CN116391403A - 用于无线通信设备定位的大型智能表面设备和系统 - Google Patents

用于无线通信设备定位的大型智能表面设备和系统 Download PDF

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CN116391403A CN202080107018.5A CN202080107018A CN116391403A CN 116391403 A CN116391403 A CN 116391403A CN 202080107018 A CN202080107018 A CN 202080107018A CN 116391403 A CN116391403 A CN 116391403A
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Abstract

公开了一种大型智能表面LIS设备(410)。所述LIS设备包括一个或多个反射元件(411a至411d)，其中，每个反射元件用于通过可调反射率反射从无线发射器(420)接收的RF辐射信号。所述LIS设备还包括控制器(413)，所述控制器(413)用于根据相应反射率模式随着时间调整每个反射元件(411a至411d)的反射率。此外，所述LIS设备包括无线通信接口(415)，所述无线通信接口(415)用于传输反射率模式信息，其中，所述反射率模式包括关于所述一个或多个反射元件中的每个反射元件的所述相应反射率模式的信息。此外，公开了一种无线接收器(430)，用于基于LIS设备(410)反射的RF辐射信号确定无线发射器(420)的位置。

Description

用于无线通信设备定位的大型智能表面设备和系统
技术领域
本公开涉及无线通信。更具体地，本公开涉及用于定位无线通信设备的大型智能表面(large intelligent surface，LIS)设备和无线接收器。
背景技术
了解无线通信设备位置可以有利地用于改善与无线通信设备的通信等，例如在多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)通信场景中。用于确定无线通信设备的位置(也称为无线定位)的一种已知方法依赖于可解析路径和相应的锚点，特别是对于具有丰富多径分量的室内环境。
图1和图2示出了无线接收器的视角下的示例性反射场景。它是L形房间的俯视图。图1和图2中的X和Y表示2D坐标系的X和Y轴(平行于房间的地板)。所示的L形房间有6面墙，其中左侧的墙被标识为墙“r0”，逆时针方向的其它墙分别被标识为墙“r1”、“r2”、“r3”、“r4”和“r5”。由于这些墙作为反射器会反射入射信号，因此每一面墙都有一个以字母“r”开头的id。视线(line-of-sight，LoS)路径104对应于定义物理锚101的无线发射器，而非视线(non-line-of-sight，NLoS)路径105对应于定义虚拟锚的无线发射器的n阶反射/衍射图像，例如图1中所示的两个示例性虚拟锚103。无线发射器发射的信号要么直接到达无线接收器，要么在到达无线接收器之前被墙反射一次或多次。无线电波被墙壁或另一个大表面反射，就像镜子反射光一样。无线电波的传播方向被反射改变，并且对于无线接收器，在镜像源的位置作为新的源出现。在定位无线通信设备的上下文中，这个新源被称为虚拟锚。图1示出了多个虚拟锚，例如示例性虚拟锚103，其本质上位于图1所示的示例性L形房间之外。
由于系统带宽有限或无线接收器使用的天线阵列的孔径大小有限，无线接收器的角度分辨率受到限制。这种有限的角度分辨率具有以下影响：当路径仅具有较小的空间或角度间隔时，这些路径(即方向)无法解析。对于具有大量散射源或大量反射的环境，如室内环境，可能会经常出现多条未解析的路径。一旦两条靠近的路径未被解析，即错误地识别为一条，估计的路径延迟将偏离与未解析路径相关的实际延迟。
图2示出了具有6面墙的图1的示例性L型房间，其中左侧的墙被标识为墙“0”，逆时针方向的其它墙分别被标识为墙“1”、“2”、“3”、“4”和“5”。由墙“0”反射的无线电波可以用矢量[0]标记，而首先由墙“3”反射，然后由墙“5”反射的无线电波可以用矢量[3 5]标记。这样的多反射会导致许多路径具有相似的角度和延迟。它们被称为密集多径。在具有这种密集多径的区域中，定位系统无法成功解析这些密集多径，位置估计可能会产生较大误差(如图2中的暗区所示，这表明定位精度非常低)。
图3示出了随着图2中标识的不同多径接收信号的延迟而变化的功率延迟分布(power-delay profile)(更具体地，在具有噪声和干扰的无线环境中，每抽头信干加噪声比(signal-to-interference-plus-noise ratio，SINR))。通常，无线系统面临来自同频系统的背景噪声和干扰。对于由多个反射器生成的多条反射路径，这些路径的功率延迟分布有多个抽头(每条路径也可以称为抽头)。通常，发射功率有限的参考信号被传输用于多径测量。因此，每条路径都有一个SINR(称为每抽头SINR)。高的每抽头SINR值有利于估计对应的路径延迟和/或角度。然而，当两条路径具有相似的延迟或角度时，即使这两条路径具有高的每抽头SINR，也可能会不利于确定路径延迟和/或角度。例如，图3所示区域305内的两个示例性路径具有不可解析的路径间延迟。无线接收器也可能难以将这些路径与对应的锚关联，或者由于它们的相互干扰，难以估计每条路径的延迟角度参数。它们的角度和延迟参数太接近，无法单独解析，从而产生不必要的自干扰(不同于其它源的干扰)。干扰降低了多径分量的延迟或角度的估计精度，从而降低了定位精度。
为了解决不可解析路径的问题，建议使用超分辨率算法或跳频来区分扩散多径。已知的超分辨率算法可以将测距/角度分辨率提高一个超分辨率因子，但只能在一定程度上提高。因此，对于一些延迟非常相似的路径，角度仍然无法解析。跳频通常需要在多个频段进行顺序测量。因此，跳频通常很慢，并且也增加了无线发射器和无线接收器所需硬件的复杂性。
发明内容
本公开的目的是提供用于改进无线通信设备的定位的设备。
上述和其它目的通过独立权利要求的主题来实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中显而易见。
根据第一方面，提供了一种大型智能表面(LIS)设备(也称为数字可控表面(digital controllable surface，DCS)设备)。所述LIS设备包括一个或多个反射元件，其中，每个反射元件用于通过可调反射率向无线接收器反射从无线发射器接收的射频(RadioFrequency，RF)辐射信号。在一个实施例中，每个反射元件还可以用于吸收RF信号的至少一部分。在一个实施例中，每个反射元件可以用于改变所述RF信号的以下物理性质中的至少一个：所述RF信号的幅度、相位和偏振角。在一个实施例中，所述LIS设备的所述一个或多个反射元件可以安装在房间的墙壁或天花板上。在一个实施例中，例如，所述无线发射器可以是无线基站或用户设备(user equipment，UE)。在一个实施例中，例如，无线接收器可以是无线基站或UE。例如，所述RF辐射信号可以是由基站或UE发射的任何类型的RF辐射信号。在一个实施例中，无线收发器(例如，基站或用户设备)可以包括无线发射器和无线接收器。换句话说，在一个实施例中，所述无线收发器可以生成所述RF辐射信号，并接收由所述LIS设备等反射的所得RF信号。
根据第一方面，所述LIS设备还包括：控制器，用于根据相应反射率模式随着时间调整所述一个或多个反射元件中的每个反射元件的相应可调反射率。此外，所述LIS设备包括：无线通信接口，用于向所述无线接收器传输例如单播、多播或广播反射率模式信息，其中，所述反射率模式信息包括关于所述一个或多个反射元件中的每个反射元件的相应反射率模式的信息。所述通信接口还可以有助于所述LIS设备与其它无线通信设备同步，例如无线发射器或无线接收器，或另一LIS设备。有利地，所述LIS设备协助所述无线接收器确定所述无线发射器的位置或协助所述无线收发器确定其自己的位置，因为所述无线接收器可以基于关于所述一个或多个反射元件中的每个反射元件的所述相应反射率模式的信息，确定从所述无线发射器接收的那些已经被所述LIS设备的一个或多个反射元件反射的RF信号，从而更准确地确定所述无线发射器的位置。
在另一种可能的实现方式中，所述一个或多个反射元件作为反射元件的共面阵列设置在平面中。
在另一种可能的实现方式中，所述一个或多个反射元件的第一子集作为第一阵列设置在第一平面中，所述一个或多个反射元件的第二子集作为第二阵列设置在第二平面中，相对于所述第一平面成角度，特别是直角。例如，这种LIS设备可以安装在房间的角落里。
在另一种可能的实现方式中，对于所述一个或多个反射元件中的每个反射元件，所述反射率模式具有所述反射元件的反射率随着时间的连续或离散依赖性。
在另一种可能的实现方式中，对于所述一个或多个反射元件中的每个反射元件，所述反射率模式包括具有所述反射元件的第一反射率的第一状态和具有所述反射元件的第二反射率的第二状态(与所述第一反射率不同)。
在另一种可能的实现方式中，所述一个或多个反射元件中的至少两个反射元件的反射率模式在时间上是正交的。
在另一种可能的实现方式中，所述一个或多个反射元件的一个或多个所述反射率模式用于最小化从所述第一状态到所述第二状态的转变和从所述第二状态到所述第一状态的转变中的至少一种。
在另一种可能的实现方式中，所述反射率模式信息还包括定义一个或多个冻结周期的信息，其中，在所述一个或多个冻结周期期间，所述一个或多个反射元件中的每个反射元件的反射率是恒定的，即不随着时间的推移而改变。
在另一种可能的实现方式中，所述反射率模式信息还包括关于所述LIS设备的位置和方向中的至少一种的信息，特别是所述一个或多个反射元件的位置和方向中的至少一种的信息。
在另一种可能的实现方式中，所述反射率模式信息还包括所述LIS设备的唯一标识符。
根据第二方面，提供了一种用于确定无线发射器的位置(即定位)的无线RF接收器。在一个实施例中，例如，所述无线发射器可以是无线基站或用户设备(UE)。在一个实施例中，例如，无线接收器可以是无线基站或UE。在一个实施例中，所述无线发射器和所述无线接收器可以是单个无线收发器的组件，例如无线基站或用户设备。因此，在一个实施例中，所述无线收发器可以生成RF辐射信号，并接收由例如所述LIS设备反射的所得RF信号，以确定其自身的位置。根据第二方面所述的无线接收器包括无线通信接口，用于从所述无线发射器接收多个单反射或多反射(即一次或多次)RF辐射信号。所述无线通信接口还用于从LIS设备获得，例如接收反射率模式信息，其中，所述反射率模式信息包括关于所述LIS设备的一个或多个反射元件中的每个反射元件的相应反射率模式的信息。在一个实施例中，所述LIS设备的所述一个或多个反射元件可以安装在房间的墙壁或天花板上。
所述无线接收器还包括处理电路，用于基于所述反射率模式信息和来自所述无线发射器的所述多个单反射或多反射RF辐射信号，确定所述无线发射器的所述位置。因此，有利地，所述无线接收器(或无线收发器)可以基于关于所述一个或多个反射元件中的每个反射元件的相应反射率模式的信息，确定从所述无线发射器(或无线收发器)接收的已经被所述LIS设备的所述一个或多个反射元件反射的那些RF信号，从而更准确地确定所述无线发射器(或无线收发器)的所述位置。
在另一种可能的实现方式中，所述无线接收器的所述处理电路用于基于所述反射率模式信息，通过确定来自所述无线发射器的已经被所述LIS设备的所述一个或多个反射元件反射的多个单反射或多反射RF辐射信号中的至少一个单反射或多反射RF辐射信号，从而确定所述无线发射器的所述位置。
根据第三方面，提供了一种用于确定无线发射器的位置(即定位)的系统。所述定位系统包括根据第一方面所述的LIS设备和根据第二方面所述的无线接收器。
根据第四方面，提供了一种用于操作大型智能表面(LIS)设备的方法，其中，所述LIS设备包括一个或多个反射元件，所述一个或多个反射元件中的每个反射元件用于通过可调反射率向无线接收器反射从无线发射器接收的RF辐射信号。在一个实施例中，例如，所述无线发射器可以是无线基站或用户设备(UE)。在一个实施例中，例如，无线接收器可以是无线基站或UE。在一个实施例中，无线收发器(例如，基站或用户设备)可以包括无线发射器和无线接收器。换句话说，在一个实施例中，所述无线收发器可以生成所述RF辐射信号，并接收由所述LIS设备等反射的所得RF信号。
根据第四方面所述的方法包括以下步骤：
根据相应反射率模式随着时间调整所述一个或多个反射元件中的每个反射元件的相应可调反射率；
传输反射率模式信息，其中，所述反射率模式信息包括关于所述一个或多个反射元件中的每个反射元件的相应反射率模式的信息。
根据第五方面，提供了一种用于确定无线发射器的位置(即定位)的方法。在一个实施例中，例如，所述无线发射器可以是无线基站或用户设备(UE)。在一个实施例中，例如，无线接收器可以是无线基站或UE。在一个实施例中，无线收发器(例如，基站或用户设备)可以包括无线发射器和无线接收器。换句话说，在一个实施例中，所述无线收发器可以生成所述RF辐射信号，并接收由所述LIS设备等反射的所得RF信号。
所述第五方面提供的定位方法包括以下步骤：
从所述无线发射器接收多个单反射或多反射(即一次或多次)RF辐射信号；
从LIS设备获得(例如，接收)反射率模式信息，其中，所述反射率模式信息包括关于所述LIS设备的一个或多个反射元件中的每个反射元件的相应反射率模式的信息；
基于所述反射率模式信息和来自所述无线发射器的所述多个单反射或多反射RF辐射信号，确定所述无线发射器的位置。
根据本公开第四方面和第五方面所述的方法可以由根据本公开第一方面所述的LIS设备和/或根据第二方面所述的无线接收器执行。因此，根据本公开的第四方面和第五方面所述的方法的其它特征直接来自根据本公开的第一方面所述的LIS设备和/或根据第二方面以及上面和下面描述的它们的不同实现方式所述的无线接收器的功能。
根据第六方面，提供了一种计算机程序产品，包括用于存储程序代码的非瞬时性计算机可读存储介质，当所述程序代码由计算机或处理器执行时，使所述计算机或所述处理器执行根据第四方面所述的方法。
一个或多个实施例的细节在附图和以下说明书中阐述。其它特征、目标和优点将从说明书、附图和权利要求中显而易见。
附图说明
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
图1示出了用于在L形房间内定位无线通信设备的示例性场景。
图2示出了对于图1的场景，扩散多径对定位精度的降级影响。
图3示出了图1和图2的场景的不可解析路径延迟的示例。
图4a为一个实施例提供的用于确定包括LIS设备的无线通信设备的位置的系统的示意图。
图4b为用于确定图4a所示系统中无线通信设备的位置的阶段的示意图。
图4c为一个实施例提供的用于确定包括LIS设备的无线通信设备的位置的系统的示意图。
图4d为用于确定图4c所示系统中无线通信设备的位置的阶段的示意图。
图5为一个实施例提供的LIS设备在两个不同时间实例下的反射行为的示意图。
图6为一个实施例提供的LIS设备分发的反射率模式信息的示意图。
图7为由图4的系统实现的处理步骤的流程图。
图8为一个实施例提供的LIS设备分发的反射率模式信息的示意图。
图9为一个实施例提供的由无线收发器发射的数据的示意图。
图10为一个实施例提供的操作LIS设备的方法的流程图。
图11为一个实施例提供的定位方法的流程图。
在下文中，相同参考符号是指相同或至少在功能上等效的特征。
具体实施方式
在以下描述中，参考构成本公开一部分的附图，附图通过说明的方式示出了本公开实施例的特定方面或可使用本公开实施例的特定方面。应理解，本公开的实施例可用于其它方面，并且包括未在附图中描绘的结构或逻辑变化。因此，以下详细描述不应以限制性的意义来理解，本公开的范围由所附权利要求书界定。
例如，应当理解，与描述的方法有关的公开内容可以对用于执行所述方法的对应设备或系统也同样适用，反之亦然。例如，如果描述了一个或多个特定方法步骤，则对应的设备可以包括一个或多个单元，例如，功能单元，用于执行所描述的一个或多个方法步骤(例如，执行所述一个或多个步骤的一个单元，或各自执行所述多个步骤中的一个或多个步骤的多个单元)，即使图中未明确描述或说明此类一个或多个单元。另一方面，例如，如果基于一个或多个单元(例如，功能单元)来描述特定装置，对应的方法可以包括一个步骤来执行一个或多个单元的功能(例如，执行所述一个或多个单元的功能的一个步骤，或各自执行所述多个单元中的一个或多个单元的功能的多个步骤)，即使图中未明确描述或说明此类一个或多个步骤。此外，应理解，除非另外具体指出，否则本文中描述的各种示例性实施例和/或方面的特征可彼此组合。
图4a示出了用于确定发射RF信号的无线通信设备420，即无线发射器420的位置的定位系统400。如图4a所示，无线发射器420可以是用户设备UE 420。在另一个实施例中，无线发射器420可以是基站(如图4c所示的实施例所示)或发射RF信号的不同类型的电子设备，例如平板电脑。
如可以从图4a中看出的，定位系统400还包括用于确定无线发射器420的位置的无线接收器430，以及用于协助无线接收器430确定无线发射器420的位置的大型智能表面LIS设备410。在一个实施例中，无线接收器430可以是例如基站，即无线接入点(如图4所示)，或者是用户设备UE(如图4c所示的实施例所示)。在一个实施例中，定位系统400可以包括超过一个LIS设备410(如图4b和图4d中所示的示例中所示)。在图4a中，发射RF信号的无线发射器(例如UE)420和无线接收器(例如基站)430被示为单独的元件。在其它实施例中，无线发射器420和无线接收器430可以是单个无线收发器的组件。
LIS设备410包括一个或多个RF反射元件411a至411d。在图4a和图4c所示的实施例中，例如，LIS设备410包括四个RF反射元件411a至411d。如图4a和图4c所示，在一个实施例中，每个反射元件411a至411d可以具有方形或矩形形状。LIS设备410的每个反射元件411a至411d用于通过可调反射率反射从无线发射器420接收的RF辐射信号。在一个实施例中，反射元件411a至411d作为阵列设置在平面中，例如图4a和图4c中所示的反射元件411a至411d的2×2阵列。在一个实施例中，LIS设备410的RF反射元件411a至411d可以安装在房间的墙壁或天花板上。在另一个实施例中，LIS设备410的反射元件411a至411d可以设置和用于设置在房间的角落中。例如，在一个实施例中，反射元件411a至411d的第一子集可以作为第一阵列设置在第一平面中，反射元件411a至411d的第二子集可以作为第二阵列设置在第二平面中，相对于第一平面成角度，特别是相对于第一平面成直角。
LIS设备410还包括控制器413，用于根据相应反射率模式随着时间调整每个反射元件411a至411d的相应可调反射率。此外，LIS设备410包括无线通信接口415，用于将反射率模式信息600(如将在图6和图8的上下文中更详细地描述的)发送到无线接收器430，其中，反射率模式信息600包括关于LIS设备410的每个反射元件411a至411d的相应反射率模式的信息603。
在图4a和图4c所示的实施例中，无线接收器430还包括处理电路431，用于基于反射率模式信息600和来自无线发射器420的多个单反射或多反射RF辐射信号，确定无线发射器420的位置。例如，在一个实施例中，无线接收器430的处理电路431用于基于反射率模式信息600，确定来自无线发射器420的已经被LIS设备410的反射元件411a至411d反射的多个单反射或多反射RF辐射信号中的至少一个单反射或多反射RF辐射信号，用于将这些信号与未被LIS设备410的反射元件411a至411d反射的信号区分开来，从而更准确地确定无线发射器420的位置(例如，区分几个LIS设备410，和/或区分LIS设备410和非LIS设备的反射)。如图4a和图4c所示，无线接收器430还可以包括存储器435，用于存储例如从LIS设备410接收的反射率模式信息600。
图4b示出了图4a的系统的场景，其中，固定基站430将使用两个LIS设备410基于UE420的RF发射信号定位UE 420的位置。
图4d示出了图4c的系统的场景，其中，作为无线接收器430的UE将使用两个LIS设备410基于基站420(即无线发射器)的RF发射信号定位其自己的位置。
如将理解的，由LIS设备410反射的路径的相位和振幅将随着LIS设备410的反射元件411a至411d的反射特性而改变。在静态无线发射器420和接收器430对的情况下，由LIS设备410以外的物体反射的路径的相位和幅度通常是固定的。对于无线发射器420、反射对象和/或无线接收器430的移动，由于无线发射器420、反射对象和/或无线接收器430之间的距离变化，由LIS设备410以外的反射对象反射的路径的相位和振幅随着时间的推移非常缓慢地变化。
然而，LIS设备410的控制器413根据相应反射率模式随着时间调整每个反射元件411a至411d的相应可调反射率，有助于区分LIS设备410反射的信号和LIS设备410以外的物体反射的信号。在具有行人速度的室内场景中，信道相干时间约为0.05秒，这远远大于LIS设备410的控制器413的响应时间(＜1us)，在一个实施例中，LIS设备410可以包括用于调整每个反射元件411a至411d的反射率的移相器。这意味着LIS设备410的反射元件411a至411d的反射率可以迅速变化，使得在给定环境(例如室内环境)中容易检测到LIS设备410。
在一个实施例中，图4a和图4c中所示的系统400可以用于实现以下用于定位无线发射器420的技术方案。
1.LIS设备410的控制器413调整反射元件411a至411d随着时间的相应状态(例如反射性、透明度特性)，如由相应的反射率模式所定义的。
2.反射率模式信息600由LIS设备410分发。在一个实施例中，LIS设备410可以将反射率模式信息600传输到无线接入点或基站，以广播反射率模式信息600。
3.在一个实施例中，反射率模式信息600可以包括关于LIS设备410的位置或方向的信息605、607，例如，关于LIS设备410的位置的地理位置信息，例如2d或3d坐标，反射元件411a至411d和/或无线接收器430(虚拟发射器)的虚拟图像的位置。
4.无线接收器430可以根据LIS设备410确定路径，并基于估计的(多)路径信息(例如延迟或范围或角度)估计其位置。
5.在一个实施例中，反射率模式信息600还可以包括关于LIS设备410的类型的信息602。例如，关于LIS设备410的类型的信息602可以指定反射元件411a至411d要以平面阵列或拐角布置来设置，这可能导致进一步的散射/反射。
6.在一个实施例中，由LIS设备410提供的反射率模式信息600还包括定义一个或多个冻结周期的信息，其中，在一个或多个冻结周期期间，一个或多个反射元件411a至411d中的每个反射元件的反射率是恒定的，即不会改变其状态以启用用于通信的稳定信道。
图5为描述一个实施例提供的LIS设备410和一个或多个反射元件411a至411d在两个不同时间实例下的反射行为的数学表示的示意图。从图5可以看出，时间t处的传播信道系数矩阵可以表示为
Figure BDA0004217155880000076
其中，
Figure BDA0004217155880000071
Figure BDA0004217155880000072
Figure BDA0004217155880000073
表示由LIS设备410的反射元件411a至411d影响的信道路径分量的集合。/>
Figure BDA0004217155880000074
表示由LoS或来自LIS设备410的反射元件411a至411d以外的障碍物的任何NLoS影响的信道路径分量的集合。θk和φk是信道路径的到达角(Angle of Arrival，AoA)和离开角(Angle ofDeparture，AoD)，其中，/>
Figure BDA0004217155880000075
v(θi)和w(φi)分别是AoAθi和AoDφi的导向矢量。αi是由路径损耗(即，由于沿信道传播而导致的RF降低)和反射(如果NLoS)影响的信道传播因子。αl是路径损耗影响的信道传播因子。βl(t)是第l个反射元件411a至411d在时间t的反射系数。
为了说明的目的，图5中所示的示例总共仅涉及2条路径，其中，第一路径由LIS设备410反射，第二路径不与LIS设备410相互作用。在时间t0，反射系数βl(t0)大，在时间t1，反射系数βl(t1)小。换句话说，在本实施例中，LIS设备410的反射元件411a至411d中的一个或多个反射元件的反射率可以在这两种状态之间切换。当无线接收器420要被定位时，可以通知环境中部署有LIS设备410。利用该信息，无线接收器420可以多次(≥2)测量信道响应，以便可以区分
Figure BDA0004217155880000081
和/>
Figure BDA0004217155880000082
中的路径。例如，对于信道响应的两次测量，可以获得H(1)和H(2)，其中
t＝1时，
Figure BDA0004217155880000083
t＝1时，
Figure BDA0004217155880000084
对于
Figure BDA0004217155880000085
Figure BDA0004217155880000086
和/>
Figure BDA0004217155880000087
可以是
Figure BDA0004217155880000088
并且
Figure BDA0004217155880000089
如将理解的，上述用于信道响应的两次测量的示例可以很容易地扩展到更一般的场景，其中，
Figure BDA00042171558800000810
由类似的等式描述。
在一个实施例中，LIS设备410的反射元件411a至411d中的一个或多个反射元件可以由控制器413控制以具有二元离散反射状态。例如，第l个反射元件411a至411d可以具有描述其反射性特性的二元离散状态βLow、βHigh，其中，
βl(t)∈{βLow,βHigh}。
在一个实施例中，LIS设备410的控制器413可以用于针对不同的反射元件411a至411d使用不同的代码序列，即反射率模式。在一个实施例中，用于多个反射元件411a至411d的代码序列可以彼此正交，即βi T(t)βj(t)＝0，i≠j。
图6为一个实施例提供的LIS设备410分发的示例性反射率模式信息600的示意图。如图6中所示并在上面已经描述的，反射率模式信息600除了关于相应反射率模式的信息603之外，即一个或多个反射元件411a至411d中的每个反射元件的代码模式βl(t)之外，还可以包括LIS设备410的标识符601、虚拟锚坐标605以及关于虚拟锚方向的信息607。
当每个反射元件411a至411d或LIS设备410作为一个整体具有2个(或更多个)离散状态时，即
Figure BDA00042171558800000811
cl(t)表示独热向量(长度为/>
Figure BDA00042171558800000812
Figure BDA00042171558800000813
是状态的数量，或等效地，状态矢量/>
Figure BDA00042171558800000814
的长度)，其可用于激活LIS设备410的反射元件411a至411d中第i个元件在时间t的二元/多状态之一。所有LIS元件的反射系数矢量给出为/>
Figure BDA00042171558800000815
图7为图4c的系统400针对场景实现的处理步骤的流程图，其中，作为无线接收器430的UE将使用LIS设备410基于基站420(即无线发射器)的RF发射信号，定位其自己的位置。
在第一阶段701中，LIS设备410或另一方提供反射率模式信息600，例如，包括数据字段(LIS代码cl(t)、位置pl、模式(1/2))的消息600包含LIS代码cl(t)，位置pl，可选地包括模式(1:反射/2:角反射)。无线发射器420和/或无线接收器430(或在另一个实施例中，包括无线发射器420和无线接收器430的无线收发器)可以接收和获得该信息。LIS设备410的控制器413根据反射率模式，例如LIS代码cl(t)，随着时间改变反射元件411a至411d的反射率。
在第二阶段703中，无线接收器430可以测量随时间变化的信道响应(信道脉冲响应或信道频率响应，或任何其它形式的信道响应，例如在变换域中)。因此，在一个实施例中，无线接收器430可以获得信道响应的序列，例如H(t)，t＝1,2,…。
在第三阶段705中，无线接收器430可以通过专用LIS代码cl(t)获得每个反射元件的
Figure BDA00042171558800000816
和/>
Figure BDA00042171558800000817
该示例是H(t)线性处理的一种可能的简单方法，时间上有两个快照。在了解cl(t)的情况下，通过使用估计器(例如迫零)，可以获得每LIS路径的导向矩阵v(θl)wH(φl)。此外，通过使用角度估计器(例如2D MUSIC)，无线接收器420可以估计θl和φl。
在第四阶段707中，在了解cl(t)的情况下，通过使用估计器(例如迫零)，无线接收器420可以获得自然信道系数矩阵
Figure BDA0004217155880000091
自然路径的参数θi和φi可以由MUSIC、SAGE等多径估计器估计。
在第五阶段709中，无线接收器430使用位置pl、
Figure BDA0004217155880000092
以及/>
Figure BDA0004217155880000093
来估计设备430的最终位置，即其自己的位置。
如将理解的，如果无线接收器430的位置是已知的，但LIS设备410的位置是未知的(例如，在LIS设备410的初始安装或以后更换之后)，无线接收器430可以使用其自己的位置preceiver、
Figure BDA0004217155880000094
以及/>
Figure BDA0004217155880000095
来估计LIS设备410的最终位置。它可以用于LIS设备410的自动位置标记。在一个实施例中，无线接收器430还可以向另一设备发送H(t)的序列的量化或压缩版本，以执行上述阶段3、4和5。如果无线接收器430还可以向无线发射器420发送H(t)的序列的量化或压缩版本，则无线发射器420可以获得LIS代码cl(t)，以及在上述阶段3、4和5中用于位置估计的位置pl。
在一个实施例中，控制器413使用的用于LIS设备410的一个或多个反射元件411a至411d中的一个或多个反射率模式用于最小化从第一反射率状态到第二反射率状态以及从第二反射率状态回到第一反射率状态的转变。换句话说，在一个实施例中，代码序列可以被设计成最小化状态转变的总数，从而最小化功耗。例如，集合
Figure BDA0004217155880000096
中的所有反射元件411a至411d在时间t的状态可以是
Figure BDA0004217155880000097
代码序列可以基于以下等式确定：
Figure BDA0004217155880000098
在一个实施例中，LIS设备410的控制器413使用的相应反射率模式可以是数字/离散二元序列(类似开-关)，或多元序列。或者，LIS设备410的控制器413使用的相应反射率模式可以是模拟的，即连续函数。例如，在一个实施例中，LIS设备410的一个或多个反射元件411a至411f可以安装在以恒定或变化速度旋转的马达的轴上。
如上所述，在一个实施例中，系统400可以包括超过一个LIS设备410。在具有多个LIS设备410的实施例中，这些LIS设备中的一些可以是具有反射元件的平面布置的LIS设备类型，而一些其它设备可以是具有反射元件的角布置的LIS设备类型。这些LIS设备可以在两种模式下操作，即可控镜面反射模式(模式1)或可控角反射模式(模式2)。当无线发射器(例如，UE 430)支持全双工模式时，它可以接收其发射信号。发射信号可以是FMCW或其它信号，其能够消除自干扰，并保持发射信号的反射回波。当用作角反射器(模式2)时，LIS设备410除了定位无线接收器420之外还可以充当锚。LIS设备410本身的位置可以用作锚位置。LIS设备位置和模式信息(模式2)可以包括在先验信息消息中。
图8为另一个实施例提供的LIS设备410分发的示例性反射率模式信息600的示意图。如图8中所示，反射率模式信息600除了关于一个或多个反射元件411a至411d中的每个反射元件的相应反射率模式的信息603外，还可以包括LIS设备410的标识符601、类型标识符602、虚拟锚坐标605以及关于虚拟锚方向的信息607。
如将理解的，在系统400包括不同类型的LIS设备401，即模式1和模式2的LIS设备401的实施例中，平面反射器可以帮助不具有FD/FMCW能力的设备410，而角反射器可以在无线发射器420的信号可以以太低的功率电平到达平面的区域协助平面反射器。
由于在通信阶段期间，信道优选是静态的，以最小化信道估计和跟踪开销，反射率模式指示符还可以指示用于定位和通信之间共存的冻结状态的周期，其中在冻结状态或期间，LIS设备410的反射元件411a至411d的反射率不进行状态改变。
在另一个实施例中，如图9所示，LIS设备410的通信接口415可以在接收到数据包开始的指示时实现接收模块。在一个实施例中，数据包开始可以是具有根据电信标准定义的序列的前导信号。
图9示出了本文公开的实施例所解决的问题之一，即LIS设备410的反射元件411a至411d的变化反射率可以改变或降低无线通信性能。在时间段k–1期间，发送前导码。接收器430基于接收到的前导信号估计信道响应。当LIS设备410的反射元件411a至411d处于
Figure BDA0004217155880000101
描述的状态时，测量该信道响应。当LIS设备410的反射元件411a至411d的反射率状态根据反射率模式改变成状态/>
Figure BDA0004217155880000102
时，在时间段k中，信道响应将改变，即将不同于之前测量的信道响应。然而，无线接收器430可以通过假设信道是静态的或非常缓慢的变化。此外，无线接收器430可以使用之前测量的信道响应来执行信道均衡和数据检测。
图10为操作LIS设备410的方法1000的流程图。方法1000包括第一步骤1001：根据相应反射率模式，随着时间调整LIS设备410的一个或多个反射元件411a至411d中的每个反射元件的相应可调反射率。此外，方法1100包括步骤1003：传输反射率模式信息，其中，反射率模式信息包括关于LIS设备410的一个或多个反射元件411a至411d中的每个反射元件的相应反射率模式的信息。
图11为用于确定无线发射器420的位置的方法1100的流程图。定位方法1100包括第一步骤1101：从无线发射器420接收多个单反射或多反射RF辐射信号。此外，方法1100包括另一个步骤1103：从LIS设备410获得反射率模式信息600，其中，反射率模式信息600包括关于LIS设备410的一个或多个反射元件411a至411d中的每个反射元件的相应反射率模式的信息603，此外，方法1100包括步骤1105：基于反射率模式信息600和来自无线发射器420的多个单反射或多反射RF辐射信号确定无线发射器420的位置。
本领域技术人员将理解，各种附图(方法和装置)中的“块”(“单元”)表示或描述本公开实施例的功能(而不一定是硬件或软件中的独立“单元”)，因此同等地描述装置实施例以及方法实施例的功能或特征(单元等同步骤)。
在本申请中提供若干实施例中，应理解，所公开的系统、装置和方法可通过其它方式实现。例如，所描述的装置实施例仅仅是示例性的。例如，单元划分仅仅是一种逻辑功能划分，实际实现时可以有其它划分方式。例如，可将多个单元或部件合并或集成到另一系统中，或可忽略或不执行部分特征。另外，所显示或讨论的相互耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口来实现的。装置或单元之间的直接耦合或通信连接可通过电子、机械或其它形式实现。
作为分立部分描述的单元可以是物理上分开的，也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部分可以是物理单元，也可以不是物理单元，可以位于一个位置，也可以分布在多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，本发明实施例中的功能单元可集成到一个处理单元中，或每个单元可物理上单独存在，或两个或更多单元可集成到一个单元中。

Claims (17)

1.一种大型智能表面LIS设备(410)，包括：
一个或多个反射元件(411a至411d)，其中，每个反射元件(411a至411d)用于通过可调反射率反射从无线发射器(420)接收的射频RF辐射信号；
控制器(413)，用于根据相应反射率模式随着时间调整所述一个或多个反射元件(411a至411d)中的每个反射元件的相应可调反射率；
无线通信接口(415)，用于传输反射率模式信息(600)，其中，所述反射率模式信息(600)包括关于所述一个或多个反射元件(411a至411d)中的每个反射元件的所述相应反射率模式的信息(603)。
2.根据权利要求1所述的LIS设备(410)，其中，所述一个或多个反射元件(411a至411d)作为阵列设置在平面中。
3.根据权利要求1所述的LIS设备(410)，其中，所述一个或多个反射元件(411a至411d)的第一子集作为第一阵列设置在第一平面中，所述一个或多个反射元件(411a至411d)的第二子集作为第二阵列设置在第二平面中，相对于所述第一平面成角度。
4.根据上述权利要求中任一项所述的LIS设备(410)，其中，对于所述一个或多个反射元件(411a至411d)中的每个反射元件，所述反射率模式具有所述反射元件的反射率随着时间的连续或离散依赖性。
5.根据权利要求4所述的LIS设备(410)，其中，对于所述一个或多个反射元件(411a至411d)中的每个反射元件，所述反射率模式包括具有所述反射元件的第一反射率的第一状态和具有所述反射元件的第二反射率的第二状态。
6.根据权利要求5所述的LIS设备(410)，其中，所述一个或多个反射元件(411a至411d)中的至少两个反射元件的反射率模式是正交的。
7.根据权利要求5或6所述的LIS设备(410)，其中，所述一个或多个反射元件(411a至411d)的一个或多个所述反射率模式用于最小化从所述第一状态到所述第二状态的转变和从所述第二状态到所述第一状态的转变中的至少一种。
8.根据上述权利要求中任一项所述的LIS设备(410)，其中，所述反射率模式信息(600)还包括具有一个或多个冻结周期的信息，其中，在所述一个或多个冻结周期期间，所述一个或多个反射元件(411a至411d)中的每个反射元件的反射率是恒定的。
9.根据上述权利要求中任一项所述的LIS设备(410)，其中，所述反射率模式信息(600)还包括关于所述LIS设备(410)的位置和方向中的至少一种的信息。
10.根据上述权利要求中任一项所述的LIS设备(410)，其中，所述反射率模式信息(600)还包括所述LIS设备(410)的标识符(601)。
11.一种无线接收器(430)，用于确定无线发射器(420)的位置，所述无线接收器(430)包括：
无线通信接口(433)，用于从无线发射器(420)接收多个单反射或多反射射频RF辐射信号，其中，所述无线通信接口(433)还用于从大型智能表面LIS设备(410)获得反射率模式信息(600)，其中，所述反射率模式信息(600)包括关于所述LIS设备(410)的一个或多个反射元件(411a至411d)中的每个反射元件的相应反射率模式的信息(603)；
处理电路(431)，用于基于所述反射率模式信息(600)和来自所述无线发射器(420)的所述多个单反射或多反射RF辐射信号，确定所述无线发射器(420)的位置。
12.根据权利要求11所述的无线接收器(430)，其中，所述处理电路(431)用于基于所述反射率模式信息(600)，通过确定来自所述无线发射器(420)的已经被所述LIS设备(410)的所述一个或多个反射元件(411a至411d)反射的所述多个单反射或多反射RF辐射信号中的至少一个单反射或多反射RF辐射信号，从而确定所述无线发射器(420)的位置。
13.根据权利要求11或12所述的无线接收器(430)，其中，所述无线接收器(430)是无线基站(430)或无线用户设备。
14.一种用于确定无线发射器(420)的位置的系统(400)，所述系统(400)包括：
根据权利要求1至10中任一项所述的LIS设备(410)；
根据权利要求11至13中任一项所述的无线接收器(430)。
15.一种用于操作大型智能表面LIS设备(410)的方法(1000)，其中，所述LIS设备(410)包括一个或多个反射元件(411a至411d)，其中，所述一个或多个反射元件(411a至411d)中的每个反射元件用于通过可调反射率反射从无线发射器(420)接收的射频RF辐射信号，所述方法(1000)包括：
根据相应反射率模式随着时间调整(1001)所述一个或多个反射元件(411a至411d)中的每个反射元件的相应可调反射率；
传输(1003)反射率模式信息(600)，其中，所述反射率模式信息(600)包括关于所述一个或多个反射元件(411a至411d)中的每个反射元件的所述相应反射率模式的信息(603)。
16.一种用于确定无线发射器(420)的位置的方法(1100)，所述方法(1100)包括：
从所述无线发射器(420)接收(1101)多个单反射或多反射射频RF辐射信号；
从大智能表面(LIS设备(410)获取(1103)反射率模式信息(600)，其中，所述反射率模式信息(600)包括关于所述LIS设备(410)的一个或多个反射元件(411a至411d)中的每个反射元件的相应反射率模式的信息(603)；
基于所述反射率模式信息(600)和来自所述无线发射器(420)的所述多个单反射或多反射RF辐射信号，确定(1105)所述无线发射器(420)的位置。
17.一种计算机程序产品，包括用于存储程序代码的非瞬时性计算机可读存储介质，当所述程序代码由计算机或处理器执行时，使所述计算机或所述处理器执行根据权利要求15所述的方法(1000)或根据权利要求16所述的方法。
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