Holographic MIMO Surfaces for 6G Wireless Networks...
文章主要概述了全息多输入多输出表面（HMIMOS)在未来的发展空间以及所面临的问题
Intro.
对于未来的无线系统，MIMO系统正在被越来越多的人关注，然而制造运行成本与功耗问题制约了MIMO的发展，未来的6G系统应当能够智能自动编程，全息MIMO表面从现在来看可以比较好的解决这一问题
MIMO的分类
从能量消耗的角度来看
1）主动HMIMOS
HMIMOS可以同时作为发射器，接收器，反射器来使用。作为收发器来使用的时候，会在表面里安装射频电路和信号处理单元，随着安的越来越多，就叫大型智能表面
2）被动HMIMOS
被动HMIMOS，也叫智能反射表面（IRS）或者可编程智能表面（RIS），看起来很像是被动的金属镜子或者说“光波接收者”，可以自定义EM场，和主动HMIMOS比起来，能耗更低，不需要集成很多元件，是全双工，无明显自干扰或增加噪声水平的，由于成本足够低，可以部署在外墙、天花板、笔记本电脑、衣服上
基于硬件结构的分类
1）连续的HMIMOS
将足够多的元素整合到有限的表面积里，就像连续的一样，连续表面的操作和运行模式和光的全息术是相似的
可以通过参照波（？）来重建物体位置
2）离散HMIMOS
离散型HMIMOS通常由许多由低功耗软件可调超材料制成的离散单元单元组成。用电子手段改变单元电池的电磁特性的方法包括从现成的电子元件到使用液晶、微电子机械系统甚至机电开关和其他可重构超材料。这种结构与传统的MIMO天线阵列有很大的不同。离散表面的一个实施例是基于具有电子可控制反射特性的离散“元原子”。如前所述，另一种离散表面是基于光子天线阵列的有源表面。与连续的HMIMOS相比，离散的HMIMOS在实现和硬件方面有一些本质的区别，这将在后文中描述。
基于制造方法的分类
超表面的制造技术有很多（反正我都看不懂，略）
基于操作方式的分类
将连续性和主动被动性交叉可以出来四种操作方式，由于篇幅限制，下面只会阐述其中两种
1）连续主动
根据这种操作模式，连续的HMIMOS的性能类似于一个有源收发器。射频信号在其背面产生，并通过一个可控制的分配网络传播到由无限软件定义的电子可控制元件构成的相邻表面，该元件可向预期用户产生多个波束。主动连续HMIMOS与被动可重构元表面的显著区别在于前者的波束形成过程是基于全息概念完成的
2）离散被动
HMIMOS的另一种工作模式是反射镜或“波采集器”，其中的元表面被认为是离散的和被动的。在这种情况下，如前所述，元表面包括可重构单元单元，其使得其操作波束形成模式不同于连续收发的HMIMOS系统。值得注意的是，现有的大多数工作，如[4]-[6]，都集中在这种易于实现和分析其性能的HMIMOS操作模式上。
功能、特性和应用
功能
智能表面可以支持广泛的电磁交互，从功能上来分，有四种类型EM Field Polarization, EM Field Redirection, Pencile-like Beamforming, EM Field Absorption
特性
与目前无线网络中使用的技术相比，HMIMOS概念最显著的特点在于，通过提供充分塑造和控制分布在整个网络中的环境对象的电磁响应的可能性，使环境可控。HMIMOS通常用作具有可重构特性的信号源或“波采集器”，特别是在一些被动应用场景中，它被用作被动反射器，目的是改善EE。HMIMOS系统1的基本特性及其与大规模MIMO和传统多天线放大转发（AF）中继系统的核心区别如下：
HMIMOS可以几乎是被动的，可以实现连续的传输，没有接收器热噪声，可在软件中调整，可有全频段响应，低延迟
通信应用
HMIMOS的应用很广泛，包括室内和室外的应用
1）室外：
可以把户外基站的信号传入到室内，缓解室内信号不好的问题
补偿信号衰减和临近基站的同信道干扰
从物理层防止窃听
无线能量传输，比如向物联网设备
2）室内
室内无线通信会比较多的出现多径效应，而且由于其他电子设备还会产生RF污染，HMIMOS可以解决这个问题
MIMOS凭借其继承能力，可以将EM波重新配置为各种通信目标，从而在室内环境中具有极大的优势。图3的下部概述了一个说明性的一般示例。在此示例的左角，其中没有HMIMOS，由于折射，反射和扩散，信号会经历路径损耗和多路径衰落，这会降低其充分传播到目标用户。但是，在图3的右上角，可以使用涂在墙壁上的HMIMOS来增强信号传播，从而帮助来自接入点的信号以所需的水平到达目标用户
可以用来增强室内wifi的覆盖范围、高精度室内定位
设计的挑战和机会
基本的限制
与基于传统多天线收发器的传统通信相比，采用HMIMOS的无线通信系统会有很多不同，由于HMIMOS需要重新配置电磁传播方式，所以需要新的数学模型来描述信道和增益，它们会遵循Fresnel-Kirchhoff或者Huygens-Fresnel模型
HMIMOS信道估计
估计可能非常大的MIMO信道是另一个关键的挑战，在各种约束下硬件复杂性和操作功耗都会增加
鲁棒的信道感知波束
原本的大规模MIMO系统中已经考虑到了信道感知波束这一问题，但是在基于HMIMOS的通信系统中实现它就是很有挑战性的，有各种参数需要表示，然而现在都没有太好的研究进展
分布式配置和资源分配
如果无脑配置超表面和天线的话会导致超大的开销，这是不可以的，所以应当研发最佳的分配和调度算法
指示性应用结果
下面会对室内和室外两种情况下的应用做测评
A 用主动连续的HMIMOS来做室内的定位
B 用被动离散的HMIMOS做室外的EE最大化
总结
HMIMOS作为未来6G无线系统物理层的关键，有着的巨大潜力。HMIMOS技术在SE和EE方面提供了巨大的优势，产生了智能和可重构的无线环境。它允许使用低成本、低能耗和小尺寸的无源硬件，在室内和室外提供覆盖广泛的智能通信。得益于它的优点，HMIMOS可以紧凑而容易地集成到各种应用中。典型的例子包括覆盖范围扩展、物理层安全、功率传输和定位。然而，要充分发挥HMIMOS技术的潜力，仍然存在挑战。其中包括元曲面的真实感建模、多个HMIMOS无线通信的基本限制分析、智能环境感知自适应的实现以及近被动表面的信道估计。