本研究针对现有动态超表面天线（DMA）准窄带设计忽略频率分集的问题，验证了毫米波DMA的色散调控与频率分集能力，为其在全息传感与成像中的应用提供基础支撑。
2025-10-23 eess.SP
Metasurface-Based Receivers with $1$-bit ADCs for Multi-User Uplink Communications
本文研究每个微带配备1比特ADC的超表面接收机，提出模拟与数字合并矩阵的优化分析框架，并通过数值实验揭示系统参数对多用户上行链路性能的影响。
2024-01-15 cs.ET cs.IT eess.SP
Energy Efficiency Maximization of MIMO Systems through Reconfigurable Holographic Beamforming
University of Cassino and Southern Lazio（卡西诺大学与南拉齐奥大学）；CNIT（意大利电信与信息技术研究中心）；Politecnico di Torino
本文提出通过可重构全息波束成形优化MIMO系统能量效率，推导闭式表达式并验证其性能优势
2026-01-02 eess.SP math.OC
Stacked Intelligent Metasurfaces for Holographic MIMO Aided Cell-Free Networks
针对大规模MIMO硬件成本高、功耗大的问题，提出基于堆叠智能超表面的无蜂窝上行全息MIMO架构，通过逐层迭代优化超表面系数与本地合并向量、CPU端MMSE融合检测，兼顾硬件损伤，实现了比单层全息MIMO更优的可达速率。
2024-05-16 cs.IT eess.SP math.IT
Holographic & Channel-Aware Distributed Detection of a Non-cooperative Target
Univ. of Naples Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；Univ. of Cassino and Southern Lazio（卡西诺和南拉齐奥大学）；Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni (CNIT)（意大利国立电信联盟）；Université Paris-Saclay, CNRS, CentraleSupélec, Laboratoire des Signaux et Systèmes（巴黎萨克雷大学、法国国家科学研究中心、中央理工-高等电力学院、信号与系统实验室）；King’s College London（伦敦国王学院）
本文提出了一种基于全息和信道感知的分布式非合作目标检测方法，通过可重构超材料和低复杂度联合设计策略提升检测性能和效率。
2026-01-27 eess.SP
Low Complexity Optimization for Line-of-Sight RIS-Aided Holographic Communications
本文针对视距RIS辅助全息通信系统的高复杂度数值优化问题，提出基于对角和非对角RIS的闭式表达式低复杂度设计方案，其性能接近传统复杂数值方法。
2023-06-30 cs.IT eess.SP math.IT
Channel-Aware Holographic Decision Fusion
本文提出在无线传感器网络中利用可重构超表面实现全息决策融合，推导最优及次优融合规则与设计策略，在减少射频链的同时提升能效，仿真验证了其有效性。
2025-05-27 eess.SP
Stacked Intelligent Metasurface for End-to-End OFDM System
针对 SIM/DPSIM 仅承担单一通信功能的局限，本文提出电磁神经网络驱动的 SIM/DPSIM 辅助端到端 OFDM 系统，并结合迁移学习实现从发送到接收比特流的联合优化与稳健传输。
2025-10-05 eess.SP
Janus Metasurface Breaking Polarization Symmetry: Surface-Modulated Electromagnetic Wave Radiation with Coexistent Linear and Circular Polarization
Pusan National University（釜山国立大学）
本文提出一种Janus超表面全息天线，实现单孔径同时辐射线偏振和圆偏振波束，具有宽频带和高圆偏振纯度，适用于宽带通信。
2025-12-17 eess.SP
RIS-Aided Wideband Holographic DFRC
针对RIS辅助宽带DFRC系统在高频密集环境下的损耗问题，提出收发端配备RHS的新型系统架构，通过联合设计三类波束成形器的交替最大化方法，在保障用户通信SINR的同时提升雷达性能。
2023-05-08 eess.SP
Electromagnetic-Compliant Channel Modeling and Performance Evaluation for Holographic MIMO
最近，全息多输入多输出（MIMO）的概念正在成为一个有前途的技术超越大规模MIMO。要将这一新颖的想法付诸实践，需要解决许多挑战，包括电磁（EM）兼容的信道建模和准确的性能评估。本文提出了一种适用于全息MIMO系统的电磁兼容信道模型，该模型既能模拟全息MIMO系统的传播信道特性，又能模拟收发机互耦引起的非理想因素，包括天线方向图畸变和天线效率降低。基于所提出的信道模型，一个更现实的性能评估进行显示的全息MIMO系统的性能在单用户和多用户的情况下。基于理论分析和数值计算结果，进一步提出了该问题的关键挑战和未来的研究方向。
2023-01-13 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Digital-Wave Domain Channel Estimator for Stacked Intelligent Metasurface Enabled Multi-User MISO Systems
针对SIM赋能多用户MISO系统在有限RF链路下的高维信道估计难题，提出混合数字-波域估计器，联合优化超原子相移与数字处理，以低训练开销逼近64链路全数字性能。
2023-09-28 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-user Downlink with Reconfigurable Intelligent Metasurface Antennas (RIMSA) Array
针对多用户下行链路，提出以可重构智能超表面天线（RIMSA）阵列作为收发天线，通过联合优化数字处理与相位响应最大化系统和速率，并开发交替优化算法，显著提升性能。
2025-06-23 cs.IT eess.SP math.IT
A Survey on Integrated Sensing and Communication with Intelligent Metasurfaces: Trends, Challenges, and Opportunities
本文综述了智能超表面辅助的集成感知与通信（ISAC）研究，系统梳理了基于RIS的RCC与DFRC以及全息ISAC等方向，总结了各分类下的挑战、机遇与未来研究方向。
2024-11-20 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-Functional Programmable Metasurfaces for 6G and Beyond
本文提出多功能可编程超材料技术，用于实现全空间通信覆盖、无处不在感知和智能信号处理，以支持6G及以后网络的高性能需求。
2025-12-07 eess.SP
Over-the-Air Goal-Oriented Communications
Department of Informatics and Telecommunications（信息与电信系）；National and Kapodistrian University of Athens（国家与kapodistrian大学）；National Inter-University Consortium for Telecommunications (CNIT)（电信联合大学 consortium）；Sapienza University of Rome（罗马萨皮恩扎大学）
本文提出利用可编程超材料实现目标导向通信，通过端到端神经网络实现数据推断，展示其在能耗和性能上的优势。
2025-12-23 cs.ET cs.IT cs.LG
Dynamic Metasurface Antenna Enabled Real-Time 60 GHz Wireless Video Streaming: A System-Level Demonstration with USRPs and mmWave Front-Ends
Wolfson School of Mechanical, Electrical and Manufacturing Engineering, Loughborough University（拉夫堡大学沃尔森机械、电气与制造工程学院）
该研究搭建了基于DMA与USRP的60GHz无线视频传输系统，实现了720p视频流的可靠传输，凸显了可编程超表面天线在6G等场景的应用潜力。
2026-08-25 eess.SP
Full Duplex Holographic MIMO for Near-Field Integrated Sensing and Communications
本文研究近场太赫兹全双工全息MIMO基站，通过优化动态超表面天线参数，同时提升目标感知精度与下行通信性能，实现集成感知与通信。
2023-08-07 cs.IT eess.SP math.IT
Dynamic Agile Reconfigurable Intelligent Surface Antenna (DARISA) MIMO: DoF Analysis and Effective DoF Optimization
提出集成于MIMO收发机的DARISA与DAAPR策略，推导DoF随系统参数变化的关系，并基于FP和SDR优化EDoF以提升信道容量。
2025-07-25 cs.IT eess.SP math.IT
Extremely Large-Scale Dynamic Metasurface Antennas (XL-DMAs): Near-Field Modeling and Channel Estimation
针对XL-DMA近场信道估计，提出Oblong Approx.模型与EL-AZ解耦框架，结合离网分布式正交最小二乘实现线性复杂度高性能估计，并分析Lorentzian约束影响。
2024-07-06 eess.SP
Baseband-Free End-to-End Communication System Based on Diffractive Deep Neural Network
本文提出基于衍射深度神经网络的无基带端到端通信系统，通过电磁波传播联合实现调制、波束赋形与检测，仅用单射频链和1024个超表面单元即可达到81射频链传统多天线系统的性能。
2025-06-03 cs.IT eess.SP math.IT
Holographic Smart EM Skins for Advanced Beam Power Shaping in Next Generation Wireless Environments
提出了一种新颖的方法，用于合成具有先进波束形成功能的廉价全息智能电磁（EM）皮肤。复杂的多尺度智能皮肤设计制定的广义片过渡条件（GSTC）的框架内作为一个组合的掩模约束的等时线反源问题和微尺度的敏感性并矢优化。该解决方案策略集成了基于迭代投影技术（IPT）的局部搜索过程和基于系统设计（SbD）的优化循环，用于识别匹配所需表面电流的最佳元表面描述符。所提出的方法的性能和效率进行了评估，在一组有代表性的测试案例与不同的智能皮肤光圈和目标图案掩模。
2021-06-21 cs.SY eess.SP eess.SY
Reconfigurable Holographic Surfaces for Future Wireless Communications
未来的无线通信期望通过具有成本效益的设备来构建具有高数据速率的无处不在的智能信息网。受益于超材料的可调谐性和可编程性，由许多超材料辐射元件组成的可重构全息表面（RHS）被开发为一种有前途的解决方案，以实现这些具有挑战性的愿景。RHS更有可能用作与收发器集成的超薄和轻质表面天线，以通过利用全息原理产生具有期望方向的波束。这与广泛用作无源继电器的可重构智能表面（RISs）由于反射特性而不同。在这篇文章中，我们研究了RHS辅助的无线通信。首先介绍了RHS的硬件结构、全息原理和制作方法，然后提出了一种用于RHS辅助多用户通信系统的混合波束形成方案。联合和速率最大化算法，然后开发的数字波束形成在基站和全息波束形成在RHS进行迭代优化。最后，讨论了在RHS辅助下的无线通信面临的主要挑战。
2021-12-13 eess.SP
Channel Estimation for Stacked Intelligent Metasurface-Assisted Wireless Networks
针对堆叠智能超表面（SIM）辅助多用户HMIMO系统中基站天线少、信道状态信息获取难的问题，提出基于子空间的信道估计器并优化SIM相移以最小化均方误差，验证了方案有效性。
2024-03-09 cs.IT eess.SP math.IT
Sparse Recovery for Holographic MIMO Channels: Leveraging the Clustered Sparsity
针对全息MIMO信道估计的维度灾难与高复杂度问题，提出基于GMM-vMF分布的聚类稀疏建模方法，并设计WD-EM算法实现逐簇变分推断，在降低复杂度的同时保持鲁棒性。
2024-06-04 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Holographic Surface: A New Paradigm for Ultra-Massive MIMO
针对超大规模MIMO因相控阵成本和功耗高难以实现的问题，本文提出可重构全息表面（RHS）新范式，概述其原理、技术及通信原型实现与实验结果，为6G超大规模MIMO提供低成本方案。
2024-11-28 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Transceiver Design for SIM-Assisted Integrated Sensing and Covert Communications
King Fahd University of Petroleum and Minerals（法赫德国王石油与矿物大学）；Fujairah University（富查伊拉大学）；Menoufia University（门努菲亚大学）
针对不完美CSI下的多用户多目标SIM辅助集成感知与隐蔽通信系统，提出联合优化收发波束成形、感知协方差矩阵与SIM相移的鲁棒收发机设计，以最大化最坏情况最小感知信干噪比，并开发低复杂度交替优化算法。
2026-09-29 eess.SP
Scaling Achievable Rates in SIM-aided MIMO Systems with Metasurface Layers: A Hybrid Optimization Framework
研究SIM辅助HMIMO系统的可达速率优化，提出RMax与IMin混合框架联合优化SIM相移和功率分配，证明固定厚度下增加超表面层数可显著提升可达速率。
2025-08-13 eess.SP
Doubly-Dispersive MIMO Channels with Stacked Intelligent Metasurfaces: Modeling, Parametrization, and Receiver Design
本文提出一种融合RIS与收发端SIM的超表面参数化双弥散MIMO信道模型，并展示其可无缝应用于OFDM、OTFS和AFDM波形，数值结果表明SIM技术显著影响抗双弥散波形设计。
2025-05-09 eess.SP
Stacked Intelligent Metasurface-Enhanced Wideband Multiuser MIMO OFDM-IM Communications
Nanyang Technological University（南洋理工大学）
本文提出基于OFDM-IM的宽频多用户MIMO传输系统，利用智能超表面实现精确波域控制，并通过深度展开优化框架提升可靠性与速率性能。
2026-07-24 eess.SP
Mutual Information Optimization for SIM-Based Holographic MIMO Systems
针对基于SIM的全息MIMO系统中离散信令下互信息优化难题，提出交替投影梯度法（APGM），通过逐层优化信号预编码和SIM相移来最大化信道截止率，显著提升系统性能并验证了数字预编码的重要作用。
2024-08-26 cs.IT eess.SP math.IT
Densifying MIMO: Channel Modeling, Physical Constraints, and Performance Evaluation for Holographic Communications
本文针对全息通信中天线互耦合、极化和缺乏实验的问题，提出一种基于电磁波特性的信道模型，从理论上研究了大规模密集天线阵列的性能限制，并通过仿真和测量实验发现元件间距小于半波长时的耦合效应是导致性能拐点的主因。
2023-12-06 cs.IT eess.SP math.IT
Holographic Joint Communications and Sensing With Cramer-Rao Bounds
该研究针对全息联合通信与感知系统，推导三维感知精度的克拉美罗界，提出基于优化-最大化原理的交替优化框架求解加权多目标问题，兼顾通信速率与感知性能。
2025-02-21 eess.SP
Smart Wireless Environment Enhanced Telecommunications: A Network Stabilisation Paradigm for Mobile Operators
本文从移动信道稳定视角综述了智能无线环境（SWE）范式，分析了全息超表面、无线感知与机器智能的协同作用，为运营商构建稳健的5G RAN架构及未来商业部署指明关键挑战。
2024-06-11 cs.IT eess.SP math.IT
Near-Field Channel Modeling for Holographic MIMO Communications
本文概述了近场全息MIMO（H-MIMO）信道建模，详细介绍了各类建模方法、特征、挑战与评估标准，并提出了应对计算和测量复杂性的电磁域信道模型及未来研究方向。
2024-03-16 cs.IT eess.SP math.IT
Stacked Intelligent Metasurface Assisted Multiuser Communications: From a Rate Fairness Perspective
针对SIM辅助多用户下行链路，研究提出基于ADMM的MR最大化与基于AO的GMR/SR最大化算法，在公平性、和速率及能效方面表现优越。
2025-07-23 eess.SP
Bayes-Optimal Unsupervised Learning for Channel Estimation in Near-Field Holographic MIMO
针对未知近场电磁环境下HMIMO高维信道估计难题，提出基于Stein得分、无监督去噪得分匹配与PCA噪声估计的贝叶斯最优估计器，并扩展至混合架构。
2024-06-16 cs.IT eess.SP math.IT
