近日，中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）智能信息中心胡宏林/徐天衡研究员与上海大学周婷教授合作在新一代星地通信技术领域取得重要进展。该研究面向使能6G泛在连接典型场景的星地通信关键技术，聚焦超密集低轨卫星星座部署下的多星覆盖场景，创新性提出了智能超表面辅助多星协作的下行传输技术。研究结合多星协作波束赋形和智能超表面无源波束赋形，设计了联合波束赋形算法以提升星地下行传输的频谱效率；进一步地提出了基于星地视距传输条件的低复杂度算法和分布式联合波束赋形设计以降低计算复杂度。与多种基准传输机制对比，所提技术均可获得星地下行通信频谱效率的显著提升，具备较高的实用价值。相关成果以“Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted Multi-Satellite Cooperative Downlink Beamforming”为题发表于电信学领域旗舰期刊上IEEE Internet of Things Journal。

构建无缝覆盖的空天地一体化网络是支持6G泛在连接、保证用户随遇接入的关键所在。卫星网络因其广域覆盖特性引起了全球范围内的新一轮技术竞争和产业布局。国务院在“十四五”数字经济发展规划中明确强调要“加快布局卫星通信网络等，推动卫星互联网建设”，指明了空间信息基础设施升级的方向。

星地通信因卫星与地面终端之间的复杂电磁波传播环境面临包括严重路径损耗在内的诸多挑战。本研究考虑卫星载荷资源、卫星轨道资源以及频谱资源等多种可获得资源的制约关系，针对超密集低轨卫星星座部署下多重覆盖区域用户的星间干扰，将智能超表面引入多星协作的下行传输链路，基于协作多点的技术理念优化多星协作波束赋形和智能超表面无源波束赋形的联合设计，显著提升星地下行传输的频谱效率。进一步地，针对星地信道动态变化及星上算力资源的有限性，基于星地视距传输条件下直连链路和辅助链路的信道相关性，本研究提出了低复杂度算法和分布式的联合波束赋形设计，降低系统优化的计算复杂度。本研究所提的智能超表面辅助多星协作的传输机制和相应的优化算法为实现高频谱效率、低计算开销的星地通信，保证热点区域多连接用户的卫星通信服务质量提供了新的解决方案。

上海高研院智能信息中心研究生冯凯为本研究论文第一作者，上海大学周婷教授、上海高研院徐天衡研究员为共同通讯作者，联合了芬兰国家技术研究中心、日本电气通信大学开展6G星地通信领域的国际合作。本研究工作获得了国家青年人才托举计划、上海市优秀学术/技术带头人计划、中国科学院未来网络国际伙伴计划等项目的资助支持。

图 1 智能超表面辅助多星协作下行传输的系统模型

图 2 所提技术与多种基准传输机制的可实现速率对比（所提技术为蓝色实线）

原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10494510