用于室内5G终端的通信方法、系统及其车间与流程

用于室内5g终端的通信方法、系统及其车间
技术领域
1.本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种用于室内5g终端的无线通信技术。


背景技术：

2.近年，5g通信逐步应用于生活、工业互联网的方方面面。但是，因其电磁波频段相对较高的特点，导致其穿透力相对较差，对于室内信号的覆盖相对较弱。更重要的是，由于电磁波无线信号传播的随机性与不可控性，导致无线通信无法实现定向覆盖。这是限制5g通信应用的一个重大技术问题。
3.目前，现有技术中多考虑采用建设室外宏站和室内布放室的方式，以提高其室内信号的覆盖强度和稳定性。但是，建设室外宏站需要采用大规模mimo天线，不仅硬件复杂度高、成本高、而且能耗相当大且覆盖效果不佳，尤其是定向覆盖和补盲的效果差，无论是建造成本还是使用成本都不尽人意，也不利于节能降耗的科学发展观要求。
4.因此，如何优化室内设备的通信方式，增强电磁波无线通信的信号、提高电磁波无线通信的覆盖率、定向性等性能，是目前5g通信领域中亟待解决的重要技术问题，直接关系到其应用推广的普遍性和应用效果的优越性。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题的一个或多个，本发明提供了一种用于室内5g终端的通信方法，包括：s1：通过5g微站s，将5g电磁波信号发送至可重构智能反射面ris；s2：可重构智能反射面ris，接收所述5g电磁波信号，并反射调节所述5g电磁波信号的幅度和相位，将反射处理后的5g电磁波信号发送至所述5g终端d。
6.进一步地，所述步骤s2中，反射调节所述5g电磁波信号的幅度和相位，包括：s21：调节所述5g电磁波信号的幅度，达到最大幅度；s22：调节所述5g电磁波信号的相位，定向覆盖至所述5g终端的位置。
7.进一步地，所述步骤s21，包括：s21a：根据所述可重构智能反射面ris的性能参数，确定所述5g微站s到所述可重构智能反射面ris的衰落信道为；s21b：根据所述可重构智能反射面ris的性能参数，确定所述可重构智能反射面ris到所述5g终端d的衰落信道为；s21c：控制所述可重构智能反射面ris的每个反射单元的反射系数中，满足，使得所述5g电磁波信号达到最大幅度；其中，、分别为信道的幅度和相位，、分别为信道的幅度和相
位，为可重构智能反射面的每个反射单元的反射系数的相位。
8.进一步地，所述步骤s22，包括：s22a：感应所述5g终端d的位置；s22b：根据所述5g终端d的位置，分析所述可重构智能反射面ris的每个反射单元的预期通断状态，以将所述5g电磁波信号定向覆盖至所述5g终端d的位置；s22c：根据所述预期通断状态，发出控制信号，控制所述可重构智能反射面ris的每个反射单元的通断。
9.另一方面，本发明还提供一种用于室内5g终端的通信系统，包括：5g微站s和可重构智能反射面ris；所述5g微站s，用于将5g电磁波信号发送至所述可重构智能反射面ris；所述可重构智能反射面ris，用于接收所述5g电磁波信号，并反射调节所述5g电磁波信号的幅度和相位，将反射后的所述5g电磁波信号发送至所述室内5g终端d。
10.进一步地，所述通信系统，还包括控制装置x；所述控制装置x，与所述可重构智能反射面ris连接，用于控制所述可重构智能反射面ris，反射调节所述5g电磁波信号的幅度和相位。
11.进一步地，所述控制装置x，包括：接收单元x100、传感单元x200、分析单元x300和控制单元x400；所述接收单元x100，与所述分析单元x300连接，用于接收所述可重构智能反射面ris的性能参数，并发送至所述分析单元x300；所述传感单元x200，与所述分析单元x300连接，用于感应所述5g终端的位置，并发送至所述分析单元x300；所述分析单元x300，与所述控制单元x400连接，用于根据所述性能参数，确定所述5g微站s到所述可重构智能反射面ris的衰落信道和所述可重构智能反射面ris到所述5g终端的衰落信道，以确定所述可重构智能反射面ris的每个反射单元的反射系数中，满足；并根据所述5g终端d的位置，分析所述可重构智能反射面ris的每个反射单元的预期通断状态；进而，将所述和所述预期通断状态发送至所述控制单元x400；所述控制单元x400，与所述可重构智能反射面ris连接，用于根据所述和所述预期通断状态发出控制信号，控制所述可重构智能反射面ris。
12.进一步地，所述5g微站s，包括：依次连接的射频拉远单元s100、基带处理单元s200、功分单元s300和微带天线s400。
13.进一步地，所述通信系统，用于上述任意的的通信方法。
14.另一方面，本发明还提供了一种包括室内5g终端的车间，所述5g终端，应用上述任意的通信方法通信，或采用上述任意的通信系统通信。
15.本发明提供的通信方法、系统和车间，发明核心在于，打破传统建设室外宏站和室
内布放室的方式，通过将5g微站s与可重构智能反射面ris相融合，反射调节5g电磁波信号的幅度和相位，形成一套新的用于增强电磁波信号和进行定向覆盖的通信方式，打破了以往无线信号传播随机性和不可控性难题，实现无线信号的增强和定向覆盖，对5g通信的普遍性推广和优越性应用有至关重要的作用。
附图说明
16.图1为本发明用于室内5g终端的通信方法的一个实施例的流程图；图2为本发明5g微站的一个实施例的结构图；图3为本发明用于室内5g终端的通信方法的步骤s2的一个实施例的流程图；图4为本发明用于室内5g终端的通信方法的步骤s21的一个实施例的流程图；图5为本发明用于室内5g终端的通信方法中信号传播路径图；图6为本发明用于室内5g终端的通信方法的步骤s22的一个实施例的流程图；图7为本发明可重构智能反射面ris的一个实施例的结构图；图8为本发明可重构智能反射面ris的一个实施例的电压控制图；图9
‑
11为本发明可重构智能反射面的三个实施例的相位示意图；图12为本发明用于室内5g终端的通信方法与其它方法的效果对比图；图13为本发明用于室内5g终端的通信系统的一个实施例的结构框图；图14为本发明用于室内5g终端的通信系统的控制装置的一个实施例的结构框图；图15为本发明用于室内5g终端的通信方法或通信系统的车间应用图。
具体实施方式
17.如图1所示，本发明提供一种用于室内5g终端的通信方法，包括：s1：通过5g微站s，将5g电磁波信号发送至可重构智能反射面ris；s2：可重构智能反射面ris，接收5g电磁波信号，并反射调节5g电磁波信号的幅度和相位，将反射调节后的5g电磁波信号发送至5g终端d。
18.在该实施例中，尽管5g微站s和可重构智能反射面ris都是现有技术存在的，但是二者组合以应用于室内5g终端的通信，是前所未有的。本发明打破传统建设室外宏站和室内布放室的方式，通过将5g微站s（可选但不仅限于为智慧井盖）与可重构智能反射面ris相融合，反射调节5g电磁波信号的幅度和相位，形成一套新的用于增强电磁波信号和进行定向覆盖的通信方式，打破了以往无线信号传播随机性和不可控性难题，实现无线信号的增强和定向覆盖，对5g通信的普遍性推广和优越性应用有至关重要的作用。其优点不言而喻： 1、由于一方面5g微站s可便捷设置于生活常见的井盖上，另一方面可重构智能反射面ris大小、尺寸、数量和间距等性能参数，可根据实际需求而设计，易于铺设在建筑物墙、天花板、窗户甚至服装上；所以二者均安装便捷、成本低廉；2、由于一方面可重构智能反射面ris，是无线通信网络中的辅助设备，在现有通信系统中部署可重构智能反射面时，无需做出标准化和硬件方面的改变，仅需匹配其通信协议；另一方面，不受接收机噪声影响，接收信号时不需要模数/数模转换和功率放大器等器件，减少了噪声的引入和放大，可提供全双工传输，理论上可以工作于任何频率；所以可见其应用范围广，适用性强；3、可重构智能反射面ris是由无源元件/结构构成，每一个元件仅具有反射功能（对输入信号进行调幅，相移等功
能），几乎不消耗功率，理想情况不需要任何能源，符合节能降耗要求，大大降低了使用成本。
19.值得注意的，此处仅给出该方法的优点示例，不以此为限。以上特点为5g微站s和可重构智能反射面ris组合形成新通信模式的实施应用，提升了强大的竞争力，可有效助力5g技术与工业互联网的融合。
20.具体的，如图2所示，5g微站s，可选但不仅限于包括依次连接的射频拉远单元s100、基带处理单元s200、功分单元s300和微带天线s400。该微带天线s400，可选但不仅限于设置在日常生活中常见的井盖上“智慧井盖”，方便简捷。更为具体的，微带天线s400与前者可选但不仅限于为一对一或多对一的关系，如图2示例的可下接三个5g微带天线s400，以进一步提高设备功率、降低功耗损失。
21.更为具体的，可重构智能反射面ris，可选但不仅限于采用人工电磁超材料制造，这种材料由专门设计的亚波长结构元素的周期性排列组成，具有自然界不存在的独特电磁特性，例如负折射、完全吸收和异常反射/散射。其几何形状如方形或开口环、尺寸、方向、排列等，可由本领域技术人员根据实际需求而任意设定，以相应地修改其单个单元信号的响应反射振幅和相位。
22.更为具体的，如图3所示，步骤s2中，反射调节5g电磁波信号的幅度和相位，可选但不仅限于包括：s21：调节5g电磁波信号的幅度，达到最大幅度；s22：调节5g电磁波信号的相位，定向覆盖至5g终端的位置。
23.在该实施例中，给出了调节5g电磁波信号的幅度和相位的具体目标和要求，使其幅度达到其能达到的最大幅度，以增强其信号强度；相位达到预计要服务的5g终端的位置，以定向覆盖需要信号的设备。最终实现5g电磁波信号的传播可控性，有效助力5g技术与工业互联网的有效融合。
24.更为具体的，如图4所示，步骤s21，可选但不仅限于包括：s21a：根据可重构智能反射面ris的性能参数，确定5g微站s到可重构智能反射面ris的衰落信道为；s21b：根据可重构智能反射面ris的性能参数，确定可重构智能反射面ris到5g终端的衰落信道为；s21c：控制可重构智能反射面ris的每个反射单元的反射系数，满足，使得5g电磁波信号的幅度达到最大幅度；其中，、分别为信道的幅度和相位，、分别为信道的幅度和相位，为可重构智能反射面的每个反射单元的反射系数的相位。
25.在该实施例中，给出了调节5g电磁波信号的幅度，如何达到最大幅度的一个具体实施例，详细说明了可重构智能反射面ris如何调节幅度的具体方式。以图5为例，假设s
‑
ris和ris
‑
d之间的无线信道服从瑞利衰落，其中，，，s
‑
ris和
ris
‑
d之间的衰落信道和可重构智能反射面ris的反射单元个数i相关，和分别为信道的幅度和相位，和分别为信道的幅度和相位，和为服从瑞利分布的随机变量，其均值和方差分别为和。可重构智能反射面ris能准确获得信道和的相位、，设其第i个可重构单元的反射系数为，从而经过ris反射后的信号的瞬时信噪比，可选但不仅限于标记为：，为现场环境决定的平均信噪比，为此在平均信噪比一定的情况下，fpga控制器通过控制可重构智能反射面ris的反射面板单元使得时，可获得最大的瞬时信噪比，获得理想的最大接收信号，即最大幅度，从而实现电磁波的主动控制。
26.更为具体的，如图6所示，步骤s22，可选但不仅限于包括：s22a：感应5g终端的位置；s22b：根据5g终端的位置，分析可重构智能反射面ris的每个反射单元的预期通断状态，以将5g电磁波信号的相位定向覆盖至5g终端的位置；s22c：根据预期通断状态，发出控制信号，控制可重构智能反射面ris的每个反射单元的通断。
27.在该实施例中，给出了调节5g电磁波信号的相位，如何定向覆盖至5g终端的位置的一个具体实施例，详细说明了可重构智能反射面ris如何调节相位的具体方式。更为具体的，步骤s21b、c中，控制器可选但不仅限于采用fpga、单片机等微处理器，负责可重构智能反射面ris的定时更新，配合控制其通断的工作状态。更为具体的，以图7为例，可重构智能反射面ris，可选但不仅限于包括三层架构：1、外层介质基板，其上印刷附着大量金属片元件，与入射信号直接相互作用，由fpga控制每个单元上面的二极管的反偏电压如图8所示，从而实现反射面单元的通断，反射面单元不同通断的情况即可实现信号波束不同的反射状态、相位方向变化；2、中层隔离层，可选但不仅限于为铜板，避免信号能量泄露；3、内层控制层，可选但不仅限于为负责调整每个元件反射幅度和相位的控制电路板，由附在可重构智能反射面ris上的fpga、单片机等智能控制器触发。更为具体的，其触发状态，即可重构智能反射面ris的每个反射单元的预期通断状态与其相位的关系，可选但不仅限于通过表1
‑
4和图9
‑
11作示例说明。
28.表1 可重构智能反射面ris面板初始状态表（1/0状态）
当8*8的面板单元状态为全1的时候，如表2所示，5g电磁波信号传播到可重构智能反射面ris后，经可重构智能反射面ris反射后只有一个方向的波束信号，如图9所示。
29.表2 可重构智能反射面ris面板状态1表（全1状态）1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111当8*8的面板单元状态为0、1间隔的时候，如表3所示，5g电磁波信号传播到可重构智能反射面ris后，经可重构智能反射面ris反射后有两个方向的波束信号，如图10所示。
30.表3 可重构智能反射面ris面板状态2表（0/1间隔状态）
当8*8的面板单元状态为0、1、0、1棋盘状的时候，如表4所示，5g电磁波信号传播到可重构智能反射面ris后，经可重构智能反射面ris反射后有四个方向的波束信号，如图11所示。
31.表4 可重构智能反射面ris面板状态3表（0/1棋盘状态）1010101001010101101010100101010110101010010101011010101001010101为详细说明本发明通信方法的有效性，参照图12所示，为有可重构智能反射面ris辅助的通信系统的中断概率低于没有ris辅助的通信系统，且随着发信噪比的增加，效果越明显。同时可重构智能反射面ris反射单元个数n越大即反射面个数越多，系统中断概率越小，即系统整体性能越好。
32.另一方面，如图13
‑
15所示，本发明还基于上述方法的任意一种或组合形式，提供一种用于室内5g终端的通信系统，包括：5g微站s和可重构智能反射面ris。其中，5g微站s，用于将5g电磁波信号发送至可重构智能反射面ris；可重构智能反射面ris，与5g微站和5g终端连接（有线或无线连接，信号连接），用于接收5g电磁波信号，并反射调节5g电磁波信号的幅度和相位，将反射调节后的5g电磁波信号发送至室内5g终端d。值得注意的，本发明的通信系统，与上述任意的通信方法对应，其技术特征的组合和技术效果并不以示例为限，在此不再赘述。
33.具体的，5g微站s、可重构智能反射面ris的具体结构、尺寸、反射单元的分布和个数、单元间距等参数可由本领域技术人员根据实际需求自定义，示例的如图2、7
‑
8所示。
34.更为具体的，可重构智能反射面的反射调节过程，可由本领域技术人员根据幅度、相位的要求预先手动调节好可重构智能反射面的性能参数，然后再进行反射过程，或通过fpga、单片机等控制器自动调节。优选的，可重构智能反射面的性能参数及反射系数、通断状态等可根据实时感应的5g终端的当前位置，以实时更新匹配。
35.优选的，如图13所示，该通信系统，还包括：控制装置x，与可重构智能反射面ris连接，用于控制可重构智能反射面ris，反射调节5g电磁波信号的幅度和相位。
36.在该实施例中，通信系统增设了控制装置x，以自动控制可重构智能反射面ris，而无需手动调节，提高了该通信系统的自动化程度，进一步提高了其精准度和适用范围。
37.更为优选的，如图14所示，该控制装置x，包括：接收单元x100、传感单元x200、分析单元x300和控制单元x400。其中，接收单元x100，与分析单元x300连接，用于接收可重构智能反射面ris的性能参数，并发送至分析单元x300；传感单元x200，与分析单元x300连接，用于感应5g终端的位置，并发送至分析单元x300；分析单元x300，与控制单元x400连接，用于根据性能参数，确定5g微站s到可重构智能反射面ris的衰落信道和可重构
智能反射面ris到5g终端的衰落信道，以确定可重构智能反射面的每个反射单元的反射系数中，满足；并根据5g终端的位置，分析可为重构智能反射面的每个反射单元的预期通断状态；进而，将和预期通断状态发送至控制单元x400；控制单元x400，与可重构智能反射面ris连接，用于根据和预期通断状态发出控制信号，控制可重构智能反射面ris。
38.在该实施例中，给出了控制装置x的一个具体实施例，能根据可重构智能反射面的性能参数和5g终端的实时位置，确定反射后的5g电磁波信号的幅度和相位，自动化程度更高，匹配性更强。
39.上述通信系统基于上述通信方法创造，其技术特征的组合、技术作用和有益效果在此不再赘述。
40.另一方面，如图15所示，给出了本发明通信方法和通信系统应用于车间的1个或多个5g终端的一个具体实施例，以将5g电磁波信号，增强信号的定向覆盖至车间内的5g终端设备，提高其信号强度和覆盖精准度，以进一步降低设备误差，确保其正常工作。值得注意的，该具体的车间应用，仅为本发明应用领域的一个具体实施例，并不对本发明的应用范围作任何限定，凡是应用本发明宗旨的应用，均应视为属于本发明创造。
41.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
42.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。