数字元表面相互耦合信息损失的精确定量分析

邵瑞文博士和吴军伟教授（东南大学电磁空间研究所，南京，中国）的研究告诉我们数字元表面是如何丢失信息的

邵瑞文对数字元表面的散射波进行了奇异值分解。他注意到非零奇异值的数量不等于元原子的数量，而是近似于它。“这是一个非常不寻常的结果，与以前的元表面建模方法相反，”邵说

邵瑞文和吴军伟，以及实验室主任崔铁军，试图确定是什么导致了冗余奇异值。该团队将数字编码元表面视为由两个网络组成的微波网络，包括无源结构和可调谐设备。该合成成功地分离了编码状态对散射波的影响

“微波网络级联公式得到的表达式仍然包含矩阵反演项，所以我们很自然地想知道幂级数展开是否会对简化产生影响，”吴说

该团队发现，经过一系列推导和近似，数字编码元表面的散射波可以表示为编码状态的二阶多项式，包括常数项、一阶项和相邻代码的二阶项

“引入零阶项和二阶项使方程的秩加倍，这与非零奇异值的数量一致。这些项可以被认为是由相邻元原子的相互耦合引起的，”Shao说

研究人员通过全波模拟提取了这些电流模式。基于这些模式，他们可以准确预测任何编码状态下元表面的散射电磁波

“高精度的半解析表达式为我们从理论上研究元表面的统计特性提供了强大的工具。借助宏观模型，将元素的相互耦合转化为电流协方差。”

“因此，我们最终发现，元表面上电流的概率分布是一组相关的正态分布。我们将相关分布电流的微分熵与独立和相同电流的微分熵值进行了比较，它们之间的差异表明了将数字信号转换为电磁波的信息损失，”吴说

如何评估元表面传输信息的能力是元表面通信系统应用中亟待解决的问题。在这项研究中，研究人员提供了一种新的方法来量化相互耦合引起的信息损失。与一般认知一致，信息损失随着元素周期的减少而增加

这篇论文发表在《国家科学评论》杂志上