CN115765790A - 一种基于多跳ris的信号补盲方法、系统、电子设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信技术领域，其目的在于提供一种基于多跳RIS的信号补盲方法、系统、电子设备及介质。其中方法包括：构建隧道模型，然后根据隧道模型以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息；根据基站的位置信息、各RIS板的摆放位置信息以及预设的RIS参数信息，依次得到各RIS板的最大焦距各RIS板的指定焦距；分别根据各RIS板的指定焦距，得到各RIS板的最佳码本；将各RIS板的最佳码本作为对应RIS板的相控矩阵，以便分别对各RIS板进行调控。本发明可针对隧道、矿洞等长距离差信号场进行RIS信号补盲，其通过利用RIS对电磁波的主动调控特性，能够在不改变现有通信网络硬件结构的基础上，实现此类场景下信号功率的指数级增强。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于多跳RIS的信号补盲方法、系统、电子设备及介质，主要可用于隧道、矿洞、走廊等Wi-Fi信号很差的场景中进行信号补盲和增强，实现目标场景下的稳定通信。
背景技术
RIS(Reconfigurable Intelligent Surface,智能超表面)是6G候选新技术之一，其是一种具有可编程电磁特性的人工电磁表面结构，通常由大量精心设计的电磁单元排列而成，可以通过对表面上的每一个电磁单元的状态控制，形成幅度、相位、极化和频率等参数可控制的电磁场，从而实现对空间电磁波进行主动地调控的功能。RIS革命性地改变了传统通信中无线环境不可被改变的困境。
自从进入信息社会，电磁波传输等信息技术大大加快了人们的通信速度和提高了通信质量。然而，在隧道、矿洞、长走廊等一般狭长型通道的场景中，手机信号或者无线信号在穿过厚厚的山体，或者厚实的内部的钢筋水泥结构时，会被层层削弱，使得最终用户收到的信号强度几乎为零，这极大地影响了用户的通信体验，甚至在发生危险的时候，会很大程度上影响救援的进行。
目前，对抗上述通信困境的方法主要有增加发送功率、增加基站数目等。但是，在使用现有技术过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
增加基站数目的方法，需要投入的成本往往是成倍增长的，经济负担巨大；增加发送功率的方式，在用电量剧增的今天，往往会引起电网超负荷运转，进而导致大面积电网瘫痪。
因此，迫切地需要研究一种能够在不增加经济及耗电成本的前提下，提高隧道、矿洞、长走廊等场景中的信号质量的方法。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，本发明提供了一种基于多跳RIS的信号补盲方法、系统、电子设备及介质。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供了一种基于多跳RIS的信号补盲方法，包括：
获取指定隧道的隧道参数信息，并根据所述隧道参数信息构建隧道模型，然后根据所述隧道模型以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息；
获取基站的位置信息，并根据所述基站的位置信息、各RIS板的摆放位置信息以及预设的RIS参数信息，依次得到各RIS板的最大焦距；
根据各RIS板的摆放位置信息，得到各相邻RIS板之间的距离，然后根据各相邻RIS板之间的距离以及各RIS板的最大焦距，得到各RIS板的指定焦距；
分别根据各RIS板的指定焦距，得到各RIS板的最佳码本；
依次将各RIS板的最佳码本作为对应RIS板的相控矩阵，以便分别对各RIS板进行调控。
本发明可针对隧道、矿洞等长距离差信号场进行RIS信号补盲，其通过利用RIS对电磁波的主动调控特性，能够在不改变现有通信网络硬件结构的基础上，实现此类场景下信号功率的指数级增强。具体地，本发明在实施过程中，先根据指定隧道的隧道参数信息构建隧道模型，然后根据所述隧道模型以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息；随后，根据所述基站的位置信息、各RIS板的摆放位置信息以及预设的RIS参数信息，依次得到各RIS板的最大焦距；接着，根据各RIS板的摆放位置信息，得到各相邻RIS板之间的距离，然后根据各相邻RIS板之间的距离以及各RIS板的最大焦距，得到各RIS板的指定焦距；最后，分别根据各RIS板的指定焦距，得到各RIS板的最佳码本，再依次将各RIS板的最佳码本作为对应RIS板的相控矩阵，以便分别对各RIS板进行调控。在此过程中，本发明可在隧道等场景下提供安装RIS板的依据，用户可根据各RIS板的位置信息在隧道内布置RIS板，同时还可基于RIS板自身对电磁波的主动调控特性，通过获取到的RIS板的最佳码本对RIS板进行波束方向和聚焦点的调控。
在一个可能的设计中，根据所述隧道模型以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息，包括：
根据所述隧道模型获取当前隧道的切面图像；
判断所述切面图像是否为矩形，如是，则获取所述切面图像的长度及宽度，并根据所述切面图像的长度、所述切面图像的宽度以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息；如否，则进入下一步；
获取所述切面图像中各直线段的长度、各直线段的宽度以及直线段的数目；
根据各直线段的长度、各直线段的宽度、直线段的数目以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息。
在一个可能的设计中，预设的RIS参数信息包括RIS板的入反射角度；根据所述切面图像的长度、所述切面图像的宽度以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目，包括：
根据所述切面图像的宽度，获取RIS板的波束有效距离；其中，所述波束有效距离为：
r＝d*tanα；
式中，d为所述切面图像的宽度，α为RIS板的入反射角度；
根据所述波束有效距离以及所述切面图像的长度，得到当前隧道所需要RIS板的数目；其中，RIS板的数目为：
S＝R/r；
式中，R为所述切面图像的长度。
在一个可能的设计中，根据所述基站的位置信息、各RIS板的摆放位置信息以及预设的RIS参数信息，依次得到各RIS板的最大焦距，包括：
根据所述基站的位置信息将所述基站导入所述隧道模型中，再根据各RIS板的摆放位置信息将各RIS板导入所述隧道模型中；
获取所述基站发射的电磁波至所述隧道模型中第一位RIS板的电磁波入射方向；
根据所述电磁波入射方向以及预设的RIS参数信息，得到各RIS板的最大焦距。
在一个可能的设计中，预设的RIS参数信息包括RIS板的物理孔径和有效孔径；任一RIS板的最大焦距r0,max为：
式中，Wmax为RIS板的最大焦面孔径，最大焦面孔径通过RIS板的物理孔径得到；Deff为RIS板接收电磁波的有效孔径；θ为电磁波入射方向与RIS板的法线之间的角度；λ0为所述基站发射的电磁波的波长。
在一个可能的设计中，根据任一RIS板的指定焦距，得到当前RIS板的最佳码本，包括：
根据预设的RIS参数信息构建RIS板模型；
根据任一RIS板的指定焦距，将接收机导入RIS板模型中；
将当前RIS板划分为多列阵元，并依次对多列阵元赋予不同的状态信息，同时获取多列阵元在不同状态信息下接收机接收到的信号功率；
根据多列阵元在不同状态信息下接收机接收到的信号功率，分别得到多列阵元在信号功率最大时的状态信息，多列阵元在信号功率最大时的状态信息即为当前RIS板的最佳码本。
在一个可能的设计中，所述方法还包括：
获取每个RIS板的工作状态信息；
对每个RIS板的工作状态信息进行异常判断，并在任一RIS板的工作状态信息异常时，获取该工作状态信息异常的异常RIS板的上级RIS板的位置信息和下级RIS板的位置信息；其中，所述异常RIS板的上级RIS板为在异常RIS板之前接收基站发射的电磁波的RIS板，所述异常RIS板的下级RIS板为在异常RIS板之后接收基站发射的且由异常RIS板传输的电磁波的RIS板；
根据上级RIS板的位置信息和下级RIS板的位置信息，得到上级RIS板的更新后相控矩阵；
根据所述更新后相控矩阵，对所述上级RIS板进行波束控制，以便所述上级RIS板将波束指向下级RIS板。
第二方面，提供了一种基于多跳RIS的信号补盲系统，用于实现如上述任一项所述的基于多跳RIS的信号补盲方法；所述基于多跳RIS的信号补盲系统包括
第三方面，提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序指令；以及，
处理器，用于执行所述计算机程序指令从而完成如上述任一项所述的基于多跳RIS的信号补盲方法的操作。
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的计算机程序指令，所述计算机程序指令被配置为运行时执行如上述任一项所述的基于多跳RIS的信号补盲方法的操作。
附图说明
图1是实施例1中基于多跳RIS的信号补盲方法的流程图；
图2是实施例1中切面图像为矩形时隧道模型的结构示意图；
图3是实施例1中切面图像不为矩形时隧道模型的结构示意图；
图4是实施例1中有效孔径、物理孔径和角度所在的位置示意图；
图5是实施例1中对任一RIS板的第一列阵元赋予多种状态信息的结构示意图；
图6是实施例1中RIS板异常时的调控示意图；
图7是实施例2中一种基于多跳RIS的信号补盲系统的模块框图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述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。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
实施例1：
本实施例公开了一种基于多跳RIS的信号补盲方法，可以但不限于由具有一定计算资源的计算机设备或虚拟机执行，例如由个人计算机、智能手机、个人数字助理或可穿戴设备等电子设备执行，或者由虚拟机执行，以便于在如隧道等通信信号强度小的场景中布置多个RIS，进而提升信号质量。
如图1所示，一种基于多跳RIS的信号补盲方法，通过多个RIS板进行隧道等场景的信号补盲，具体地，方法可以但不限于包括有如下步骤：
S1.获取指定隧道的隧道参数信息，并根据所述隧道参数信息构建隧道模型，然后根据所述隧道模型以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息；其中，所述隧道参数信息包括隧道的长度以及形状等内部尺寸信息；
本实施例中，根据所述隧道模型以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息，包括：
S101.根据所述隧道模型获取当前隧道的切面图像；
S102.判断所述切面图像是否为矩形，如是，如图2所示，则获取所述切面图像的长度及宽度，并根据所述切面图像的长度、所述切面图像的宽度以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息；如否，如图3所示，则进入下一步；
具体地，预设的RIS参数信息包括RIS板的入反射角度；在此需要说明的是，入反射角度包括入射角度和反射角度，入射角度和反射角度的数值相同，因而此处将其统称为入反射角度，用于预估隧道内可放置的RIS板的数目。有理论表明RIS板的有效角度为以板面垂线为中心的正负60°，从经济效益的角度考虑，本实施例中选择60°为RIS的入反射角度；根据所述切面图像的长度、所述切面图像的宽度以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目，包括：
a1.根据所述切面图像的宽度，获取RIS板的波束有效距离；其中，所述波束有效距离为：
r＝d*tanα；
式中，d为所述切面图像的宽度，α为RIS板的入反射角度；
a2.根据所述波束有效距离以及所述切面图像的长度，得到当前隧道所需要RIS板的数目；其中，RIS板的数目为：
S＝R/r；
式中，R为所述切面图像的长度。
S103.获取所述切面图像中各直线段的长度、各直线段的宽度以及直线段的数目；
S104.根据各直线段的长度、各直线段的宽度、直线段的数目以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息。
需要说明的是，本实施例中，切面图像不为矩形时，可通过将切面图像中的各直线段进行分解的形式，细分为多个矩形，并对多个直线段(对应多个矩形)分别进行RIS板数目的计算，多个直线段对应的RIS板数目的和即为当前隧道所需要RIS板的数目。应当理解的是，本实施例中，当切面图像不为矩形时，隧道中的相邻直线段的交叉点处至少设置一个RIS板，以便实现电磁波在隧道中的稳定传输。
S2.获取基站(base station，BS)的位置信息，并根据所述基站的位置信息、各RIS板的摆放位置信息以及预设的RIS参数信息，依次得到各RIS板的最大焦距；
具体地，本实施例中，根据所述基站的位置信息、各RIS板的摆放位置信息以及预设的RIS参数信息，依次得到各RIS板的最大焦距，包括：
S201.根据所述基站的位置信息将所述基站导入所述隧道模型中，再根据各RIS板的摆放位置信息将各RIS板导入所述隧道模型中；
S202.获取所述基站发射的电磁波至所述隧道模型中第一位RIS板的电磁波入射方向；需要说明的是，第一位RIS板即指代第一个接收基站发射的电磁波的RIS板，其通常位于隧道洞口处，且与基站的距离最近。
S203.根据所述电磁波入射方向以及预设的RIS参数信息，得到各RIS板的最大焦距。
本实施例中，预设的RIS参数信息包括RIS板的物理孔径和有效孔径；任一RIS板的最大焦距r0,max为：
式中，Wmax为RIS板的最大焦面孔径，最大焦面孔径通过RIS板的物理孔径得到，具体地，最大焦面孔径Wmax一般为0.9*Dphy，也可为0.95*Dphy、0.98*Dphy等，，此处不予限制，Dphy为RIS板的物理孔径；Deff为RIS板接收电磁波的有效孔径，在此需要说明的是，有效孔径指代RIS板上阵元覆盖矩形区域中的最长边长，此为RIS板的固定参数；θ为电磁波入射方向与RIS板的法线之间的角度；λ0为所述基站发射的电磁波的波长；本实施例中，有效孔径Deff和物理孔径Dphy均为RIS板的固有参数。其中，有效孔径Deff、物理孔径Dphy和角度θ所在的位置示意图如图4所示。
S3.根据各RIS板的摆放位置信息，得到各相邻RIS板之间的距离，然后根据各相邻RIS板之间的距离以及各RIS板的最大焦距，得到各RIS板的指定焦距；具体地，得到任一RIS板的指定焦距时，包括：将当前RIS板与其后一RIS板之间的距离ri,j与当前RIS板的最大焦距r0,max进行对比，如ri,j≤2r0,max，则当前RIS板的指定焦距r0＝ri,j/2，如ri,j＞2r0,max，则当前RIS板的指定焦距r0＝r0,max。按上述步骤，依次获取所有RIS板的指定焦距。
S4.分别根据各RIS板的指定焦距，得到各RIS板的最佳码本；
本实施例中，根据任一RIS板的指定焦距，得到当前RIS板的最佳码本，包括：
S401.根据预设的RIS参数信息构建RIS板模型；
S402.根据任一RIS板的指定焦距，将接收机导入RIS板模型中，即在RIS板模型的指定焦距处导入接收机；
S403.将当前RIS板划分为多列阵元，并依次对多列阵元赋予不同的状态信息，同时获取多列阵元在不同状态信息下接收机接收到的信号功率；
S404.根据多列阵元在不同状态信息下接收机接收到的信号功率，分别得到多列阵元在信号功率最大时的状态信息，多列阵元在信号功率最大时的状态信息即为当前RIS板的最佳码本。
具体地，本实施例中，以RIS板的第一列阵元为例，如图5所示，依次对第一列阵元中的全部阵元赋予第一种状态信息St1、第二种状态信息St2、第三种状态信息St3、……第N种状态信息Stn；然后依次获取第一列阵元在不同状态信息下接收机接收到的信号功率P1、P2、P3、……Pn；随后对多个信号功率进行遍历，如果P1＞P2，则证明第二种状态信息更差，将第一列阵元恢复为第一种状态信息，如果P1＜P2，则证明第二种状态信息更好，继续对第一列阵元赋予第三种状态信息，依次遍历，直到得到第一列阵元信号功率最大时的状态信息(如为Stk)，该状态信息Stk即为当前RIS板的第一列阵元的最佳码本，对后续列阵元进行相同处理，即可得到当前RIS板的最佳码本。本实施例中，在获取多列阵元在信号功率最大时的状态信息后，还可将RIS板划分为多行阵元，并获取多行阵元在信号功率最大时的状态信息，再根据多列阵元在信号功率最大时的状态信息及多行阵元在信号功率最大时的状态信息，得到当前RIS板的最佳码本，由此可进一步提高最佳码本的对应的信号功率。
RIS板的码本即为RIS板上所有阵元的状态信息，在RIS板的聚焦位置能接收到最大信号功率时，RIS板上所有阵元的状态信息构成该聚焦位置对应的最佳码本。
RIS板中，任一阵元的状态信息对应该阵元上的PIN开关二极管的开关状态，该阵元如果是1bit，则对应的PIN开关二极管有0和1两种状态，如果是2bit，则对应的PIN开关二极管有00、01、10、11四种状态，如果是3bit，则对应的PIN开关二极管有如000、001、011、100等状态。
S5.依次将各RIS板的最佳码本作为对应RIS板的相控矩阵，以便分别对各RIS板进行调控，以便于实现隧道场景的信号补盲。
S6.获取每个RIS板的工作状态信息；
S7.对每个RIS板的工作状态信息进行异常判断，并在任一RIS板的工作状态信息异常时，获取该工作状态信息异常的异常RIS板的上级RIS板的位置信息和下级RIS板的位置信息；其中，所述异常RIS板的上级RIS板为在异常RIS板之前接收基站发射的电磁波的RIS板，所述异常RIS板的下级RIS板为在异常RIS板之后接收基站发射的且由异常RIS板传输的电磁波的RIS板；
S8.根据上级RIS板的位置信息和下级RIS板的位置信息，得到上级RIS板的更新后相控矩阵；
S9.根据所述更新后相控矩阵，对所述上级RIS板进行波束控制，以便所述上级RIS板将波束指向下级RIS板。
作为举例，如图6所示，假设RIS2板工作状态异常，则分别获取其上级板RIS1板及下级板RIS4板的位置信息，然后获取上级板RIS1板指向下级板RIS4板的更新后相控矩阵，最后对RIS1板进行波束控制，以便使RIS1板将接收到的通信信号直接发射至RIS4板。
本实施例中，在任一RIS板的工作状态信息异常时，所述方法还包括：输出RIS板替换警示信息，以便提示工作人员进行RIS板的维修。具体地，本实施例中，每15分钟获取一次RIS板的工作状态信息，以便在任一RIS板工作状态出现异常时进行告警，避免通信信号长时间中断的问题。
本实施例可针对隧道、矿洞等长距离差信号场进行RIS信号补盲，其通过利用RIS对电磁波的主动调控特性，能够在不改变现有通信网络硬件结构的基础上，实现此类场景下信号功率的指数级增强。具体地，本实施例在实施过程中，先根据指定隧道的隧道参数信息构建隧道模型，然后根据所述隧道模型以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息；随后，根据所述基站的位置信息、各RIS板的摆放位置信息以及预设的RIS参数信息，依次得到各RIS板的最大焦距；接着，根据各RIS板的摆放位置信息，得到各相邻RIS板之间的距离，然后根据各相邻RIS板之间的距离以及各RIS板的最大焦距，得到各RIS板的指定焦距；最后，分别根据各RIS板的指定焦距，得到各RIS板的最佳码本，再依次将各RIS板的最佳码本作为对应RIS板的相控矩阵，以便分别对各RIS板进行调控。在此过程中，本实施例可在隧道等场景下提供安装RIS板的依据，用户可根据各RIS板的位置信息在隧道内布置RIS板，同时还可基于RIS板自身对电磁波的主动调控特性，通过获取到的RIS板的最佳码本对RIS板进行波束方向和聚焦点的调控。
相对于现有技术中，把光纤、中继以及基站部署进隧道以增强隧道、矿洞等场景中的无线信号质量的方式，基于本实施例在隧道中安装多个RIS板的方式，可以极低的耗电量(每个RIS板的功率在1W左右)，实现隧道、矿洞等传统通信信号极差等场景下的信号增强，在无线信号的功率和方向性上都有巨大增益，同时它可以基于现有硬件设备，不需要更改任何结构而融入通信网络中发挥作用，建设成本低廉。
实施例2：
本实施例公开了一种基于多跳RIS的信号补盲系统，用于实现实施例1中基于多跳RIS的信号补盲方法；如图7所示，所述基于多跳RIS的信号补盲系统包括：
建模单元，用于获取指定隧道的隧道参数信息，并根据所述隧道参数信息构建隧道模型，然后根据所述隧道模型以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息；
最大焦距计算单元，与所述建模单元通信连接，用于获取基站的位置信息，并根据所述基站的位置信息、各RIS板的摆放位置信息以及预设的RIS参数信息，依次得到各RIS板的最大焦距；
指定焦距获取单元，与所述最大焦距计算单元通信连接，用于根据各RIS板的摆放位置信息，得到各相邻RIS板之间的距离，然后根据各相邻RIS板之间的距离以及各RIS板的最大焦距，得到各RIS板的指定焦距；
最佳码本获取单元，与所述指定焦距获取单元通信连接，用于分别根据各RIS板的指定焦距，得到各RIS板的最佳码本；
调控单元，与所述最佳码本获取单元通信连接，用于依次将各RIS板的最佳码本作为对应RIS板的相控矩阵，以便分别对各RIS板进行调控。
实施例3：
在实施例1或2的基础上，本实施例公开了一种电子设备，该设备可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑或者台式电脑等。电子设备可能被称为用于终端、便携式终端、台式终端等，电子设备包括：
存储器，用于存储计算机程序指令；以及，
处理器，用于执行所述计算机程序指令从而完成如实施例1中任一所述的基于多跳RIS的信号补盲方法的操作。
实施例4：
在实施例1至3任一项实施例的基础上，本实施例公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的计算机程序指令，所述计算机程序指令被配置为运行时执行如实施例1所述的基于多跳RIS的信号补盲方法的操作。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于多跳RIS的信号补盲方法，其特征在于：包括：
获取指定隧道的隧道参数信息，并根据所述隧道参数信息构建隧道模型，然后根据所述隧道模型以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息；
获取基站的位置信息，并根据所述基站的位置信息、各RIS板的摆放位置信息以及预设的RIS参数信息，依次得到各RIS板的最大焦距；
根据各RIS板的摆放位置信息，得到各相邻RIS板之间的距离，然后根据各相邻RIS板之间的距离以及各RIS板的最大焦距，得到各RIS板的指定焦距；
分别根据各RIS板的指定焦距，得到各RIS板的最佳码本；
依次将各RIS板的最佳码本作为对应RIS板的相控矩阵，以便分别对各RIS板进行调控。
2.根据权利要求1所述的一种基于多跳RIS的信号补盲方法，其特征在于：根据所述隧道模型以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息，包括：
根据所述隧道模型获取当前隧道的切面图像；
判断所述切面图像是否为矩形，如是，则获取所述切面图像的长度及宽度，并根据所述切面图像的长度、所述切面图像的宽度以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息；如否，则进入下一步；
获取所述切面图像中各直线段的长度、各直线段的宽度以及直线段的数目；
根据各直线段的长度、各直线段的宽度、直线段的数目以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于多跳RIS的信号补盲方法，其特征在于：预设的RIS参数信息包括RIS板的入反射角度；根据所述切面图像的长度、所述切面图像的宽度以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目，包括：
根据所述切面图像的宽度，获取RIS板的波束有效距离；其中，所述波束有效距离为：
r＝d*tanα；
式中，d为所述切面图像的宽度，α为RIS板的入反射角度；
根据所述波束有效距离以及所述切面图像的长度，得到当前隧道所需要RIS板的数目；其中，RIS板的数目为：
S＝R/r；
式中，R为所述切面图像的长度。
4.根据权利要求1所述的一种基于多跳RIS的信号补盲方法，其特征在于：根据所述基站的位置信息、各RIS板的摆放位置信息以及预设的RIS参数信息，依次得到各RIS板的最大焦距，包括：
根据所述基站的位置信息将所述基站导入所述隧道模型中，再根据各RIS板的摆放位置信息将各RIS板导入所述隧道模型中；
获取所述基站发射的电磁波至所述隧道模型中第一位RIS板的电磁波入射方向；
根据所述电磁波入射方向以及预设的RIS参数信息，得到各RIS板的最大焦距。
5.根据权利要求4所述的一种基于多跳RIS的信号补盲方法，其特征在于：预设的RIS参数信息包括RIS板的物理孔径和有效孔径；任一RIS板的最大焦距r0,max为：
式中，Wmax为RIS板的最大焦面孔径，最大焦面孔径通过RIS板的物理孔径得到；Deff为RIS板接收电磁波的有效孔径；θ为电磁波入射方向与RIS板的法线之间的角度；λ0为所述基站发射的电磁波的波长。
6.根据权利要求1所述的一种基于多跳RIS的信号补盲方法，其特征在于：根据任一RIS板的指定焦距，得到当前RIS板的最佳码本，包括：
根据预设的RIS参数信息构建RIS板模型；
根据任一RIS板的指定焦距，将接收机导入RIS板模型中；
将当前RIS板划分为多列阵元，并依次对多列阵元赋予不同的状态信息，同时获取多列阵元在不同状态信息下接收机接收到的信号功率；
根据多列阵元在不同状态信息下接收机接收到的信号功率，分别得到多列阵元在信号功率最大时的状态信息，多列阵元在信号功率最大时的状态信息即为当前RIS板的最佳码本。
7.根据权利要求1所述的一种基于多跳RIS的信号补盲方法，其特征在于：所述方法还包括：
获取每个RIS板的工作状态信息；
对每个RIS板的工作状态信息进行异常判断，并在任一RIS板的工作状态信息异常时，获取该工作状态信息异常的异常RIS板的上级RIS板的位置信息和下级RIS板的位置信息；其中，所述异常RIS板的上级RIS板为在异常RIS板之前接收基站发射的电磁波的RIS板，所述异常RIS板的下级RIS板为在异常RIS板之后接收基站发射的且由异常RIS板传输的电磁波的RIS板；
根据上级RIS板的位置信息和下级RIS板的位置信息，得到上级RIS板的更新后相控矩阵；
根据所述更新后相控矩阵，对所述上级RIS板进行波束控制，以便所述上级RIS板将波束指向下级RIS板。
8.一种基于多跳RIS的信号补盲系统，其特征在于：用于实现如权利要求1至7中任一项所述的基于多跳RIS的信号补盲方法；所述基于多跳RIS的信号补盲系统包括：
建模单元，用于获取指定隧道的隧道参数信息，并根据所述隧道参数信息构建隧道模型，然后根据所述隧道模型以及预设的RIS参数信息，得到当前隧道所需要RIS板的数目以及各RIS板的摆放位置信息；
最大焦距计算单元，与所述建模单元通信连接，用于获取基站的位置信息，并根据所述基站的位置信息、各RIS板的摆放位置信息以及预设的RIS参数信息，依次得到各RIS板的最大焦距；
指定焦距获取单元，与所述最大焦距计算单元通信连接，用于根据各RIS板的摆放位置信息，得到各相邻RIS板之间的距离，然后根据各相邻RIS板之间的距离以及各RIS板的最大焦距，得到各RIS板的指定焦距；
最佳码本获取单元，与所述指定焦距获取单元通信连接，用于分别根据各RIS板的指定焦距，得到各RIS板的最佳码本；
调控单元，与所述最佳码本获取单元通信连接，用于依次将各RIS板的最佳码本作为对应RIS板的相控矩阵，以便分别对各RIS板进行调控。
9.一种电子设备，其特征在于：包括：
存储器，用于存储计算机程序指令；以及，
处理器，用于执行所述计算机程序指令从而完成如权利要求1至7中任一项所述的基于多跳RIS的信号补盲方法的操作。
10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的计算机程序指令，其特征在于：所述计算机程序指令被配置为运行时执行如权利要求1至7中任一项所述的基于多跳RIS的信号补盲方法的操作。
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| CN202211400893.XA CN115765790B (zh) | 2022-11-09 | 2022-11-09 | 一种基于多跳ris的信号补盲方法、系统、电子设备及介质 |
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| CN114531690A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-05-24 | 山西大学 | 一种煤矿安全监测场景的传感与通信优化方法及装置 |
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2022
- 2022-11-09 CN CN202211400893.XA patent/CN115765790B/zh active Active
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