文章主要概述了全息多輸入多輸出表面（HMIMOS)在未來的發展空間以及所面臨的問題

Intro.

對于未來的無線系統，MIMO系統正在被越來越多的人關注，然而制造運行成本與功耗問題制約了MIMO的發展，未來的6G系統應當能夠智能自動編程，全息MIMO表面從現在來看可以比較好的解決這一問題

MIMO的分類

從能量消耗的角度來看

1）主動HMIMOS
HMIMOS可以同時作為發射器，接收器，反射器來使用。作為收發器來使用的時候，會在表面里安裝射頻電路和信號處理單元，隨著安的越來越多，就叫大型智能表面
2）被動HMIMOS
被動HMIMOS，也叫智能反射表面（IRS）或者可編程智能表面（RIS），看起來很像是被動的金屬鏡子或者說“光波接收者”，可以自定義EM場，和主動HMIMOS比起來，能耗更低，不需要集成很多元件，是全雙工，無明顯自干擾或增加噪聲水平的，由于成本足夠低，可以部署在外墻、天花板、筆記本電腦、衣服上

基于硬件結構的分類

1）連續的HMIMOS
將足夠多的元素整合到有限的表面積里，就像連續的一樣，連續表面的操作和運行模式和光的全息術是相似的

可以通過參照波（？）來重建物體位置
2）離散HMIMOS
離散型HMIMOS通常由許多由低功耗軟件可調超材料制成的離散單元單元組成。用電子手段改變單元電池的電磁特性的方法包括從現成的電子元件到使用液晶、微電子機械系統甚至機電開關和其他可重構超材料。這種結構與傳統的MIMO天線陣列有很大的不同。離散表面的一個實施例是基于具有電子可控制反射特性的離散“元原子”。如前所述，另一種離散表面是基于光子天線陣列的有源表面。與連續的HMIMOS相比，離散的HMIMOS在實現和硬件方面有一些本質的區別，這將在后文中描述。

基于制造方法的分類

超表面的制造技術有很多（反正我都看不懂，略）

基于操作方式的分類

將連續性和主動被動性交叉可以出來四種操作方式，由于篇幅限制，下面只會闡述其中兩種
1）連續主動
根據這種操作模式，連續的HMIMOS的性能類似于一個有源收發器。射頻信號在其背面產生，并通過一個可控制的分配網絡傳播到由無限軟件定義的電子可控制元件構成的相鄰表面，該元件可向預期用戶產生多個波束。主動連續HMIMOS與被動可重構元表面的顯著區別在于前者的波束形成過程是基于全息概念完成的
2）離散被動
HMIMOS的另一種工作模式是反射鏡或“波采集器”，其中的元表面被認為是離散的和被動的。在這種情況下，如前所述，元表面包括可重構單元單元，其使得其操作波束形成模式不同于連續收發的HMIMOS系統。值得注意的是，現有的大多數工作，如[4]-[6]，都集中在這種易于實現和分析其性能的HMIMOS操作模式上。

功能、特性和應用

功能

智能表面可以支持廣泛的電磁交互，從功能上來分，有四種類型EM Field Polarization, EM Field Redirection, Pencile-like Beamforming, EM Field Absorption

特性

與目前無線網絡中使用的技術相比，HMIMOS概念最顯著的特點在于，通過提供充分塑造和控制分布在整個網絡中的環境對象的電磁響應的可能性，使環境可控。HMIMOS通常用作具有可重構特性的信號源或“波采集器”，特別是在一些被動應用場景中，它被用作被動反射器，目的是改善EE。HMIMOS系統1的基本特性及其與大規模MIMO和傳統多天線放大轉發（AF）中繼系統的核心區別如下：
HMIMOS可以幾乎是被動的，可以實現連續的傳輸，沒有接收器熱噪聲，可在軟件中調整，可有全頻段響應，低延遲

通信應用

HMIMOS的應用很廣泛，包括室內和室外的應用
1）室外：
可以把戶外基站的信號傳入到室內，緩解室內信號不好的問題
補償信號衰減和臨近基站的同信道干擾
從物理層防止竊聽
無線能量傳輸，比如向物聯網設備
2）室內
室內無線通信會比較多的出現多徑效應，而且由于其他電子設備還會產生RF污染，HMIMOS可以解決這個問題

MIMOS憑借其繼承能力，可以將EM波重新配置為各種通信目標，從而在室內環境中具有極大的優勢。圖3的下部概述了一個說明性的一般示例。在此示例的左角，其中沒有HMIMOS，由于折射，反射和擴散，信號會經歷路徑損耗和多路徑衰落，這會降低其充分傳播到目標用戶。但是，在圖3的右上角，可以使用涂在墻壁上的HMIMOS來增強信號傳播，從而幫助來自接入點的信號以所需的水平到達目標用戶
可以用來增強室內wifi的覆蓋范圍、高精度室內定位

設計的挑戰和機會

基本的限制

與基于傳統多天線收發器的傳統通信相比，采用HMIMOS的無線通信系統會有很多不同，由于HMIMOS需要重新配置電磁傳播方式，所以需要新的數學模型來描述信道和增益，它們會遵循Fresnel-Kirchhoff或者Huygens-Fresnel模型

HMIMOS信道估計

估計可能非常大的MIMO信道是另一個關鍵的挑戰，在各種約束下硬件復雜性和操作功耗都會增加

魯棒的信道感知波束

原本的大規模MIMO系統中已經考慮到了信道感知波束這一問題，但是在基于HMIMOS的通信系統中實現它就是很有挑戰性的，有各種參數需要表示，然而現在都沒有太好的研究進展

分布式配置和資源分配

如果無腦配置超表面和天線的話會導致超大的開銷，這是不可以的，所以應當研發最佳的分配和調度算法

指示性應用結果

下面會對室內和室外兩種情況下的應用做測評

A 用主動連續的HMIMOS來做室內的定位

B 用被動離散的HMIMOS做室外的EE最大化

總結

HMIMOS作為未來6G無線系統物理層的關鍵，有著的巨大潛力。HMIMOS技術在SE和EE方面提供了巨大的優勢，產生了智能和可重構的無線環境。它允許使用低成本、低能耗和小尺寸的無源硬件，在室內和室外提供覆蓋廣泛的智能通信。得益于它的優點，HMIMOS可以緊湊而容易地集成到各種應用中。典型的例子包括覆蓋范圍擴展、物理層安全、功率傳輸和定位。然而，要充分發揮HMIMOS技術的潛力，仍然存在挑戰。其中包括元曲面的真實感建模、多個HMIMOS無線通信的基本限制分析、智能環境感知自適應的實現以及近被動表面的信道估計。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Holographic MIMO Surfaces for 6G Wireless Networks: Opportunities, Challenges, and Trends阅读的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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