南大研究团队成功实现应用于物理层加密的智能超表面无线通信系统

随着第五代移动通信技术（5G）的商用，6G的研究也在逐渐发展中，未来无线通信不仅对大规模天线阵列、射频链路提出了更高的要求，也在不断追求具有高保密度的通信方式，保障信息安全。基于可编程智能超表面的直接调制无线通信技术是当前无线通信领域研究的热点之一，摒弃了传统数字无线通信系统中混频、滤波等复杂微波组件，极大简化了通信发射系统架构，具有自适应信道环境、可大规模拓展、低成本等优势，有望在未来5G+/6G无线通信应用中发挥重要作用。该技术通过部署由亚波长单元结构组成的可编程智能超表面，将要传送的信息直接调制在超表面的散射电磁波中，最终在接收端得到完整传输信息。目前，超表面直接调制的无线通信技术刚刚起步，主要工作集中于进行编码设计实现单一信道内的最优传输性能，在利用超表面波束调控功能来增强直接调制无线通信系统的安全性方面仍面临较大挑战。

近日，南京大学电子科学与工程学院冯一军教授团队提出了一种物理层加密的超表面无线通信系统，将可编程智能超表面生成的空间波束作为直接调制无线通信系统的物理信道，通过对其进行数据分流处理实现物理信道加密，从而降低被窃听的风险（图1）。该系统可在WiFi频段的两个独立频点构建任意方向、互不干扰的两个频率信道，将传输信息（例如图像）按照一定规律分为两部分，分别在不同频率的物理信道进行传输。在接收端，只有按照预设规则结合两个接收机的解调信息才能得到正确的传输图像，对单个信道（或单个地点）的窃听所恢复的图像则是无意义的，有效保障了系统的信息安全。


图1：智能超表面直接调制保密通信系统的功能示意图。

相关研究工作以Metasurface-assisted wireless communication with physical level information encryption为题发表于《Advanced Science》[DOI: 10.1002/advs.202204558]。博士生郑依琳同学为论文第一作者，陈克副教授和冯一军教授为论文共同通讯作者。赵俊明教授，王健副教授，张娜副研究员，以及徐之源同学也参与了研究工作。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。