声学可重构智能表面用于大规模空间复用：在水下通信中释放自由度与容量
网络与互联网体系结构
2025-12-19 v1
摘要
水下声学（UWA）通信是实现高速海洋数据传输的必不可少手段，但受限于带宽有限、传播损耗大以及稀疏多径结构等约束。传统的水下声学多输入多输出（MIMO）系统主要利用空间多样性，但因阵列分辨率有限，导致角向歧义和不足的空间自由度（DoFs）。本文通过声学可重构智能表面-aRIS-主动生成正交可区分的虚拟路径，显著增强空间DoFs和信道容量。建立了面向海洋环境的DoFs-信道耦合模型，明确推导了空间秩提升的条件。随后，解析地识别了最优几何位置——称为“光点”-在其中部署单个aRIS可通过在深海和浅海环境中分别引入两个和三个额外可分辨路径来最大化DoFs。进一步提出了一种集成无人 underwater 载具（UUV）和声学强度梯度感知的主动同时发射反射（ASTAR）aRIS架构，具备独立波束控制和自适应波束跟踪功能。广泛的仿真验证了所提出的联合aRIS部署和波束赋形框架，证明在浅海和深海情景中分别实现了最高可达265%和170%的UWA信道容量提升。
引用
@article{arxiv.2512.16470,
title = {Acoustic RIS for Massive Spatial Multiplexing: Unleashing Degrees of Freedom and Capacity in Underwater Communications},
author = {Longfei Zhao and Jingbo Tan and Jintao Wang and Ian F Akyildiz and Zhi Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.16470},
year = {2025}
}
备注
This work has been accepted for publication at IEEE INFOCOM 2026