近日，中國科學(xué)院上海高等研究院（以下簡稱“上海高研院”）智能信息中心胡宏林/徐天衡研究員與上海大學(xué)周婷教授合作在新一代星地通信技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究面向使能6G泛在連接典型場景的星地通信關(guān)鍵技術(shù)，聚焦超密集低軌衛(wèi)星星座部署下的多星覆蓋場景，創(chuàng)新性提出了智能超表面輔助多星協(xié)作的下行傳輸技術(shù)。研究結(jié)合多星協(xié)作波束賦形和智能超表面無源波束賦形，設(shè)計(jì)了聯(lián)合波束賦形算法以提升星地下行傳輸?shù)念l譜效率；進(jìn)一步地提出了基于星地視距傳輸條件的低復(fù)雜度算法和分布式聯(lián)合波束賦形設(shè)計(jì)以降低計(jì)算復(fù)雜度。與多種基準(zhǔn)傳輸機(jī)制對比，所提技術(shù)均可獲得星地下行通信頻譜效率的顯著提升，具備較高的實(shí)用價值。相關(guān)成果以“Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted Multi-Satellite Cooperative Downlink Beamforming”為題發(fā)表于電信學(xué)領(lǐng)域旗艦期刊上IEEE Internet of Things Journal。

構(gòu)建無縫覆蓋的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)是支持6G泛在連接、保證用戶隨遇接入的關(guān)鍵所在。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)因其廣域覆蓋特性引起了全球范圍內(nèi)的新一輪技術(shù)競爭和產(chǎn)業(yè)布局。國務(wù)院在“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃中明確強(qiáng)調(diào)要“加快布局衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)等，推動衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)”，指明了空間信息基礎(chǔ)設(shè)施升級的方向。

星地通信因衛(wèi)星與地面終端之間的復(fù)雜電磁波傳播環(huán)境面臨包括嚴(yán)重路徑損耗在內(nèi)的諸多挑戰(zhàn)。本研究考慮衛(wèi)星載荷資源、衛(wèi)星軌道資源以及頻譜資源等多種可獲得資源的制約關(guān)系，針對超密集低軌衛(wèi)星星座部署下多重覆蓋區(qū)域用戶的星間干擾，將智能超表面引入多星協(xié)作的下行傳輸鏈路，基于協(xié)作多點(diǎn)的技術(shù)理念優(yōu)化多星協(xié)作波束賦形和智能超表面無源波束賦形的聯(lián)合設(shè)計(jì)，顯著提升星地下行傳輸?shù)念l譜效率。進(jìn)一步地，針對星地信道動態(tài)變化及星上算力資源的有限性，基于星地視距傳輸條件下直連鏈路和輔助鏈路的信道相關(guān)性，本研究提出了低復(fù)雜度算法和分布式的聯(lián)合波束賦形設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)優(yōu)化的計(jì)算復(fù)雜度。本研究所提的智能超表面輔助多星協(xié)作的傳輸機(jī)制和相應(yīng)的優(yōu)化算法為實(shí)現(xiàn)高頻譜效率、低計(jì)算開銷的星地通信，保證熱點(diǎn)區(qū)域多連接用戶的衛(wèi)星通信服務(wù)質(zhì)量提供了新的解決方案。

上海高研院智能信息中心研究生馮凱為本研究論文第一作者，上海大學(xué)周婷教授、上海高研院徐天衡研究員為共同通訊作者，聯(lián)合了芬蘭國家技術(shù)研究中心、日本電氣通信大學(xué)開展6G星地通信領(lǐng)域的國際合作。本研究工作獲得了國家青年人才托舉計(jì)劃、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)/技術(shù)帶頭人計(jì)劃、中國科學(xué)院未來網(wǎng)絡(luò)國際伙伴計(jì)劃等項(xiàng)目的資助支持。

圖 1 智能超表面輔助多星協(xié)作下行傳輸?shù)南到y(tǒng)模型

圖 2 所提技術(shù)與多種基準(zhǔn)傳輸機(jī)制的可實(shí)現(xiàn)速率對比（所提技術(shù)為藍(lán)色實(shí)線）

原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10494510