近日，浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院（ZJUI）谭述润研究员课题组题为“Information-Theoretic Measures for Reconfigurable Metasurface-Enabled Direct Digital Modulation Systems: an Electromagnetic Perspective”的论文被电磁学国际知名期刊Progress In Electromagnetics Research（中科院一区，IF=6.1）评为Featured article(特色论文)，本年度仅有3篇论文获此殊荣。同时，该论文也被业界第一本《电磁信息论白皮书》收录。该论文第一作者为ZJUI博士研究生白旭阳，通讯作者为ZJUI研究员、助理教授谭述润，其他作者还包括新加坡工程院院士、教授李尔平，ZJUI研究员、副教授 Said Mikki，以及中国科学院院士、东南大学教授崔铁军。
1 研究背景
近年来，随着5G和6G通信技术的发展，将电磁理论和信息理论在无线和导波通信技术中的融合应用，特别是对超大规模多入多出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)系统、可重构智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)辅助通信系统等新型通信系统的分析得到了广泛关注。与传统的收发系统不同，信息超表面使能的通信系统，通过直接建立可控二元阵列源与散射电磁波之间的联系来实现信息传递。这一创新方式在系统简洁性、可控性以及安全性方面展现出显著优势。正因如此，运用电磁理论与信息理论相结合的方法对这类系统进行分析，是当下亟需深入研究的重要课题。
2 研究亮点
针对这一新型通信系统，该论文创新性地提出了一种融合超表面散射理论与信息理论来分析系统信息参数的方法。论文分别构建了评估系统信息传递性能的平均互信息、接收端平均互信息、联合平均互信息与电磁散射场之间的关系，以及信道容量与电磁散射场之间的关系，清晰地展示出各参数在系统评估中的指导意义。本研究提出的参数以及电磁信息评估方法具有开创性意义，它为超表面使能与超表面辅助通信系统的信息传输评估从理论层面提供了坚实支撑。同时，该方法具备良好的普适性，能够应用至更多涉及电磁信息概念的系统之中，为新型电磁信息系统的分析开辟了全新路径。
3 论文简介
在传统的通信系统里，信息一般会被先转化成数字信号，接着通过数字调制的方式加载到载波上，然后发射出去。近年来，随着超表面在通信系统领域研究的广泛开展，一种借助超表面直接调制并传输信息的通信方式受到了关注。在这种通信系统中，信息传输不再依赖传统的调制电路，而是直接加载到用于调控超表面的控制电路中，随后通过超表面的散射场直接传递出去。这种通信方法具有卓越的安全性和简洁的通信模式，在卫地通信等领域展现出巨大的应用潜力。
▲ 超表面使能通信系统示意图
目前针对这种全新通信系统的研究，大多集中在系统的配置、实验以及设计方面。但该系统与传统通信系统在配置上存在较大差异，且高度依赖电磁散射关系，导致对其进行系统性通信性能分析方法的研究尚显不足。因此，本论文通过运用电磁与信息融合的分析方法，定义用于描述此类通信系统信息传递性能的参数，并深入剖析不同配置对系统性能产生的影响。
▲ 各评估参数的计算方法示意图
针对噪声环境下的超表面使能通信系统，该研究创新性地提出了选码策略，并对 RIS-DDM 系统中实际通信配置的方法进行了全面且深入的系统性阐述，为该领域的研究提供详尽的理论依据与实践指导。为了直观地呈现效果，课题组选取国际校区南大门图片作为示例，对应用优化选码策略前后的信息传输情况展开对比，充分展现了所提选码策略的有效性与重要性。此外，研究以信道容量定理为理论基础，采用一种适用于离散通信系统的分析方法，经过严谨的推导得出了系统的转移概率矩阵和信道容量。
▲ 仿真通信实验
原文链接: https://www.jpier.org/issues/volume.html?paper=23121401
作者介绍
About the Author
白旭阳，ZJUI和浙江大学信息与电子工程学院联合培养博士研究生。博士期间，他曾获得国家奖学金、五好研究生、优秀研究生等荣誉。截至2024年12月，他已在电磁学领域以第一作者发表论文11篇（包括5篇期刊论文和6篇会议论文）。他积极参与电磁、天线、无线传播等相关领域的学术会议，累计进行了 12 次汇报，并凭借出色的研究成果获得了应用电磁学会议最佳学生论文提名奖。其研究兴趣包括周期结构和分层媒质的电磁散射理论，融合电磁理论的通信系统分析方法，电磁环境建模和感知技术等方面。
谭述润，浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院助理教授、研究员、博士生导师。研究兴趣包括自然环境随机媒质与人工电磁结构的散射、微波遥感理论与技术、电磁信息系统的建模与调控、电磁环境与可靠性等。迄今在国际著名学术期刊发表论文 60篇，发表国际学术会议论文与摘要 180 多篇。获得 PIERS 国际会议青年科学家奖2次。他是电磁学知名期刊 PIER 的副主编和编辑部成员，曾多次担任国际学术会议技术程序委员会成员、特别会议组织者和分会主席等职务，受邀做专场学术报告14次。
Said M. Mikki，浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院副教授、研究员。Mikki博士凭借其在电磁工程及其与新兴应用和技术结合的跨学科研究，建立了国际声誉，尤其是在经典与量子电磁系统、先进材料和无线通信领域。他迄今已发表超过85篇期刊论文和90篇会议论文，另著有两部专著。他目前的研究兴趣包括无线通信、电磁理论、天线和电路、机器学习和人工智能、量子信息处理和纳米技术。
