CN114402227A - 用于无线通信环境中的增强天线放置的扫描系统 - Google Patents

用于无线通信环境中的增强天线放置的扫描系统 Download PDF

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CN114402227A CN202080065117.1A CN202080065117A CN114402227A CN 114402227 A CN114402227 A CN 114402227A CN 202080065117 A CN202080065117 A CN 202080065117A CN 114402227 A CN114402227 A CN 114402227A
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埃德蒙·柯雅·麦格迪奇安
马修·保罗·哈里森
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American Wave Co
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Abstract

本文公开的示例涉及用于确定天线在环境中的增强放置的扫描系统。扫描系统包括传感器系统，该传感器系统被配置为向扫描系统的周围环境发射光信号脉冲，并接收从周围环境中的一个或多个反射物体反射的一个或多个返回光信号脉冲。传感器系统沿第一方向从一个或多个返回光信号脉冲获得多个传感器数据切片。每个传感器数据切片对应于扫描系统的沿与第一方向正交的第二方向的不同位置。扫描系统还包括感知模块，该感知模块可通信地耦合到传感器系统，并且被配置为利用感知模块中的一个或多个经训练的神经网络，生成场景中所识别的一个或多个反射物体的地图信息。

Description

用于无线通信环境中的增强天线放置的扫描系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年7月17日提交的题为“用于无线通信环境中的增强天线放置的扫描系统”的美国临时专利申请62/875,471号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
新一代无线网络正日益成为满足用户需求的必需品。移动数据流量每年都在增长，这对无线网络提供更高的速度、连接更多装置、降低延迟以及同时传输越来越多的数据提出了挑战。现在，无论环境和情况如何，无论是在办公楼、公共空间、露天保护区还是车辆中，用户都希望即时无线连接。为了满足这些需求，新的无线标准已被设计用于在不久的将来部署。无线技术的一个重大的发展是第五代蜂窝通信(5G)，它涵盖了不仅仅当前的第四代(4G)的长期演进(LTE)能力，并承诺通过移动式无线、固定式无线等方式提供高速互联网。5G标准将操作扩展到毫米波段(其在全球范围内覆盖超过6GHz的频率)，并扩展到计划的24GHz、26GHz、28GHz和39GHz直至300GHz，并且实现高速数据通信所需的宽带。
毫米波(mm-wave)光谱提供了约1到10毫米范围内的窄波长，这些波长容易受到高大气衰减的影响，并且必须在短距离(略超过一公里)内工作。例如，在具有街道峡谷的密集散射区域中以及在购物中心中，由于多路径、阴影和地理障碍，可能存在盲点。在范围较大并且有时会出现极端气候条件和强降水的偏远地区，由于强风和风暴，环境条件可能会阻止运营商使用大型阵列天线。为5G网络提供毫米波无线通信的这些以及其他挑战对系统设计提出了艰巨的目标，包括在受控方向上生成所需波束形式同时避免周围环境的许多信号和结构之间的干扰的能力。
附图说明
联系以下结合附图来理解的详细描述，可以更充分地理解本申请，附图不是按比例绘制的，其中相似的附图标记始终指代相似的部分，附图中：
图1概念性地示出了根据本主题技术的一些实施方式的用于勘测环境的扫描系统的示例透视图；
图2是根据本主题技术的一些实施方式的扫描模块的示意图；
图3示出了根据本主题技术的各种实施方式的包括到感知模块的接口的扫描系统的示意图；
图4图示了根据本主题技术的各种实施方式的用于在无线通信环境中扫描场景以用于扫描环境中的增强天线放置的示例过程的流程图；
图5概念性地示出了根据本主题技术的各种实施方式的勘测室内环境场景的扫描系统；
图6概念性地示出了根据本主题技术的各种实施方式的在室内环境中具有增强放置的反射阵列天线的示例；并且
图7概念性地示出了根据本主题技术的各种实施方式的在室外环境中具有增强放置的反射阵列天线的示例。
具体实施方式
公开了一种用于基于元结构的反射阵列的增强天线放置的扫描系统及其方法。反射阵列适用于许多不同的5G应用，并且可以部署在各种环境和配置中。在各种示例中，反射阵列是具有元结构反射器元件的单元的阵列，其在特定方向上反射入射射频(“RF”)信号。如本文通常定义的，元结构是一种经过设计的非周期或半周期结构，其在空间上分布以满足特定的相位和频率分布。元结构反射器元件被设计为相对于反射RF信号的波长非常小。反射阵列能够在5G所需的更高频率和相对较短的距离下操作。它们的设计和配置取决于给定应用或部署(无论是在室内还是在室外)的几何和链路预算考虑。反射阵列的放置(无论是在室内还是室外)是影响其性能的关键因素。
本主题技术提供了一种扫描系统，该扫描系统可以在扫描场景时主动估计到环境和/或结构特征的距离，以生成指示场景的多维形状的点位置云。扫描系统通过以下操作来测量各个点位置：发射光信号脉冲，并检测从场景内的物体反射的返回光信号脉冲，然后基于发射脉冲和接收反射脉冲之间的时间延迟确定到反射物体的距离。与传统的扫描装置不同，传统的扫描装置包括安装在沿x轴横向移动的车辆上的传感器，并且该传感器围绕y轴旋转以沿水平平面扫描场景，本主题技术的扫描系统包括安装在沿x轴横向移动的便携式平台上的传感器，并且该传感器围绕x轴旋转以用于沿垂直平面扫描场景。然后，由神经网络处理传感器数据，以用于检测和识别场景中的反射物体，使得场景中的最优位置例如将增加毫米波频率的无线通信信号的信号强度和覆盖区域。通过结合沿垂直平面的扫描场景切片和随时间沿水平平面聚集的多个切片来提供更大的分辨率，本主题技术提供了优于传统扫描系统的优势。
以下阐述的详细描述意在作为对实施例的各种配置的描述，而不意在表示可以实施本主题技术的唯一配置。附图被并入本文并构成详细描述的一部分。为了提供对本主题技术的更透彻的理解，详细描述包括具体细节。然而，本主题技术不限于本文阐述的具体细节，并且可以使用一个或多个实施方式被实践。在一个或多个实例中，以框图形式示出了结构和组件，以避免模糊本主题技术的概念。在其他实例中，可能不会详细描述众所周知的方法和结构，以避免不必要地模糊示例的描述。另外，示例可以被相互组合地使用。
图1概念性地示出了根据本主题技术的一些实施方式的用于勘察环境的扫描系统100的示例的透视图。扫描系统100包括传感器装置102和移动平台110。移动平台110包括主体112、支撑腿114、安装臂116、安装支架118、轮组120和手柄122。然而，并不是所有被描绘的组件都可能被使用，并且在一个或多个实施方式中可以包括图中未示出的附加组件。在不脱离本文所述的权利要求的范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行改变。可以提供另外的组件、不同的组件或更少的组件。在一些实施方式中，移动平台110是陆地车辆。在其他实施方式中，移动平台110可以是无人驾驶飞行器(UAV)，例如无人机。在这个方面，传感器装置102可以安装在无人机上，用于捕捉三维场景的航拍图像。
在一些实施方式中，传感器装置102是(或包括)光检测和测距(激光雷达(LiDAR))装置的至少一部分。在其他实施方式中，传感器装置102是(或包括)相机等的一部分。传感器装置102机械耦合到安装臂116的第一端。传感器装置102在与安装臂116耦合处围绕x轴旋转，使得传感器装置102沿z轴具有场景的扫描角度范围。在这个方面，传感器装置102可以在扫描角度范围内沿z轴发射光信号并检测反射的光学信号。例如，传感器装置102可以提供沿z轴的θ1+θ2的扫描视场(FoV)。在一些实施方式中，θ1等于θ2。例如，针对总FoV等于120°，θ1＝θ2＝60°。在其他实施方式中，θ1不同于θ2。θ1和θ2的值是任意的，并且可以与本文所描述的示例值不同，而不脱离本公开的范围。
安装臂116被定位在平行于主体112的平面。安装支架118通过保持杆124在靠近安装臂116的第二端处机械耦合到安装臂116。安装支架118包括在安装支架118的顶表面上的凹槽。保持杆124可以通过安装支架118的凹槽从沿x轴的静止位置横向位移，以重新配置传感器装置102的位置。安装支架机械耦合到支撑腿114的第一端。支撑腿114沿z轴布置，并且汇聚在安装支架118的底表面处，使得支撑腿在主体112上方一定距离处支撑安装支架118。主体112通过相应的支撑腿114在主体112的角落处机械耦合到支撑腿114的第二端。轮组120耦合到主体112的每一侧。在一些实施方式中，手柄122以仰角(相对于主体112的顶表面)永久地耦合到主体112的一端处的固定位置，或者通过铰链(未示出)非永久地耦合到主体112，使得手柄122可以在预定的运动范围内旋转。扫描系统100可以通过轮组120的旋转沿x轴横向位移。在一些方面，扫描系统100通过施加到手柄122的拉力和/或推力而位移。
传感器装置102可以在扫描场景时主动估计到环境和/或结构特征的距离，以收集指示场景的三维(3D)形状的点位置云。通过发射光信号脉冲并使用传感器装置102检测从环境内的物体反射的返回光信号脉冲，并基于发射脉冲与接收反射脉冲之间的时间延迟确定到反射物体的距离，来测量各个点位置。在一些实施方式中，传感器装置102可以包括激光器，或者，在其他实施方式中，包括一组激光器。传感器装置102可以快速且重复地扫描场景，以提供关于到场景中反射物体的距离的连续实时信息。
在操作中，传感器装置102围绕x轴旋转，以沿z轴发射光脉冲信号并捕获返回的光信号。在扫描期间，扫描系统100在不同时间沿x轴横向位移。例如，扫描系统100可以在第一时间(T1)静止在第一位置，并且在第二时间(T2)沿x轴从第一位置横向位移到第二位置。在这个方面，扫描系统100可以在第一位置处获得表示传感器数据的第一时间切片的第一返回光信号，并且在第二位置处获得表示传感器数据的第二时间切片的第二返回光信号。传感器数据的第一时间切片和传感器数据的第二时间切片中的每一个包括在沿z轴的扫描角度范围内场景的检测到的反射物体。尽管传感器装置102被描绘为围绕x轴旋转，并且沿着z轴捕获传感器数据，但是传感器装置102可以围绕不同轴旋转，并且沿着不同于所图示轴的轴捕获传感器数据，而不脱离本公开的范围。
在一些实施方式中，扫描系统100包括在扫描系统100的主体112上的处理系统130。处理系统130可以通过通信信道132可通信地耦合到传感器装置102。通信信道132可以是有线的或无线的。处理系统130可以通过通信信道132从传感器装置102接收传感器数据。处理系统130可以处理传感器数据，以呈现扫描场景的多维表征，并检测扫描场景中的任何反射点(或位置)。在一些实施方式中，处理系统130包括一个或多个神经网络。在这个方面，响应于在环境内传播的无线通信信号，处理系统130可以通过经训练的神经网络识别检测到的反射物体的属性，用于确定反射物体的行为特征。在一些实施方式中，处理系统130基于对这样的反射点的检测来确定要由传感器装置102执行的一个或多个控制动作。例如，一个或多个控制动作可以包括使传感器装置102调整扫描角度的范围、调整发射的光脉冲的数量、调整光脉冲的强度等的信号。在一些实施方式中，扫描系统100可以通过由处理系统130执行的自动驾驶指令来自主地位移(即，不依赖于用户通过手柄122进行的手动干预)。在其他实施方式中，处理系统130可以可通信地耦合到无线电接口，以使得扫描系统100可以响应于用户通过与处理系统130的无线通信进行的远程控制干预而位移。
图2是根据本主题技术的一些实施方式的扫描模块200的示意图。扫描模块200包括激光雷达传感器206和其他传感器系统，例如，相机204、惯性测量传感器208、陀螺仪210、全球定位系统212和其他传感器216。扫描模块200还包括通信模块218，系统控制器222和系统存储器224。然而，并非所有描绘的组件都可能被使用，并且在一个或多个实施方式中可以包括图中未示出的附加组件。在不脱离本文所阐述的权利要求的范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行改变。可以提供其他的组件、不同的组件或更少的组件。应当理解，扫描模块200的这种配置是示例配置，并不意味着限制于图2所示的具体结构。
激光雷达传感器206包括用于向环境中的场景发射光信号脉冲的激光源。发射的光脉冲从场景中的物体反射，并由扫描模块200接收和处理，以检测和识别反射物体及其属性，用于确定环境中增强的天线放置。扫描模块200还可以包括如图3所示的感知模块，该模块经过训练以检测和识别场景中的反射物体，并根据需要控制激光雷达传感器206(和/或其他传感器)。相机204和其他传感器216也可以用于检测场景中的反射物体，尽管分辨率要低得多。
惯性测量传感器208可以测量激光雷达传感器206的比力、角速度和定向。在一些方面，惯性测量传感器208可以与陀螺仪210合作执行测量。陀螺仪210可以测量、或者保持扫描模块200的定向和角速度。其他传感器216可以包括用于监视扫描模块200内部和周围条件的附加传感器。
在一些实施方式中，扫描模块200包括传感器融合模块220。在各种示例中，传感器融合模块220优化这些不同的功能，以提供扫描场景的大致全面视图。可以由传感器融合模块220控制许多类型的传感器。这些传感器可以相互协调，以共享信息并考虑一个控制动作对另一个系统的影响。在一个示例中，在拥挤的扫描条件下，噪声检测模块(未示出)可以识别出存在可能干扰扫描模块200的多个返回光信号。该信息可以被感知模块在扫描模块200内使用、或被通信耦合至扫描模块200，以调整发射的光信号脉冲来避开这些其他的返回光信号并最小化干扰。
在各种示例中，传感器融合模块220可以基于历史条件和控制，经由系统控制器222向激光雷达传感器206发送直接控制信号。传感器融合模块220还可以使用扫描模块200内的一些传感器作为针对其他传感器的反馈或校准。以这种方式，惯性测量传感器208可以向感知模块和/或传感器融合模块220提供反馈，以创建模板、模式和控制场景。这些是基于成功的动作的，或者可能基于不良的结果，其中，传感器融合模块220从过去的动作中学习。
可以在传感器融合模块220中结合来自传感器204、206、208、210和212的数据，以形成改进扫描模块200的反射物体检测和识别性能的融合传感器数据。传感器融合模块220本身可以由系统控制器222控制，系统控制器222也可以与扫描模块200中的其他模块和系统交互，并控制扫描模块200中的其他模块和系统。例如，系统控制器222可以根据需要打开和关闭不同的传感器204、206、208、210和212。
通过通信模块218，扫描模块200中的所有模块和系统可以相互通信。系统存储器224可以存储用于操作扫描模块200的信息和数据(例如，静态和动态数据)。可以由传感器融合模块220处理接收到的数据，以在训练和感知推理性能上帮助扫描模块200中的感知模块。
图3图示了根据本主题技术的各种实施方式的扫描系统300的示意图，该扫描系统300包括到感知模块304的接口。扫描系统300包括扫描模块302和感知模块304。扫描模块302是(或包括)图2的扫描模块200的至少一部分。扫描模块302包括激光雷达传感器206、通信模块218、系统存储器224和系统控制器222。感知模块304包括数据预处理模块312、目标识别和决策模块314、多物体跟踪器318、目标地图320、FoV复合数据储存库322以及存储器324。然而，并不是所有被描绘的组件都可能被使用，并且在一个或多个实施方式中可以包括图中未示出的附加组件。在不脱离本文所述的权利要求的范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行改变。可以提供另外的组件、不同的组件或更少的组件。
从周围环境中的反射物体反射光信号脉冲，并且返回光信号脉冲被扫描模块302接收。在一些方面，来自返回光信号脉冲的激光雷达数据被提供给感知模块304，用于反射物体检测和识别。扫描模块302将接收到的激光雷达数据发送到数据预处理模块312，用于生成点云，然后该点云被发送到感知模块304的目标识别和决策模块314。
数据预处理模块312可以处理激光雷达数据，以将其编码成供感知模块304使用的点云。在各种示例中，数据预处理模块312可以是感知模块304的一部分，例如，与感知模块304内的其他模块一样，位于同一块电路板上。激光雷达数据可以被组织成传感器数据切片集，传感器数据切片对应于由从反射物体反射的每个返回光信号脉冲所确定的3D信息，例如，仰角、范围、反射属性等。
例如，感知模块304可以通过提供扫描器控制信号来控制扫描模块302的进一步操作，该扫描器控制信号包含：用于调整扫描角度的范围的参数、用于调整发射的光脉冲的数量的参数、用于调整光脉冲的强度的参数等。
系统控制器222可负责引导激光雷达传感器306产生具有确定参数(例如，光束宽度、传播角度、光强度等)的光信号脉冲。例如，系统控制器222可以在感知模块304的引导下确定这些参数，感知模块304在任何给定时间可以在识别周围环境中感兴趣的反射物体时，确定专注于周围环境的特定场景。感知模块304可以在目标识别和决策模块314的引导下向激光雷达传感器206提供控制动作。
目标识别和决策模块314从数据预处理模块312接收点云，处理点云以检测和识别扫描场景中的反射物体，并基于对此类反射物体的检测和识别，确定扫描模块302要执行的任何控制动作。例如，扫描模块302可以扫描体育场大厅的内部，并且目标识别和决策模块314可以检测可能对无线网络的信号完整性和/或覆盖区域有影响的体育场大厅的柱状支柱和其他结构特征。在一些实施方式中，目标识别和决策模块314可以以其系统控制器222的指令引导扫描模块302，以在给定方向和/或强度上专注于位于与检测到的反射物体位置对应的场景部分内的附加光信号脉冲。在一些实施方式中，目标识别和决策模块314可以在扫描操作期间，通过通信模块218和318实时发送扫描器控制信号，或者可以在完成扫描后发送扫描器控制信号，以用于合并入后续的扫描操作中。
多物体跟踪器318可以随时间跟踪被识别的反射物体，例如，通过使用卡尔曼滤波器。多物体跟踪器318可以将由目标识别和决策模块314所识别的候选反射物体与它在先前时间窗口中检测到的目标进行匹配。通过组合来自先前测量的信息、预期的测量不确定性以及一些物理知识，多物体跟踪器318可以生成反射物体位置和/或反射物体属性的稳健的、准确的估计。
然后，随着时间的推移，关于被识别的目标的信息被存储在目标地图320处，目标地图320记录由多物体跟踪器318确定的反射物体的位置和/或反射属性。由多物体跟踪器318所提供的跟踪信息可用于产生包含被识别的反射物体的类型/类别、其位置、其反射属性等的输出。来自扫描系统300的该信息可以被发送到传感器融合模块(例如，扫描模块200中的传感器融合模块220)，在此，它与来自扫描模块200中的其他传感器的信息一起被处理。
在一些方面，FoV复合数据储存库322存储描述FoV的信息。如在本文中所使用的，术语“FoV”可以指扫描模块302的视野。FoV信息可以是用于跟踪趋势并且预测行为和无线流量状况的历史数据，或者可以是及时描述某一时刻的FoV或某个窗口上的FoV的瞬时或实时数据。存储该数据的能力使感知模块304能够做出战略性地针对FoV内的特定点或区域的决策。例如，FoV可能在一段时间(例如，五分钟)内是空白的(例如，没有收到回波)，并且然后来自FoV中的特定区域的一个返回光信号到达；这类似于检测汽车的前部。FoV复合数据322还有多种其他用途，包括基于以前的检测来识别特定类型的反射物体的能力。
存储器324可以存储用于扫描系统300的有用数据，例如，关于扫描场景内的哪个位置可以用于天线的增强放置以在不同的无线流量情况下更好地执行的信息。所有这些检测场景、分析和反应都可以被存储在感知模块304中，例如，被存储在存储器324中，并用于随后的分析或简化反应。
现在关注图4，图4图示了根据本主题技术的各种实施方式的用于在无线通信环境中扫描场景以用于扫描环境中的增强天线放置的示例过程400的流程图。为了解释的目的，示例过程400在本文中主要参考图1的扫描系统100来描述；然而，示例过程400不限于图1的扫描系统100，并且，示例过程400可以由图1的扫描系统100的一个或多个其他组件来执行。此外，为了解释的目的，示例过程400的块在本文中被描述为串行地或线性地发生。然而，示例过程400的多个块可以并行发生。此外，示例过程400的块可以以与所示顺序不同的顺序执行和/或示例过程400的一个或多个块不被执行。
示例过程400开始于步骤402，其中，通过安装在可移动平台(例如，110)上并围绕第一方向(例如，x轴)旋转的激光雷达传感器(例如，102、206)来获得激光雷达数据。在一些方面，激光雷达数据包括无线通信环境中场景的时间切片，该时间切片由激光雷达传感器在第一时间、第一位置处在沿与第一方向正交的第二方向(例如，y轴)的扫描角度范围(例如，+/-60°)内扫描。接下来，在步骤404处，可移动平台的位置从第一位置沿第一方向(例如，沿x轴移动)调整到第二位置。随后，在步骤406处，扫描系统(例如，100)确定获得的时间切片的数量是否满足预定阈值。例如，预定阈值可以对应于需要缝合(或组合)在一起并形成扫描场景的激光雷达点云的扫描切片的数量。在一些示例中，获得的时间切片的数量超过预定阈值以满足预定阈值。在其他示例中，获得的时间切片的数量至少等于用于满足预定阈值的预定阈值。如果时间切片的数量满足预定阈值，则过程400进行到步骤408。否则，过程400返回到步骤402以收集额外的时间切片。
接下来，在步骤408处，扫描系统从获得的激光雷达数据生成激光雷达点云。随后，在步骤410处，扫描系统从激光雷达点云呈现扫描场景的3D表征。接下来，在步骤412处，扫描系统将扫描场景的3D表征发送到经训练的神经网络。在一些方面，经训练的神经网络是扫描系统的一部分。在其他方面，经训练的神经网络在扫描系统的外部，并且扫描系统通过专用通信信道可通信地耦合到经训练的神经网络。随后，在步骤414处，扫描系统使用经训练的神经网络从扫描场景的3D表征中确定与无线网络(例如，5G网络)相关联的天线(例如，反射阵列)在场景内的一个或多个最佳位置。
图5概念性地示出了根据本主题技术的各种实施方式的对室内环境500的场景进行勘测的扫描系统(例如，图1的扫描系统100)。如图5所示，室内环境500是体育场大厅，其中，反射阵列天线可以放置在(或固定到)室内环境500的、处在一定高度上的结构元件，以增加针对终端用户的无线网络的覆盖区域。
扫描系统可以定位在室内环境500的内部，用于测量结构特征和到这些特征的距离，以用于反射阵列天线的增强放置。扫描系统100可以扫描室内环境500的场景，以收集指示场景的多维形状的点位置云。扫描系统100可以通过以下操作来测量各个点的位置：发射光信号脉冲，并检测从场景内的物体反射的返回光信号脉冲，并且然后基于发射脉冲与接收反射脉冲之间的时间延迟来确定到反射物体的距离。
扫描系统100包括围绕x轴旋转以沿y轴发射光脉冲信号并捕获返回光信号的传感器装置(例如，传感器装置102)。在扫描期间，扫描系统100在不同时间沿x轴横向位移。例如，扫描系统100可以在第一时间(T1)静止在第一位置，并且在第二时间(T2)沿x轴从第一位置横向位移到第二位置。在这个方面，扫描系统100可以在第一位置处接收表示传感器数据的第一时间切片(例如，520)的第一返回光信号，并且在第二位置处接收表示传感器数据的第二时间切片(例如，510)的第二返回光信号。传感器数据的第一时间切片520和传感器数据的第二时间切片510中的每一个包括在沿z轴的扫描角度范围内场景的检测到的反射物体。按照时间将传感器数据的第一时间切片520和传感器数据的第二时间切片510进行组合(或拼接)以形成组合传感器数据，该组合传感器数据包括在沿x轴的不同位置处，在沿z轴的扫描角度范围内场景的检测到的反射物体，其中，每个时间切片对应于沿x轴的不同位置。
在测量每个距离时，通过组合经测量的距离和返回光信号脉冲的方向，可以将3D位置与每个返回光信号脉冲相关联。扫描系统100可以基于针对整个扫描区域的返回脉冲促进检测到的反射物体的3D点图的生成。3D点图可以指示反射物体在扫描场景中的位置。在一些方面，这些反射物体可以指示可能影响安装在室内环境500中的无线通信天线(例如反射阵列天线)的辐射模式的反射属性。
与包括围绕y轴旋转以沿水平平面扫描场景的传感器的传统扫描装置不同，本主题技术的扫描系统包括安装在沿x轴横向位移的便携式平台上的传感器，并且该传感器围绕x轴旋转以沿垂直平面扫描场景。然后，可以由神经网络处理传感器数据，以用于检测和识别场景中的反射物体，使得场景中的例如增加毫米波频率的无线通信信号的信号强度和覆盖区域的最优位置能够被识别。通过结合沿垂直平面的扫描场景切片和构成水平平面的多个切片来提供更大的分辨率，本主题技术提供了优于传统扫描系统的优势。
图6概念性地示出了根据本主题技术的各种实施方式的在室内环境600中具有增强布置的反射阵列天线604的示例。室内环境600可以具有放置在预定位置(未示出)的无线电装置，用于向用户设备(UE)(例如，蜂窝电话)传送无线通信信号。例如，无线电装置(wireless radio)可以向位于室内环境600内的一个或多个UE提供无线网络覆盖(例如，在固定无线网络内)。在任何给定时间，室内环境600中可能存在任何数量的对高速数据通信有高需求的UE。通过来自扫描系统(例如，100、200、302)和感知模块(例如，304)的扫描结果来确定增强位置602，在增强位置602处放置反射阵列天线604能够使得来自无线电装置的射频(RF)波(例如，606)能够通过中继RF波608到达任何方向，并为原始RF信号提供性能提升。反射阵列天线604实现的性能提升可能是由于从反射阵列天线604中的所有单元和这些单元中的反射器元件反射的定向波束的相长效应。可以通过无源(或有源)、低成本且易于制造的反射阵列来实现相长效应，这对于实现5G应用至关重要。除了许多配置之外，本文所公开的反射阵列能够根据需要在不同频率(例如，单、双、多频段或宽带)下使用不同材料生成窄或宽光束(例如方位角窄而仰角宽)，等等。反射阵列可以在任何无线网络环境中到达宽范围的方向和位置。反射阵列可以是低成本、易于制造和设置的，并且可以自校准而无需对其操作进行手动调整。在一些实施方式中，反射阵列天线604可以包括元结构。如本文中所使用的，术语“元结构”是指在空间上分布以满足特定相位和频率分布的工程化、非周期或半周期结构。在一些实施方式中，元结构包括元材料。
图7概念性地示出了根据本主题技术的各种实施方式的在室外环境700中具有增强布置的反射阵列天线的示例。无线基站(BS)702向安装在体育场730的屋顶上的无线电装置706传送无线信号704和从无线电装置706接收无线信号704。无线电装置706可以向其覆盖区域内的移动装置发送无线信号并从其接收无线信号。覆盖区域可能会被室外环境中的建筑物或其他结构破坏，这可能会影响无线信号的质量。如图7所描绘的，体育场730及其结构特征可以影响BS 702和/或无线电装置706的覆盖区域，使得它具有视线(LOS)区域。位于LOS区域之外的UE可能没有无线接入、覆盖范围显著减少或覆盖范围受损。鉴于用于5G流量的非常高的频段(例如，毫米波频率)，可能难以扩展无线电装置706的LOS区域之外的覆盖区域。
通过在结构(例如，屋顶、墙壁、柱子、窗户等)的表面上安装反射阵列天线，可以显著改善对LOS区域之外的用户的无线覆盖。如图7所描绘的，反射阵列天线710和712放置在体育场730的不同位置处。例如，每个反射阵列天线可以放置在屋顶线边缘上。在这个方面，扫描系统(例如，100、200、302)可能已经执行扫描操作，以通过检测体育场730的反射物体，并至少基于扫描场景中检测到的反射物体的扫描分析来确定体育场730周围的哪些位置对于增加对UE的覆盖区域是最佳的，来确定反射阵列天线710和712的增强放置。
反射阵列天线710和712中的每一个都是坚固且低成本的无源中继天线，其位于增强位置以显著改善网络覆盖。如图所示，反射阵列天线710和712中的每一个被形成、放置、配置、嵌入或以其他方式连接到体育场730的一部分。虽然出于说明目的示出了多个反射阵列，但是单个反射阵列可以放置在体育场730的外表面和/或内表面，这取决于实施方式。
在一些实施方式中，反射阵列天线710和712中的每一个可以用作无线电装置706与LOS区域内或LOS区域外的最终用户之间的无源中继。在其他实施方式中，反射阵列天线710和712可以通过向反射的无线信号提供传输功率的增加来充当有源中继。非视线(“NLOS”)区域中的最终用户可以从无线电装置706接收从反射阵列天线710和712反射的无线信号。在一些方面，反射阵列天线710可以从无线电装置706接收单个RF信号，并将该信号重定向到聚焦波束720中，去往目标位置或方向。在其他方面，反射阵列天线712可以从无线电装置706接收单个RF信号，并且将该信号重定向成在不同相位、到不同位置的多个反射信号722。可以使用各种配置、形状和尺寸来实现特定设计，并满足特定约束。反射阵列天线710和712可以被设计成在特定方向上、从所示环境中的任何期望位置直接反射来自无线电装置706的无线信号。
对于室外环境700中的UE和其他，反射阵列天线710和712可以通过将来自BS 702和/或无线电装置706的RF信号反射到战略方向来实现显著的性能和覆盖的提升。反射阵列天线710和712的设计以及针对每个相应的反射阵列无线覆盖和性能改进所需要到达的方向的确定考虑了室外环境700的几何配置(例如，无线电装置706的放置、与反射阵列天线710和712相关的距离等)以及在室外环境700中从无线电装置706到反射阵列天线710和712的链路预算计算。
还应当理解，提供先前对所公开的示例的描述是为了使得本领域的任何技术人员能够制造或使用本公开。对这些示例的各种修改对于本领域技术人员而言是显而易见的，并且本文定义的通用原理可被应用于其他示例，而不脱离本公开的精神或范围。从而，本公开并不打算被限于本文示出的示例，而是应符合与本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。
就本文使用的而言，在一系列项目前面的短语“……中的至少一者”——其中用术语“和”或“或”来分隔任何项目——修饰整个列表，而不是列表的每个成员(即，每个项目)。短语“……中的至少一者”不要求选择至少一个项目；相反，该短语允许包括任何项目中的至少一者、和/或项目的任何组合中的至少一者、和/或每个项目中的至少一者的含义。举例而言，短语“A、B和C中的至少一者”或者“A、B或C中的至少一者”分别指的是只有A、只有B或者只有C；A、B和C的任何组合；和/或A、B和C中的每一者的至少一者。
此外，当在说明书或权利要求中使用术语“包含”、“具有”之类时，这样的术语打算是包含性的，类似于术语“包括”，就像“包括”在权利要求中被用作过渡性词语时被解释的那样。
除非特别声明，否则以单数形式提及一元素并不打算意指“一个且只有一个”，而是“一个或多个”。术语“一些”是指一个或多个。带下划线和/或斜体的标题和副标题只是为了方便而使用的，不对主题技术进行限制，并且不是联系对主题技术的描述的解释来提及的。本领域普通技术人员已知的或者以后得知的本公开各处描述的各种配置的元素的所有结构和功能等同物，在此被通过引用明确并入，并且打算被主题技术所包含。此外，本文公开的任何内容都不打算被奉献给公众，无论这种公开是否在上述描述中被明确提及。
虽然本说明书包含许多具体细节，但这些细节不应被解释为对可请求保护的范围的限制，而是应被解释为对本主题的特定实施方式的描述。本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可在单个实施例中被组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可被分开地或者按任何适当的子组合在多个实施例中实现。此外，虽然以上可将特征描述为按某些组合来动作，或者甚至最初权利要求是这样记载的，但来自要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可被从该组合中删去，并且要求保护的组合可指向子组合或子组合的变体。
已就特定方面描述了本说明书的主题，但其他方面也可被实现，并且在所附权利要求的范围内。例如，虽然在附图中是按特定顺序描绘操作的，但这不应当被理解为，为了实现期望的结果，要求按所示出的特定顺序或按先后顺序执行这种操作，或者要求执行所有图示出的操作。权利要求中记载的动作可按不同的顺序被执行，而仍实现期望的结果。作为一个示例，附图中描绘的过程要实现期望的结果并非必然要求所示出的特定顺序或者先后顺序。此外，在以上描述的方面中各种系统组件的分离不应当被理解为在所有方面中都要求这种分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统一般可被一起集成在单个硬件产品中或者被封装到多个硬件产品中。其他变化在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种扫描系统，包括：
传感器装置，被配置为向所述扫描系统的周围环境发射光信号脉冲，并且接收从所述周围环境中的一个或多个反射物体反射的一个或多个返回光信号脉冲，其中，所述传感器装置还被配置为沿第一方向从所述一个或多个返回光信号脉冲获得多个传感器数据切片，其中，所述多个传感器数据切片中的每一个对应于所述扫描系统的沿与所述第一方向正交的第二方向的不同位置；以及
感知模块，可通信地耦合到所述传感器装置，并且被配置为利用所述感知模块中的一个或多个经训练的神经网络，生成场景中的所述一个或多个反射物体的地图信息。
2.根据权利要求1所述的扫描系统，其中，所述感知模块还被配置为：
确定所述场景内的一个或多个最优位置，并且
基于所述一个或多个最优位置和所述地图信息，确定与无线网络相关联的天线的放置。
3.根据权利要求1所述的扫描系统，其中，所述感知模块还被配置为生成指示所述场景的多维形状的点位置云。
4.根据权利要求3所述的扫描系统，其中，所述感知模块还被配置为：
通过发射所述光信号脉冲，测量各个点位置；
检测从所述场景内的物体反射的返回光信号脉冲；并且
基于发射时的所述光信号脉冲与接收时的所述返回光信号脉冲之间的时间延迟，确定到所述物体的距离，其中，所述距离对应于所述点位置云中的点位置。
5.根据权利要求1所述的扫描系统，还包括：
移动平台，耦合到所述传感器装置，并被配置为沿第一轴横向移动，其中，所述传感器装置还配置为围绕与所述第一轴正交的第二轴旋转，并沿所述第二轴扫描所述场景。
6.根据权利要求1所述的扫描系统，其中，所述传感器装置被配置为在沿所述第二方向的第一位置处获取表示传感器数据的第一时间切片的第一返回光信号脉冲，并且在沿所述第二方向的第二位置处获取表示传感器数据的第二时间切片的第二返回光信号脉冲，其中，所述传感器数据的第一时间切片以及所述传感器数据的第二时间切片中的每一个包括在沿所述第一方向的扫描角度范围内所述场景的检测到的反射物体。
7.根据权利要求6所述的扫描系统，其中，所述感知模块被配置为：
按照时间将所述传感器数据的第一时间切片和所述传感器数据的第二时间切片进行组合，并且
生成经组合的传感器数据，所述经组合的传感器数据包括在沿所述第一方向的扫描角度范围内在所述扫描系统的沿所述第二方向的不同位置处所述场景的检测到的反射物体。
8.根据权利要求1所述的扫描系统，其中，所述感知模块包括：
数据预处理模块，被配置为将所述多个传感器数据切片中的至少一个编码为点云，以供所述感知模块使用，其中，所述多个传感器数据切片中的至少一个对应于由从反射物体反射的每个返回光信号脉冲所确定的三维信息。
9.根据权利要求8所述的扫描系统，其中，所述多个传感器数据切片中的至少一个包括所述场景的时间切片，所述场景的时间切片由所述传感器装置在沿所述第二方向的第一位置处、在第一时间、在沿所述第一方向的扫描角度范围内扫描。
10.一种对环境进行扫描以用于所述环境中的增强天线放置的方法，所述方法包括：
通过安装在移动平台上且围绕第一方向旋转的传感器装置，随时间沿与所述第一方向正交的第二方向获得多个传感器数据切片；
通过感知模块来判断所述多个传感器数据切片是否满足预定阈值；
当所述多个传感器数据切片满足所述预定阈值时，通过所述感知模块从所述多个传感器数据切片生成点云；
通过所述感知模块从所述点云生成经扫描场景的多维表征；并且
通过所述感知模块，使用经训练的神经网络从所述经扫描场景的所述多维表征中确定针对与无线网络相关联的天线的所述经扫描场景内的一个或多个最优位置。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
通过传感器装置经由在场景的与所述点云的相应点位置集相对应的各个部分中的每一个中沿所述第二方向发射光信号脉冲，来测量所述场景的所述各个部分；
检测从所述场景的所述各个部分中的至少一个部分内的物体反射的返回光信号脉冲；并且
基于发射时的所述光信号脉冲与接收时的所述返回光信号脉冲之间的时间延迟，确定到所述物体的距离，其中，所述距离对应于所述点云中的点位置。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述获得传感器数据包括：
在沿所述第一方向的第一位置处获取表示传感器数据的第一时间切片的第一返回光信号脉冲，以及在沿所述第一方向的第二位置处获取表示传感器数据的第二时间切片的第二返回光信号脉冲，其中，所述传感器数据的第一时间切片以及所述传感器数据的第二时间切片中的每一个包括在沿所述第二方向的扫描角度范围内所述经扫描场景的检测到的反射物体。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括：
通过所述感知模块向所述传感器装置提供包括一个或多个扫描参数的扫描器控制信号；并且
通过所述传感器装置基于所述一个或多个扫描参数调整以下项中的一个或多个：沿所述第二方向的扫描角度范围、用于通过所述传感器装置发射的光脉冲的数量、或者所述光脉冲的强度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，针对获得所述多个传感器数据切片的至少部分持续时间，所述移动平台的位置沿所述第一方向从第一位置被调整到第二位置。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述多个传感器数据切片中的每一个对应于所述传感器装置沿所述第一方向的不同位置。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，所述预定阈值对应于用于组合在一起并形成所述经扫描场景的所述点云的经扫描场景切片的数目。
17.一种其上记录有程序代码的非暂时性计算机可读介质，所述程序代码包括：
用于使扫描系统通过安装在移动平台上且围绕第一方向旋转的传感器装置获得传感器数据的代码，其中，所述传感器数据包括通过传感器装置随时间沿与所述第一方向正交的第二方向获得的多个传感器数据切片；
用于使所述扫描系统确定所述多个传感器数据切片是否满足预定阈值的代码；
用于当所述多个传感器数据切片满足所述预定阈值时，使所述扫描系统从所述传感器数据生成点云的代码；
用于使所述扫描系统从所述点云呈现经扫描场景的多维表征的代码；以及
用于使所述扫描系统使用经训练的神经网络，从所述经扫描场景的所述多维表征中确定针对与无线网络相关联的天线的所述经扫描场景内的一个或多个最优位置的代码。
18.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述程序代码还包括：
用于使所述扫描系统使用数据预处理模块将所述传感器数据编码到所述点云中的代码。
19.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述程序代码还包括：
用于使所述扫描系统通过在场景的与所述点云的相应点位置集相对应的各个部分中的每一个中沿所述第二方向发射光信号脉冲，来测量所述场景的所述各个部分的代码；
用于使所述扫描系统检测从所述场景的所述各个部分中的至少一个部分内的物体反射的返回光信号脉冲的代码；以及
用于使所述扫描系统基于发射时的所述光信号脉冲与接收时的所述返回光信号脉冲之间的时间延迟，确定到所述物体的距离的代码，其中，所述距离对应于所述点云中的点位置。
20.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述程序代码还包括：
用于使所述扫描系统在沿所述第一方向的第一位置处获取表示传感器数据的第一时间切片的第一返回光信号脉冲，并且在沿所述第一方向的第二位置处获取表示传感器数据的第二时间切片的第二返回光信号脉冲的代码，其中，所述传感器数据的第一时间切片以及所述传感器数据的第二时间切片中的每一个包括在沿所述第二方向的扫描角度范围内所述经扫描场景的检测到的反射物体。
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