7月2日，重慶大學(xué)黃文彬教授聯(lián)合北卡羅來(lái)納州立大學(xué)Fuh-Gwo Yuan教授在自然指數(shù)期刊《Advanced Functional Materials》（IF=19.0）上發(fā)表了題為“Conformal Signal Processing  surface-Enabled Lamb Wave Synchronous Directional Multiple Access Edge Communication”的研究成果。黃文彬與Fuh-Gwo Yuan為共同通訊作者,重慶大學(xué)博士生徐云飛為論文第一作者，重慶大學(xué)青年教師丁曉喜和碩士生張學(xué)騫為共同作者。

在深海、太空、危化品存儲(chǔ)等密閉金屬環(huán)境中，傳統(tǒng)有線(xiàn)通信會(huì)破壞結(jié)構(gòu)完整性，而無(wú)線(xiàn)電磁波則被金屬屏蔽失效。Lamb波通信利用結(jié)構(gòu)自身傳導(dǎo)信號(hào)，成為理想替代方案，但長(zhǎng)期受限于單用戶(hù)、非實(shí)時(shí)傳輸。最新研究通過(guò)優(yōu)化解碼算法和邊緣計(jì)算協(xié)同，有望解決多用戶(hù)實(shí)時(shí)通信難題，推動(dòng)智能工業(yè)系統(tǒng)發(fā)展。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)性地提出了一種共形信號(hào)處理超表面賦能蘭姆波同步定向多址邊緣通信方案。Lamb波共形信號(hào)處理超表面將信號(hào)濾波與放大功能直接集成到物理信道中，通過(guò)在接收用戶(hù)前布置特定的超表面，構(gòu)建了一個(gè)“物理信號(hào)處理器”，能夠精準(zhǔn)允許特定用戶(hù)的頻率信號(hào)通過(guò)并將其放大，同時(shí)高效抑制用戶(hù)間干擾，即特定頻率Lamb波定向傳輸。這一設(shè)計(jì)巧妙地達(dá)成了頻分復(fù)用和空分復(fù)用的雙重效果，實(shí)現(xiàn)了近零算法解調(diào)，極大降低了對(duì)邊緣端計(jì)算資源的依賴(lài)。

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一套雙用戶(hù)同步通信系統(tǒng)原型，并成功將兩幅不同的50×50像素彩色圖像實(shí)時(shí)獨(dú)立地?zé)o線(xiàn)傳輸至不同位置的兩個(gè)用戶(hù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理方法相比，共型信號(hào)處理超表面方案優(yōu)勢(shì)顯著：信噪比達(dá)到20.9dB，相比傳統(tǒng)的數(shù)字濾波和互相關(guān)算法分別提升了74.2%和36.6%，實(shí)現(xiàn)了零誤碼率的完美通信；同時(shí)，計(jì)算資源消耗最高減少92.0%，動(dòng)態(tài)功耗最高減少66.7%，而解調(diào)速率則最高提升了19倍，達(dá)到72.5kbps，真正實(shí)現(xiàn)了邊緣設(shè)備上的實(shí)時(shí)解碼。

該研究成果首次利用超表面賦能物理層信號(hào)處理，成功實(shí)現(xiàn)了邊緣實(shí)時(shí)的Lamb波多用戶(hù)通信。這為未來(lái)智能工業(yè)系統(tǒng)中極具挑戰(zhàn)性的信息交互難題，提供了一種可靠、低成本、低功耗的無(wú)線(xiàn)通信解決方案，對(duì)于推動(dòng)水下探測(cè)、空間探索等領(lǐng)域的智能化發(fā)展具有重要意義。

該研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目52035002、面上項(xiàng)目52375081的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202503551

來(lái)源：機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院

作者：黃文彬 徐云飛