CN115103370A - 基于rt在环信道态势估计的ris无线覆盖增强方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于RT在环信道态势估计的RIS无线覆盖增强方法。该方法包括：利用RT仿真器获取目标区域内的收发端至RIS装置的部署位置之间、收发端之间的无线信道特性的变化，并表征实时和未来一段时间内的无线信道特性；有算力的一端结合地图、收发端相对位置的趋势判定、无线信道特性的变化进行RIS装置调整预估，将相应时间点的业务beam的方向性特征、部署位置修正结果和调整方案发送给RIS装置；RIS装置根据接收的信息进行相应位置的调整，完成对通信链路的覆盖增强。本发明提出了一种通过RT在环的方式估计收发端的信道状况变化趋势，基于变化结果给出带RIS的装置的位置RIS旋转或切换方案，实现动态改善目标所在位置的覆盖状况。

Description

基于RT在环信道态势估计的RIS无线覆盖增强方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于RT(ray tracing，射线跟踪)在环信道态势估计的RIS无线覆盖增强方法。

背景技术

众所周知，我国拥有世界上最大规模的高速铁路网，高速铁路运营里程稳居世界第一。在“交通强国、铁路先行”的时代主题下，我国铁路实现了时速几十公里到时速300多公里的速度飞跃，中国高速铁路以安全可靠、平稳舒适、方便快捷、节能环保和适用性强等诸多优势，备受人们青睐。但是我们在享受高速出行的同时，经常会遇到通信信号不稳定的情况。高速移动通信场景对于网络覆盖的要求明显高于普通无线组网情况下的覆盖要求，在实际的高速移动场景通信网络覆盖过程中，面临无线环境复杂多变、复杂地形覆盖受限、基站架设困难以及现有无线信道模型与复杂地貌下的信道差异极大的诸多挑战。要实现“高速铁路出行+高速通信”的双高目标，需要依托RIS(Reconfigurable IntelligentSurface，智能反射面)技术和精准的无线信道模型、高效的仿真方法结合。

信源和信宿作为无线通信系统模型的主体，一直备受学者关注，基于通信技术的革新也都是基于此展开，由于高速移动通信场景下无线环境、复杂地形复杂多变，会引起信号发生反射、折射、散射、绕射以及透射等复杂的传播过程，仅仅通过增强信源和信宿这种被动去适应无线信道的革新思路已经不能满足要求，需要通过一些新技术来改变信号的传播特性，从而达到重构无线信道的目的。近年来新兴的RIS通过在平面上集成大量低成本的无源反射元件，通过软件控制反射，可以实现对入射电磁波的频率、相位、幅度和极化等多维度的控制，智能地重新配置无线传播环境，来改变信号的传播特性，从而能够按需动态改善无线通信网络的覆盖，显著提高无线通信网络的性能。

由于高速移动无线通信场景下无线环境复杂多变、复杂地形覆盖受限、基站架设困难以及现有无线信道模型与复杂地貌下的信道差异极大等问题，导致高速移动无线通信信号不稳定，实现良好的无线覆盖较为困难。目前高速铁路的典型复杂场景有丘陵山区，该场景显著的特点是地形复杂，宛转起伏，地形的高低错落会对无线信号的覆盖产生遮蔽，同时影响基站的架设，导致自由度差的问题。

射线跟踪是基于，包括但不限于卫星遥感、电子地图、SAR(Synthetic ApertureRadar，合成孔径雷达)获取的目标区域地理信息状态的传播预测技术，它的主要输入包括场景几何、结构体材质、收发信机位置、天线和频率信息等。射线跟踪基于电磁理论、几何光学理论和几何绕射理论，通过大量的地形及建筑物细节来精确地预测电磁波的路径损耗和场强分布情况，并且通过追踪所有经过直射、反射、散射、透射、绕射等传播方式到达接收机的射线，将场景中结构体的材质参数代入传播模型实现电磁计算，最终得到准确的功率、时延、角度、极化等信道信息，从而针对不同的具体场景做准确的预测。

目前，现有技术中的无线信道模型与复杂地貌下的信道差异极大，普通的经验性模型不能很好地预测复杂地貌下的信道特征。而射线跟踪是一种确定性建模，目前，现有技术中还没有一种基于大量的地形和建筑物细节来有效地预测电磁波的路径损耗和场强分布情况，从而预测复杂地貌下的信道特性的方法。

发明内容

本发明的实施例提供了基于RT在环信道态势估计的RIS无线覆盖增强方法，以实现有效地实现高速移动无线通信多复杂场景下的信号覆盖增强。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于RT在环信道态势估计的RIS无线覆盖增强方法，包括：

利用RT仿真器获取目标区域内的收发端至RIS装置的部署位置之间、收发端之间的无线信道特性的变化，并表征实时和未来一段时间内的无线信道特性；

有算力的一端结合地图、收发端相对位置的趋势判定、无线信道特性的变化进行RIS装置调整预估，将相应时间点的业务波束的方向性特征、部署位置修正结果和调整方案发送给RIS装置；

RIS装置根据接收的信息进行相应位置的调整，完成对通信链路的覆盖增强。

优选地，所述的利用RT仿真器获取目标区域内的收发端至RIS装置的部署位置之间、收发端之间的无线信道特性的变化，并表征实时和未来一段时间内的无线信道特性，包括：

从卫星遥感、电子地图和合成孔径雷达SAR获取目标区域的地理信息状态；

确定收发端和RIS装置在目标区域中的位置；

在RT仿真器中导入目标区域的地理信息状态、天线、基站参数和接收机信息，利用RT仿真器进行射线跟踪仿真；

基于射线跟踪仿真结果对目标区域内的收发端至RIS部署位置之间、收发端之间的无线信道特性的变化状况进行实时和未来一段时间下的表征。

优选地，所述的有算力的一端结合地图、收发端相对位置的趋势判定、无线信道特性的变化进行RIS装置调整预估，将相应时间点的业务波束的方向性特征、部署位置修正结果和调整方案发送给RIS装置，包括：

有算力的一端结合地图、收发端相对位置的趋势判定、目标区域内的收发端至RIS部署位置之间、收发端之间的无线信道特性的变化状况进行RIS装置调整预估，并且开启覆盖增强判定，借助RT仿真器通过周期性或事件触发进行RIS装置调整，寻找更佳的覆盖方案；

通过具备算力的一端与RIS部署位置之间构建的业务信道，有算力的一端给RIS装置发送相应时间点的业务波束的方向性特征和RIS装置的调整方案，该调整方案包括RIS装置部署位置修正结果和RIS装置的旋转及反射波束配置方案。

优选地，所述的RIS装置根据接收的信息进行相应位置的调整，完成对通信链路的覆盖增强，包括：

RIS装置接收具备算力的一端发送过来的RIS装置的调整方案，根据调整方案进行相应位置的调整、RIS调整，动态改善目标所在的位置覆盖，完成对通信链路的覆盖增强，所述RIS装置接收调整方案的事件通过周期触发和/或事件触发。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提出了一种通过RT在环的方式估计收发端的信道状况变化趋势，基于变化结果给出带RIS的装置的位置RIS旋转或切换方案，实现动态改善目标所在位置的覆盖状况。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于RT在环信道态势估计的RIS无线覆盖增强方法的处理流程图；

图2为本发明实施例提供的一种步骤S10的具体处理流程图；

图3为本发明实施例提供的一种步骤S20的具体处理流程图；

图4为本发明实施例提供的一种步骤S30的具体处理流程图；

图5为本发明实施例提供的一种基于射线跟踪仿真器在高速铁路场景沿线部署RIS示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地实现“高速铁路出行+高速通信”的双高目标，本发明根据不同的铁路场景和收发信机的位置，提出在复杂地形区域引入智能反射面(RIS)，通过软件控制，智能地配置无线传播环境来辅助收发端之间的信息传输，克服地形高低错落引起的覆盖空洞现象。

本发明基于卫星遥感、电子地图或者SAR获取目标区域的地理信息状态,通过RT在环的方式估计收发端的信道状况变化趋势，基于变化结果给出带RIS的装置的位置RIS旋转或切换方案，动态改善目标所在位置的覆盖状况，从而实现对通信链路的覆盖增强。本发明基于射线跟踪法，结合智能反射面技术，提出的一种基于RT在环信道态势估计的RIS无线覆盖增强方法的处理流程如图1所示，包括如下的处理步骤：

步骤S10、利用RT仿真器获取区域内的收发端至RIS装置的部署位置之间、收发端之间的无线信道特性的变化，并表征实时和未来一段时间内的信道特性；

步骤S20、在有算力的一端结合地图、收发端相对位置的趋势判定、信道特性的变化进行RIS装置调整预估、覆盖增强开启判定，并通过其与RIS装置的部署位置之间构建的业务信道，将相应时间点的业务beam(波束)的方向性特征、部署位置修正结果和调整方案发送给RIS装置；

步骤S30、RIS装置根据接收的方案进行相应位置的调整，从而完成对通信链路的覆盖增强。

上述步骤S10的具体处理流程如图2所示，包括如下的处理步骤：

1)步骤201：从卫星遥感、电子地图和SAR等获取目标区域的地理信息状态，以便进行后续仿真参数配置。

2)步骤202：确定收发端和RIS装置在目标区域中的位置。

3)步骤203：在RT仿真器中导入目标区域的地理信息状态、天线、基站参数和接收机信息，利用RT仿真器进行射线跟踪仿真。

4)步骤204：基于射线跟踪仿真结果对目标区域内的收发端至RIS部署位置之间、收发端之间的无线信道特性的变化状况进行实时和未来一段时间下的表征。

上述步骤S20的具体处理流程如图3所示，包括如下的处理步骤：

1)步骤301：结合地图、收发端相对位置的趋势判定、目标区域内的收发端至RIS部署位置之间、收发端之间的无线信道特性的变化状况。

2)步骤302：具备算力的一端进行RIS表面调整预估，并且开启覆盖增强判定，借助RT仿真器通过周期性或事件触发进行RIS装置调整寻找更佳的覆盖方案。上述具备算力的一端可以包括但不限于手机终端，基站，专用接入设备和第三方服务所运行的服务器等。

3)步骤303：通过具备算力的一端与RIS部署位置之间构建的业务信道给RIS装置发送相应时间点的业务波束的方向性特征和RIS装置的调整方案，该调整方案包括RIS装置部署位置修正结果和RIS装置的旋转及反射波束配置方案。

上述步骤S30的具体处理流程如图4所示，包括如下的处理步骤：

1)步骤401：RIS装置接收具备算力的一端发送过来的RIS装置的调整方案，所述RIS装置接收调整方案的事件通过周期触发和/或事件触发。

2)步骤402：根据调整方案进行相应位置的调整、RIS调整，动态改善目标所在的位置覆盖，从而完成对通信链路的覆盖增强。

本发明给出了基于射线跟踪仿真器在高速铁路场景沿线部署RIS示意图。如图5所示，收发机之间的通信链路被树木和丘陵等障碍物阻挡了，如果在铁路轨旁部署RIS，通过射线跟踪仿真预测地形变化，软件编程控制并调整智能反射面的位置和旋转角度，就可以实现收发机之间的正常通信，从而完成对通信链路的覆盖增强。

综上所述，本发明实施例提出的基于RT在环信道态势估计的RIS无线覆盖增强方案方法采用射线跟踪仿真法，基于大量的地形和建筑物细节来精确地预测电磁波的路径损耗和场强分布情况，从而预测复杂地貌下的信道特性，弥补经验模型法对复杂地貌预测的不足，有效地克服地形高低错落引起的覆盖空洞现象。

为了解决基站架设困难，自由度差以及现有无线信道模型与复杂地貌下的信道差异极大的问题，本发明利用智能反射面，智能反射面具有可密集部署、可扩展的成本、低能耗和可智能重构无线信道的优势，通过RT在环的方式估计收发端的信道状况变化趋势，基于变化结果给出带RIS的装置的位置RIS旋转或切换方案，能够实现动态改善目标所在位置的覆盖状况。

本发明将射线跟踪电波传播预测结合RIS，能更有效的服务于高速移动无线通信多复杂场景的信号覆盖增强。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于RT在环信道态势估计的RIS无线覆盖增强方法，其特征在于，包括：

利用RT仿真器获取目标区域内的收发端至RIS装置的部署位置之间、收发端之间的无线信道特性的变化，并表征实时和未来一段时间内的无线信道特性；

有算力的一端结合地图、收发端相对位置的趋势判定、无线信道特性的变化进行RIS装置调整预估，将相应时间点的业务波束的方向性特征、部署位置修正结果和调整方案发送给RIS装置；

RIS装置根据接收的信息进行相应位置的调整，完成对通信链路的覆盖增强。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用RT仿真器获取目标区域内的收发端至RIS装置的部署位置之间、收发端之间的无线信道特性的变化，并表征实时和未来一段时间内的无线信道特性，包括：

从卫星遥感、电子地图和合成孔径雷达SAR获取目标区域的地理信息状态；

确定收发端和RIS装置在目标区域中的位置；

在RT仿真器中导入目标区域的地理信息状态、天线、基站参数和接收机信息，利用RT仿真器进行射线跟踪仿真；

基于射线跟踪仿真结果对目标区域内的收发端至RIS部署位置之间、收发端之间的无线信道特性的变化状况进行实时和未来一段时间下的表征。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的有算力的一端结合地图、收发端相对位置的趋势判定、无线信道特性的变化进行RIS装置调整预估，将相应时间点的业务波束的方向性特征、部署位置修正结果和调整方案发送给RIS装置，包括：

有算力的一端结合地图、收发端相对位置的趋势判定、目标区域内的收发端至RIS部署位置之间、收发端之间的无线信道特性的变化状况进行RIS装置调整预估，并且开启覆盖增强判定，借助RT仿真器通过周期性或事件触发进行RIS装置调整，寻找更佳的覆盖方案；

通过具备算力的一端与RIS部署位置之间构建的业务信道，有算力的一端给RIS装置发送相应时间点的业务波束的方向性特征和RIS装置的调整方案，该调整方案包括RIS装置部署位置修正结果和RIS装置的旋转及反射波束配置方案。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的RIS装置根据接收的信息进行相应位置的调整，完成对通信链路的覆盖增强，包括：

RIS装置接收具备算力的一端发送过来的RIS装置的调整方案，根据调整方案进行相应位置的调整、RIS调整，动态改善目标所在的位置覆盖，完成对通信链路的覆盖增强，所述RIS装置接收调整方案的事件通过周期触发和/或事件触发。

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