CN113660627A - 一种基于智能反射装置的室内通信系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于智能反射装置的室内通信系统及方法，所述室内通信系统包括：无线路由器以及至少一个智能反射装置，所述无线路由器发射的信号经过所述智能反射装置，通过智能反射装置反射出去，所述智能反射装置通过调整反射相角可以使得从无线路由器发射来的信号被反射到信号难以直接到达的室内各个区域。本发明的基于智能反射装置的室内通信系统及方法可提高室内通信质量并且系统能耗无额外损耗。

Description

一种基于智能反射装置的室内通信系统及方法
技术领域
本发明涉及室内通信系统技术领域，具体地，涉及一种基于智能反射装置的室内通信系统及方法。
背景技术
由于室内家居环境复杂或者路由器布局不合理导致的路由器信号难以穿透多面墙体，这样就会导致有些居住卧室难以接收到路由器信号，从而影响通信质量，在现有的技术中，通常有两种方法来解决此问题，一种方法就是通过加强路由器的发射天线和路由器功率来使得路由器的穿墙能力变好，多天线让路由器的穿透能力更强，从而室内的通信质量会变好，另外一种方法是通过路由器搭桥技术来解决此问题，基本思想就是在路由器信号难以到达的地方进行路由器搭桥，让信号稍弱的地方通信质量变好。
然而，上述的第一种方法，即通过增加路由器的天线和发射功率来增强路由器的穿透能力，这种方法有两个主要的弊端：一方面，由于路由器的发射天线增加，使得路由器成本提升，另外一方面，由于加大了路由器的发射功率，这会导致路由器的能耗变大，辐射相比于天线较少的路由器也会变大。上述的第二种方法，即通过路由器搭桥技术来使得信号较弱的卧室信号有所提升，这种方法的主要弊端在于：由于在原本室内家居通信系统上再添加一个路由器，这会要求住户需要在原本的基础上修改网线线路，另外再增加路由器个数，也会增加通信系统的开销和能耗。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种可提高室内通信质量并且系统能耗无额外损耗的基于智能反射装置的室内通信系统及方法。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种基于智能反射装置的室内通信系统，所述系统包括：无线路由器以及至少一个智能反射装置，所述无线路由器发射的信号经过所述智能反射装置，通过智能反射装置反射出去，所述智能反射装置通过调整反射相角可以使得从无线路由器发射来的信号被反射到信号难以直接到达的室内各个区域。
可选地，所述被智能反射装置反射的信号与在空气中直接传播的信号损耗相同，根据需要，可以在室内不同位置设置多个智能反射装置，所述多个智能反射装置均可以接收无线路由器发送的信号，所述无线路由器发送的信号也可以被其中的一个智能反射装置接收再反射给另外一个智能反射装置。
可选地，所述智能反射装置的硬件实现基于亚表面元件，该元件由数字可控的二维材料构成，通过适当设计元件的几何形状、大小、方向、排列等，可以改变入射信号的幅度相位。
可选地，所述智能反射装包括外层板、中间板、内层板和智能控制器。
可选地，所述外层板为表面印刷有大量金属元件的电基板，所述外层板的表面设置有多个反射单元，直接与入射信号相互作用。
可选地，所述中间板使用铜板来避免信号能量的泄漏。
可选地，所述内层板是一个控制电路板，负责调节每个金属元件的反射振幅、相移，由所述智能控制器触发。
可选地，所述智能控制器可以采用现场可编程门阵列实现。
进一步地，本发明还提供一种基于智能反射装置的室内通信方法，所述方法包括以下步骤：
无线路由器发射无线信号；
至少一个智能反射装置接收无线路由器发射的信号；
智能控制器调整智能反射装置的反射相角，将信号反射至所需的区域；以及
确认用户是否能接收到反射信号，如果不能接收到反射信号，则智能控制器继续调整智能反射装置的反射相角。
可选地，所述被智能反射装置反射的信号与在空气中直接传播的信号损耗相同，根据需要，可以在室内不同位置设置多个智能反射装置，所述多个智能反射装置均可以接收无线路由器发送的信号，所述无线路由器发送的信号也可以被其中的一个智能反射装置接收再反射给另外一个智能反射装置。
与现有技术相比，本发明基于智能反射装置的室内通信系统及方法通过在室内布置智能反射装置，用于被动反射无线路由器信号，无线路由器发射的信号可以直接由智能反射装置通过调整相角反射到信号难以直接到达的区域，在此过程中，智能反射装置几乎不消耗能量，而且被反射的信号与在空气中直接传播的损耗相同，解决了传统室内通信系统由于无线路由器穿透能力差导致的部分区域通信质量差的问题，同时避免了无线路由器天线数量过多或提升无线路由器功率导致的能量损耗和辐射增加的问题，从而提升室内通信质量。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的基于智能反射装置的室内通信系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的室内通信系统的信号传输示意图；
图3为本发明实施例提供的智能反射装置的结构原理图；
图4为本发明实施例提供的基于智能反射装置的室内通信方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明主要通过使用智能反射装置改善室内通信系统的信道，从而弥补由于路由器穿透能力较差而导致的室内部分区域通信质量较差的情况，最终提升用户的通信质量。
具体地，图1为本发明实施例提供的一种基于智能反射装置的室内通信系统结构框图，如图1所示，所述室内通信系统包括：无线路由器1和至少一个智能反射装置2，所述无线路由器1发射的信号经过所述智能反射装置2，通过智能反射装置2被反射出去，所述智能反射装置2通过调整反射相角可以使得从无线路由器1发射来的信号被反射到信号难以直接到达的室内各个区域。
图2为本发明实施例提供的室内通信系统的信号传输示意图，如图2所示，由于无线路由器穿透能力差，用户1和用户2很难接收到无线路由器直接发射的信号，因此需要在室内墙面上布置智能反射装置，被动反射无线路由器发射的信号，智能反射装置可以调整所需反射相角，从而可以将无线路由器发射的信号无损耗的反射至用户1和用户2处，这样用户1和用户2接收到的信号与接收到无线路由器直接发射的信号效果是一样的，从而完全解决因为无线路由器穿透能力差导致的用户接收信号较差的问题。在此过程中，信号由智能反射装置反射，智能反射装置几乎不消耗能量，而且被反射的信号与在空气中直接传播的损耗相同，从而提升室内通信质量。
在一个可选的实施例中，根据需要，可以在室内不同位置设置多个智能反射装置，所述多个智能反射装置均可以接收无线路由器发送的信号，无线路由器发送的信号也可以被其中的一个智能反射装置接收再反射给另外一个智能反射装置。
图3为本发明实施例提供的智能反射装置的结构原理图，如图3所示，所述智能反射装置2的硬件实现基于“亚表面”的概念，该概念由数字可控的二维材料构成，具体地说，亚表面是由大量元素或所谓的亚原子组成的平面阵列，其电厚度按感兴趣工作频率的子波长的顺序排列，通过适当设计元件的几何形状(如方形或开口环)、大小、方向、排列等，可以相应地修改其单个信号响应(反射振幅和相移)，即改变入射信号一定的幅度相位。在无线通信应用中，每个单元的反射系数都应该是可调的，以适应用户移动性产生的动态无线信道，从而要求实时可重构。这可以通过利用电子设备来实现，例如二极管、场效应晶体管或微电子机械系统(MEMS)开关。
如图3所示，典型的智能反射装置2主要包括外层板21、中间板22、内层板23和智能控制器24。所述外层板21为表面印刷有大量金属元件的电基板，所述外层板21的表面设置有多个反射单元，直接与入射信号相互作用。在外层板21的后面，中间板22使用铜板来避免信号能量的泄漏。最后，内层板23是一个控制电路板，它负责调节每个金属元件的反射振幅、相移，由智能控制器24触发。
在本实施例中，所述智能控制器24可以采用现场可编程门阵列(FPGA)实现，其中PIN二极管嵌入在每个反射元件中，通过直流馈电线路控制其偏置电压，PIN二极管可以在等效电路中所示的“开”和“关”状态之间切换，从而产生相移差，因此通过智能控制器设置相应的偏置电压，可以独立地实现智能反射元件的不同相移。另一方面，为了有效地控制反射振幅，可在反射元件设计中采用可变电阻负载，例如，通过改变每个反射元件中电阻的值，可以控制反射幅度的值。在实践中，期望对每个反射元件的振幅和相移具有独立的控制，为此，需要有效地集成上述电路。
进一步地，如图4所示，本发明还提供一种基于智能反射装置的室内通信方法，所述方法包括以下步骤：
S1：无线路由器发射无线信号；
S2：至少一个智能反射装置接收无线路由器发射的信号；
S3：智能控制器调整智能反射装置的反射相角，将信号反射至所需的区域；
S4：确认用户是否能接收到反射信号，如果不能接收到反射信号，则智能控制器继续调整智能反射装置的反射相角。
在此过程中，信号由智能反射装置反射，智能反射装置几乎不消耗能量，而且被反射的信号与在空气中直接传播的损耗相同。
在一个可选的实施例中，根据需要，可以在室内不同位置设置多个智能反射装置，所述多个智能反射装置均可以接收无线路由器发送的信号，无线路由器发送的信号也可以被其中的一个智能反射装置接收再反射给另外一个智能反射装置。
与现有技术相比，本发明基于智能反射装置的室内通信系统及方法通过在室内布置智能反射装置，用于被动反射无线路由器信号，无线路由器发射的信号可以直接由智能反射装置通过调整相角反射到信号难以直接到达的区域，在此过程中，智能反射装置几乎不消耗能量，而且被反射的信号与在空气中直接传播的损耗相同，解决了传统室内通信系统由于无线路由器穿透能力差导致的部分区域通信质量差的问题，同时避免了无线路由器天线数量过多或提升无线路由器功率导致的能量损耗和辐射增加的问题，从而提升室内通信质量。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于智能反射装置的室内通信系统，其特征在于，所述系统包括：无线路由器以及至少一个智能反射装置，所述无线路由器发射的信号经过所述智能反射装置，通过智能反射装置反射出去，所述智能反射装置通过调整反射相角可以使得从无线路由器发射来的信号被反射到信号难以直接到达的室内各个区域。
2.根据权利要求1所述的基于智能反射装置的室内通信系统，其特征在于：所述被智能反射装置反射的信号与在空气中直接传播的信号损耗相同，根据需要，可以在室内不同位置设置多个智能反射装置，所述多个智能反射装置均可以接收无线路由器发送的信号，所述无线路由器发送的信号也可以被其中的一个智能反射装置接收再反射给另外一个智能反射装置。
3.根据权利要求1所述的基于智能反射装置的室内通信系统，其特征在于：所述智能反射装置的硬件实现基于亚表面元件，该元件由数字可控的二维材料构成，通过适当设计元件的几何形状、大小、方向、排列等，可以改变入射信号的幅度相位。
4.根据权利要求1所述的基于智能反射装置的室内通信系统，其特征在于：所述智能反射装包括外层板、中间板、内层板和智能控制器。
5.根据权利要求4所述的基于智能反射装置的室内通信系统，其特征在于：所述外层板为表面印刷有大量金属元件的电基板，所述外层板的表面设置有多个反射单元，直接与入射信号相互作用。
6.根据权利要求4所述的基于智能反射装置的室内通信系统，其特征在于：所述中间板使用铜板来避免信号能量的泄漏。
7.根据权利要求4所述的基于智能反射装置的室内通信系统，其特征在于：所述内层板是一个控制电路板，负责调节每个金属元件的反射振幅、相移，由所述智能控制器触发。
8.根据权利要求4所述的基于智能反射装置的室内通信系统，其特征在于：所述智能控制器可以采用现场可编程门阵列实现。
9.一种基于智能反射装置的室内通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
无线路由器发射无线信号；
至少一个智能反射装置接收无线路由器发射的信号；
智能控制器调整智能反射装置的反射相角，将信号反射至所需的区域；以及
确认用户是否能接收到反射信号，如果不能接收到反射信号，则智能控制器继续调整智能反射装置的反射相角。
10.根据权利要求9所述的基于智能反射装置的室内通信方法，其特征在于：所述被智能反射装置反射的信号与在空气中直接传播的信号损耗相同，根据需要，可以在室内不同位置设置多个智能反射装置，所述多个智能反射装置均可以接收无线路由器发送的信号，所述无线路由器发送的信号也可以被其中的一个智能反射装置接收再反射给另外一个智能反射装置。
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