多視角整合成像與通訊系統

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本文提出了一種新型的多視角整合成像與通訊（IIAC）系統，透過結合基地台波束掃描和反射平面上的時空相位配置，實現非視距（NLOS）環境下的高解析度成像和通訊。

Samenvatting

整合成像與通訊系統

本文介紹了一種用於非視距（NLOS）環境探測的新型整合成像與通訊（IIAC）系統。該系統由一個基地台（BS）和一個反射平面組成，基地台負責發送 IIAC 信號並接收反射信號，同時生成區域的高解析度圖像，而反射平面則透過時空相位配置來覆蓋目標區域。

系統運作原理

基地台發射的 IIAC 信號會被引導至反射平面，反射平面會根據預先設定的時空相位模式反射信號。透過改變基地台的發射角度和反射平面的相位配置，系統可以從多個視角照射目標區域，從而提高成像解析度。

系統設計

基地台波束掃描

基地台採用波束掃描的方式，在一定角度範圍內發射 IIAC 信號，以覆蓋整個反射平面。

反射平面配置

反射平面由一系列被動電磁表面（EMS）模組組成，每個模組可以根據預設的相位梯度反射信號。透過調整每個模組的相位，可以實現時空變化的反射角度。

多視角成像

透過基地台的波束掃描和反射平面的時空相位配置，系統可以從多個視角照射目標區域。將多個視角的反射信號進行相干疊加，可以生成高解析度的圖像。

系統優勢

非視距成像

該系統可以在非視距環境下實現高解析度成像，突破了傳統成像系統的限制。

低成本

與需要複雜控制的動態可重構表面（RIS）相比，該系統的反射平面不需要專門的控制電路，因此成本更低。

高解析度

透過多視角成像技術，該系統可以獲得比傳統成像系統更高的解析度。

未來展望

該系統在非視距成像和通訊領域具有廣闊的應用前景，例如自動駕駛、無人機探測和室內定位等。

Statistieken

載波頻率 f0 = 28 GHz
訊號頻寬 B = 400 MHz
基地台與反射平面距離 D = 5 m
基地台波束寬度 θBW ≃ 2.5 度
反射平面模組尺寸 Nmodd = 20 cm
反射平面空間週期 Λx = 6 m
目標區域尺寸 ∆x = ∆y = 5 m
反射平面時間週期 Λτ = 150 ms
接收端雜訊功率 σ²w = -87 dBm

Citaten

Belangrijkste Inzichten Gedestilleerd Uit

Multi-View Integrated Imaging and Communication

by Davide Torni... om arxiv.org 10-04-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.02576.pdf

Diepere vragen

如何將該系統應用於三維成像？

要將此系統應用於三維成像，需要考慮以下幾個方面：

擴展反射平面： 將原本一維的反射平面擴展至二維平面，例如部署在建築物外牆或大型看板上，以便從不同的垂直角度反射信號。
調整波束掃描策略： 除了水平掃描，基站需要在垂直方向上也進行波束掃描，以覆蓋三維空間中的目標區域。
三維成像算法： 採用更複雜的三維成像算法，例如三維反投影算法或基於壓縮感知的算法，處理從不同角度接收到的信號，重建目標的三維圖像。
此外，還可以考慮以下增強三維成像性能的方法：

多基站協作： 利用多個基站從不同位置發射和接收信號，可以獲得更豐富的目標信息，提高成像分辨率和精度。
毫米波/太赫茲頻段： 使用更高頻段的毫米波或太赫茲波，可以獲得更小的波長，從而提高成像分辨率。

在複雜的城市環境中，如何克服多徑效應對成像質量的影響？

在複雜的城市環境中，多徑效應會導致信號衰落、延遲擴展和角度擴展，嚴重影響成像質量。為克服這些問題，可以考慮以下方法：

多天線技術： 基站可以採用大規模天線陣列，利用波束成形技術，將信號集中到目標方向，減少多徑信號的干擾。
信道估計和均衡： 精確估計多徑信道，並採用先進的信道均衡技術，可以有效地抑制多徑干擾，提高接收信號質量。
稀疏信號處理： 利用目標在空間上的稀疏性，採用基於壓縮感知的成像算法，可以有效地分離目標信號和多徑信號，提高成像分辨率和抗干擾能力。
環境信息輔助： 利用先驗的環境信息，例如建築物佈局、街道走向等，可以建立更精確的信號傳播模型，輔助多徑信號的抑制和目標定位。

除了成像和通訊，該系統還能應用於哪些其他領域？

除了成像和通訊，該系統還可以應用於以下領域：

環境監測： 通過分析反射信號的變化，可以監測環境參數，例如溫度、濕度、風速等。
災害預警： 可以利用該系統探測地震、滑坡等自然災害引起的地表形變，實現災害的早期預警。
智能交通： 可以利用該系統實現車輛的精確定位和軌跡跟踪，為自動駕駛提供支持。
室內定位： 可以將該系統應用於室內環境，實現人員或物品的精確定位，例如在倉庫管理、醫療保健等場景中。
總之，該系統具有廣泛的應用前景，可以為未來無線通信和感知技術的發展提供新的思路和方向。