CN116996891B - 基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统及方法，属于通信技术领域，所述系统包括：RIS基站、通信模块、控制模块和电源模块，通信模块与目标小区通信以获取目标覆盖小区的通信速率，并反馈给控制模块；控制模块根据目标覆盖小区的位置和RIS基站的位置，计算出目标覆盖小区与RIS基站的相对位置，进而根据相对位置和通信速率，对RIS基站进行控制，以使RIS基站产生覆盖目标覆盖小区的波束。在本申请实施例中，RIS基站采用集成电子器件的RIS相控阵天线，无需射频TR组件和大量移相器件，因而解决了现有基站射频功耗大、硬件成本高等问题；并且，覆盖波束是根据相对位置和通信速率需求灵活控制的，进而实现大范围的广域覆盖。

Description

基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统及方法

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统及方法。

背景技术

远距离、宽带、移动通信系统可以在全球范围内进行高质量、高速率的语音、视频和数据传输，从而促进信息化社会的建设和发展。其主要包括现代移动通信（4G/5G通信）及卫星组网的星链通信。

现代的移动通信基站通常采用大规模MIMO（Multiple Input Multiple Output，多入多出）技术，天线单元数目在几十甚至上百量级，每个天线单元都通过TR（Transmitterand Receiver，收发）组件实现移相，用于通信基站容量提升和天线波束赋形功能。但是，基站端使用大量的天线和射频TR电路，极大增加了硬件系统的复杂度和设计难度，并且射频TR组件的成本高，功耗大。此外，现有5G基站覆盖范围约500米，对于城市群和网络流量较大的区域，需要大量密集布站，形成高密度的蜂窝覆盖，增加了极高的建设和使用成本。而对于偏远地区，人口密度和数据流量均较低，布站和运营成本很高，投入产出比很低，5G基站无法完全覆盖偏远地区，从而制约了偏远地区的基站移动网络技术发展，影响了该地区居民的网络用户体验。卫星组网通信虽然可以提供全球覆盖的宽带数据传输业务，但其构建成本高，商业化难度较大，维护和管理复杂，需要进行全天候、全时段的监测，运营和维护周期长，且地面设备需要放置在开阔的地理位置，以确保接收到卫星的信号，这对设备的布局以及运维带来一定的困难。

因此，如何实现低成本、且大范围的通信覆盖是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述问题，本申请实施例提供了一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统及方法，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

本申请实施例的第一方面，公开了一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统，所述系统包括：

RIS基站，智能超表面RIS基站的相控阵天线由多个周期排列的RIS单元组成，受控制模块控制产生覆盖目标覆盖小区的波束；

通信模块，所述通信模块获取目标覆盖小区的位置，并与所述目标覆盖小区建立通信，得到所述目标覆盖小区的通信速率，并将所述目标覆盖小区的位置和所述目标覆盖小区的通信速率反馈给所述控制模块；

控制模块，所述控制模块根据所述目标覆盖小区的位置和所述RIS基站的位置，计算所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置，并根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信速率对所述RIS基站进行控制；

电源模块，所述电源模块为所述控制模块、所述RIS基站和所述通信模块提供电源。

本申请实施例的第二方面，公开了一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖方法，应用于本申请实施例第一方面所述的基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统，所述方法包括：

利用通信模块获取目标覆盖小区的位置和所述目标覆盖小区的通信速率，并将所述目标覆盖小区的位置和所述目标覆盖小区的通信速率反馈给控制模块，所述目标覆盖小区是具有通信需求的小区；

所述控制模块根据所述目标覆盖小区的位置和RIS基站的位置，计算所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置，所述相对位置包括距离和角度；

根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信速率，控制所述RIS基站产生覆盖所述目标覆盖小区的波束。

可选地，根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信速率，控制所述RIS基站产生覆盖所述目标覆盖小区的波束，包括：

在所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置小于距离阈值和/或所述目标覆盖小区的通信速率小于速率阈值的情况下，控制所述RIS基站产生宽波束；

在所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置不小于距离阈值和/或所述目标覆盖小区的通信速率不小于速率阈值的情况下，控制所述RIS基站产生窄波束。

可选地，所述方法还包括：

所述通信模块获取多个目标覆盖小区的位置和每个目标覆盖小区的通信速率，并将所述多个目标覆盖小区的位置和所述每个目标覆盖小区的通信速率反馈给所述控制模块；

所述控制模块根据所述每个目标覆盖小区的位置和所述RIS基站的位置，计算出所述每个目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置；

按照不同时隙，根据所述每个目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述每个目标覆盖小区的通信速率，控制所述RIS基站的波束扫描至不同的目标覆盖小区。

可选地，所述方法还包括：

所述通信模块对非目标覆盖小区的通信需求进行实时检测；

在检测到所述非目标覆盖小区具有通信需求的情况下，将所述非目标覆盖小区确定为目标覆盖小区；

将所述目标覆盖小区的位置和所述目标覆盖小区的通信速率反馈给所述控制模块；

所述控制模块根据所述目标覆盖小区的位置和所述RIS基站的位置，计算所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置；

根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信需求，控制所述RIS基站的波束扫描至所述目标覆盖小区。

可选地，所述方法还包括：

所述通信模块对所述每个目标覆盖小区的通信需求进行实时检测；

在检测到所述目标覆盖小区不需要进行通信的情况下，将该目标覆盖小区确定为非目标覆盖小区，并将所述非目标覆盖小区反馈给所述控制模块；

所述控制模块控制所述RIS基站的波束停止扫描到所述非目标覆盖小区。

可选地，所述RIS基站包括由多个周期排列的RIS单元组成的相控阵天线，根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信速率，对每个所述RIS单元的相位进行调节，产生覆盖所述目标覆盖小区的波束。

本申请实施例包括以下优点：

在本申请实施例中，针对现有通信方法覆盖范围小、硬件成本高、射频功耗大，城市群布站密集，且偏远地区基站数量少，无法实现有效的信号覆盖等问题。提出一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统，通信模块获取目标覆盖小区的位置和通信速率，并将目标覆盖小区的位置和通信速率反馈给控制模块，控制模块根据目标覆盖小区的位置和RIS基站的位置，计算出目标覆盖小区与RIS基站的相对位置，进而根据目标覆盖小区与RIS基站的相对位置和目标覆盖小区的通信速率，对RIS基站进行控，以使RIS基站产生覆盖目标覆盖小区的波束。

由于RIS基站采用集成电子器件的RIS相控阵天线，无需射频TR组件和大量移相器件，因而解决了射频功耗大、硬件成本高、运营和维护成本高、能源资源消耗大等问题。并且，通过实时解算RIS基站与目标覆盖小区的相对位置，产生覆盖目标覆盖小区的波束，实现同时对目标覆盖小区内的多个终端进行覆盖；由于覆盖波束是根据相对位置和通信速率需求灵活控制的，进而实现大范围的广域覆盖。此外，基于该方法在城区建设RIS基站，可以有效实现信号增强，在偏远地区建设RIS基站，可以实现远距离的网络覆盖，极大降低了基站的布置密度，降低了基站建设和使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统的结构示意图；

图2是传统基站覆盖与本申请实施例提供的一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖的对比示意图；

图3是本申请实施例提供的一种RIS基站的相控阵天线的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖方法的步骤流程图；

图5是本申请实施例提供的一种波束扫描覆盖通信区域的“时间-小区”对应关系示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

相关技术中，如图2所示，图2是传统基站覆盖与本申请实施例提供的一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖的对比示意图，传统基站的覆盖范围有限，且对于城市群和网络流量较大的区域，需要大量密集布站，进而产生了极高的建设和使用成本。而对于偏远地区，人口密度和数据流量均较低，布站和运营成本很高，投入产出比很低，基站无法完全覆盖偏远地区，从而制约了偏远地区的基站移动网络技术发展。因此，针对现有移动通信系统覆盖范围小，硬件成本高，射频功耗大，城市群布站密集，但是偏远地区基站数量少，无法实现有效的信号覆盖等问题，以及卫星组网通信存在构建成本高，运维周期长，商业化难度大等问题。

为了解决相关技术的局限性，申请人提出以下技术构思：采用一种智能超表面技术（Reconfigurable intelligent surface，RIS）的基站天线，通过实时计算目标覆盖小区与RIS基站之间的相对位置，进而根据相对位置控制RIS基站产生覆盖目标覆盖小区的天线波束，实现对目标覆盖小区进行覆盖；同时还获取目标覆盖小区的通信速率需求，并根据通信速率调节波束性能，实现有效的通信号覆盖，进而实现了一种低成本且大范围广域覆盖。

基于上述技术构思，本申请实施例提供了一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统，参照图1所示，图1是本申请实施例提供的一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统的结构示意图，所述系统包括：

RIS基站110，RIS基站的相控阵天线由多个周期排列的RIS单元组成，受控制模块控制产生覆盖目标覆盖小区的波束；

通信模块120，所述通信模块通过自动建链和波束跟踪功能与每个目标覆盖小区进行通信，以获取所述目标覆盖小区的通信速率和位置，并将所述目标覆盖小区的通信速率和位置反馈给所述控制模块；

控制模块130，所述控制模块根据所述目标覆盖小区的位置，计算所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置，并根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述通信速率，对所述RIS基站进行控制；

电源模块140，所述电源模块为所述控制模块、所述RIS基站和所述通信模块提供电源。

本申请实施例中，基于RIS基站110，并配合通信模块120以及控制模块130实现通信广域覆盖。RIS基站110是基于智能超表面技术而设计的基站，如图3所示，图3是本申请实施例提供的一种RIS基站的相控阵天线的结构示意图，RIS基站110的相控阵天线由多个周期排列的RIS单元组成，在每个RIS单元集成了电子器件，控制模块130通过该电子器件对每个RIS单元进行独立的控制，从而改变RIS阵列天线的口面相位分布，以产生覆盖目标覆盖小区的波束。通信模块120具有自动建链、波束跟踪及多个通信模块间分时通信功能，利用通信模块120获取具有通信需求的目标覆盖小区，并与目标覆盖小区自动建立通信，以获取到目标覆盖小区的通信速率需求，进而将目标覆盖小区的通信速率和目标覆盖小区的位置反馈给控制模块130。控制模块130获取到目标覆盖小区的位置和目标覆盖小区的通信速率后，计算RIS基站和目标覆盖小区的相对位置（即角度、距离），进而根据RIS基站和目标覆盖小区的相对位置和目标覆盖小区的通信速率对RIS基站110进行控制，即动态实时调控RIS单元的工作状态，实现RIS相控阵天线灵活的辐射特性，产生覆盖目标覆盖小区的波束。例如，形成高增益聚焦波束、低增益宽波束、扫描波束、赋形波束。进而实现大范围的广域覆盖。

由于RIS基站110采用集成电子器件的RIS相控阵天线，无需传统TR组件或移相器即可实现波束聚焦、波束扫描和波束赋形等特性，解决了射频功耗大、硬件成本高、运营和维护成本高、能源资源消耗大等问题。并且，通过实时解算RIS基站与目标覆盖小区的相对位置，产生覆盖目标覆盖小区的波束，实现同时对目标覆盖小区内的多个终端进行覆盖；此外，覆盖波束是根据相对位置和通信速率需求灵活控制的，进而实现大范围的广域覆盖。进而基于该方法在城区建设RIS基站，可以有效实现信号增强，在偏远地区建设RIS基站，可以实现远距离的网络覆盖，极大降低了基站的布置密度，降低了基站建设和使用成本。

本申请实施例还提供了一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖方法，参照图4所示，图4是本申请实施例提供的一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖方法的步骤流程图，应用于本申请实施例提供的基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统，所述方法具体可以包括步骤S410至步骤S430：

步骤S410：利用通信模块获取目标覆盖小区的位置和所述目标覆盖小区的通信速率，并将所述目标覆盖小区的位置和所述目标覆盖小区的通信速率反馈给控制模块，所述目标覆盖小区是具有通信需求的小区。

本申请实施例中，通信模块实时获取具有通信需求的目标覆盖小区的位置，并自动与目标覆盖小区建立通信，进而获取目标覆盖小区的通信速率。其中，具有通信需求的小区是指该小区内的终端具有通信需求，在每个目标覆盖小区内至少包含一个具有通信需求的终端。并且，目标覆盖小区并不是一个固定位置的小区，目标覆盖小区可以是任意位置具有通信需求的小区。示例地，如图2所示，目标覆盖小区可以是A小区、B小区、C小区、D小区、E小区、F小区、G小区、H小区、I小区中的任意小区。

通信速率是指满足目标覆盖小区中所有具有通信需求终端的总数据传输速率，通过获取目标小区的通信速率，以便在后续步骤中根据通信速率调节RIS基站的波束性能，以实现满足通信需求的有效的通信覆盖。

步骤S420：所述控制模块根据所述目标覆盖小区的位置和RIS基站的位置，计算所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置，所述相对位置包括距离和角度。

本申请实施例中，由于目标覆盖小区是任意具有通信需求的小区，该目标小区的位置并不是固定的。因此控制模块在获取到目标覆盖小区的位置后，需要根据该目标覆盖小区的位置和RIS基站的位置，计算出目标覆盖小区和RIS基站之间的相对位置。其中，距离是指目标覆盖小区到RIS基站的距离，角度是指从RIS基站发射波束到目标覆盖小区的波束发射角度。进而，通过实时计算目标覆盖小区和RIS基站之间的相对位置，以便于在后续步骤中根据该相对位置动态调整RIS基站的波束性能，产生能够覆盖目标覆盖小区的波束。

步骤S430：根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信速率，控制所述RIS基站产生覆盖所述目标覆盖小区的波束。

本申请实施例中，满足不同相对位置和不同通信速率的目标覆盖小区的通信覆盖所需要的波束性能不同，因此控制模块对RIS基站的相控阵天线进行控制，形成高增益聚焦波束、低增益宽波束、扫描波束、赋形波束，以实现对目标覆盖小区有效覆盖。

具体地，根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信速率，控制所述RIS基站产生覆盖所述目标覆盖小区的波束，包括：在所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置小于距离阈值和/或所述目标覆盖小区的通信速率小于速率阈值的情况下，控制所述RIS基站产生宽波束；在所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置不小于距离阈值和/或所述目标覆盖小区的通信速率不小于速率阈值的情况下，控制所述RIS基站产生窄波束。

其中，宽波束和窄波束是指电磁波在空间传播时，波前展宽和集中的表现形式。宽波束可以在更广阔的范围内实现无线通信，而窄波束的传输距离更远，且传输的信号质量更好。距离阈值是指宽波束能够满足的最大通信范围，在该距离阈值范围内利用增益较低的宽波束就能实现通信覆盖，而在距离阈值外需要利用增益较高的窄波束才能够实现通信覆盖。同样地，速率阈值是指宽波束能够满足的最大通信速率，在该速率阈值范围内利用增益较低的宽波束就能满足数据传输需求，而在速率阈值外需要利用增益较高的窄波束才能够满足数据传输需求。

在具体实施时，当目标覆盖小区与RIS基站的相对位置较近（小于距离阈值）和/或目标覆盖小区的通信速率要求较低（小于速率阈值）的情况下，控制RIS基站产生宽波束实现对目标覆盖小区进行通信覆盖。而当目标覆盖小区与RIS基站的相对位置较远（不小于距离阈值）和/或目标覆盖小区的通信速率要求较高（不小于速率阈值）的情况下，控制RIS基站产生窄波束实现对目标覆盖小区进行通信覆盖。

在一种可选的实施方式中，控制模块通过以下方式对RIS基站进行控制：所述RIS基站包括由多个周期排列的RIS单元组成的相控阵天线，根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信速率，对每个所述RIS单元的相位进行调节，产生覆盖所述目标覆盖小区的波束。

在一种可选的实施例中，基于RIS基站相控阵天线快速波束扫描功能，在不同时间与不同的覆盖小区通信，将原有多个基站所覆盖的小区采用一个RIS基站实现广域覆盖。具体的，所述方法还包括步骤A1至步骤A3：

步骤A1：所述通信模块获取多个目标覆盖小区的位置和每个目标覆盖小区的通信速率，并将所述多个目标覆盖小区的位置和所述每个目标覆盖小区的通信速率反馈给所述控制模块。

步骤A2：所述控制模块根据所述每个目标覆盖小区的位置和所述RIS基站的位置，计算出所述每个目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置。

步骤A3：按照不同时隙，根据所述每个目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述每个目标覆盖小区的通信速率，控制所述RIS基站的波束扫描至不同的目标覆盖小区。

本申请实施例中，获取多个具有通信需求的目标覆盖小区的位置，在每个目标覆盖小区中内至少包含一个具有通信需求的终端。如图2所示，目标覆盖小区可以是A小区、B小区、C小区、D小区、E小区、F小区、G小区、H小区、I小区中的任意的几个小区，例如，G小区、H小区、I小区。在获取到目标覆盖小区的位置后，通信模块自动与目标覆盖小区建立通信，进一步获取到该目标覆盖小区的通信速率，以便于根据每个目标覆盖小区的通信速率调节RIS基站的波束性能，实现有效的通信信号覆盖。此外，每个目标覆盖小区的位置不同，需要依次计算出每个目标覆盖小区与RIS基站之间的相对位置（距离和角度），进而根据每个目标覆盖小区与RIS基站的相对位置和该目标覆盖小区的通信速率，控制RIS基站的波束扫描至不同的目标覆盖小区。进而实现一种时分和空分相结合的通信方式，为多个目标覆盖小区提供通信覆盖，覆盖不同的目标覆盖小区或者同一目标覆盖小区不同的终端。

示例地，图5是本申请实施例提供的一种波束扫描覆盖通信区域的“时间-小区”对应关系示意图，结合图2和图5具体说明本申请实施例时分和空分相结合的通信方式实现广域覆盖方法，在t1时刻，RIS基站对G小区通信覆盖，通过解算G小区终端与RIS基站的相对位置和获取G小区的通信速率要求，进而根据相对位置和通信速率调整RIS相控阵天线的波束性能，由于G小区与RIS基站距离较远，因此，控制RIS相控阵天线产生相应的高增益窄波束覆盖G小区。在t2时刻，RIS基站天线波束扫描至E小区，通过定位解算出E小区与RIS基站之间的相对位置和获取E小区的通信速率要求，由于E小区与RIS基站距离近，因此，控制RIS相控阵天线产生低增益宽波束覆盖E小区。进而在不同时间，RIS基站相控阵天线对多个目标覆盖小区及目标覆盖小区内的多个终端，快速波束扫描，从而实现广域覆盖。

在本申请实施例中，通过RIS基站相控阵天线快速波束扫描功能，在不同时间与不同的覆盖小区通信，将原有多个基站所覆盖的小区采用一个RIS基站实现广域覆盖；并且根据RIS基站与目标覆盖小区的相对位置和目标覆盖小区通信速率要求，RIS基站天线自动调整波束性能。即对于目标覆盖小区与RIS基站距离较近或通信速率较低时，产生宽波束实现区域覆盖，对于目标覆盖小区与基站距离较远或通信速率较高时，产生高增益窄波束实现波束扫描覆盖。

在一种可选的实施例中，控制RIS基站的波束依次扫描至不同的目标覆盖小区的过程中，还实时检测其他非目标覆盖小区是否具有通信需求，对有通信需求的覆盖小区进行扫描覆盖。具体地，所述方法还包括步骤B1至步骤B4：

步骤B1：所述通信模块对非目标覆盖小区的通信需求进行实时检测。

步骤B2：在检测到所述非目标覆盖小区具有通信需求的情况下，将所述非目标覆盖小区确定为目标覆盖小区。

步骤B3：所述控制模块根据所述目标覆盖小区的位置和所述RIS基站的位置，计算所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置。

步骤B4：根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信需求，控制所述RIS基站的波束扫描至所述目标覆盖小区。

本申请实施例中，在基于时分和空分相结合的通信方式，为多个目标覆盖小区提供通信覆盖时，通信模块还对其他非目标覆盖小区的通信需求进行检测，以获取是否还有其他需要进行通信覆盖的小区。进而实现根据实际需求为所有需要进行通信的终端提供通信覆盖。

示例地，结合图2对本申请实施例的方法进行说明，若当前波束覆盖的目标覆盖小区包括A小区、D小区和G小区，在按照预设时间间隔，控制RIS基站的波束依次扫描至A小区、D小区和G小区的过程中，还实时检测其他B小区、C小区、E小区、F小区、H小区、I小区是否具有通信需求，若发现H小区具有通信需求，则根据H小区通信速率以及H小区与RIS基站之间的相对位置控制RIS基站的波束扫描至H小区，此时RIS覆盖的小区有A小区、D小区、G小区和H小区。

在一种可选的实施例中，控制RIS基站的波束依次扫描至不同的目标覆盖小区的过程中，实时检测目标覆盖小区是否要继续进行通信，对不需要继续通信的小区停止通信覆盖，以节约覆盖资源。具体地，所述方法还包括步骤C1至步骤C3：

步骤C1：所述通信模块对所述每个目标覆盖小区的通信需求进行实时检测。

步骤C2：在检测到所述目标覆盖小区不需要进行通信的情况下，将该目标覆盖小区确定为非目标覆盖小区，并将所述非目标覆盖小区反馈给所述控制模块。

步骤C3：所述控制模块控制所述RIS基站的波束停止扫描到所述非目标覆盖小区。

示例地，结合图2对本申请实施例的方法进行说明，若当前波束覆盖的目标覆盖小区包括A小区、D小区、G小区和H小区，在按照预设时间间隔，控制RIS基站的波束依次扫描至A小区、D小区、G小区和H小区的过程中，检测A小区、D小区、G小区和H小区中的终端是否还需要继续进行通信。若检测到A小区停止通信，则停止对小区A进行覆盖，此时RIS覆盖的小区有D小区、G小区和H小区。进而，根据每个小区的通信需求来实现对具有通信需求的小区进行通信覆盖，针对停止通信的目标覆盖小区，直接暂停覆盖，进而避免了RIS基站覆盖资源的浪费。

本申请实施例中，基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统，提出了一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖方法。通过实时解算RIS基站与目标覆盖小区的相对位置，产生覆盖目标覆盖小区的波束，当目标覆盖小区与RIS基站距离较近或通信速率较低时，产生宽波束实现区域覆盖，当目标覆盖小区与RIS基站距离较远或通信速率较高时，产生高增益窄波束实现波束扫描覆盖，进而实现同时对目标覆盖小区内的多个终端进行覆盖。并且，对不同目标覆盖小区内的多个终端，通过快速波束扫描功能，采用时分和空分相结合的通信方式，仅基于一个RIS基站实现大范围的广域覆盖。此外，基于该方法在城区建设RIS基站，可以有效实现信号增强，在偏远地区建设RIS基站，可以实现远距离的网络覆盖，极大降低了基站的布置密度，降低了基站建设和使用成本。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本申请实施例是参照根据本申请实施例的系统和方法的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理器或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (7)

1.一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统，其特征在于，所述系统包括：

RIS基站，智能超表面RIS基站的相控阵天线由多个周期排列的RIS单元组成，受控制模块控制产生覆盖目标覆盖小区的波束；

通信模块，所述通信模块获取目标覆盖小区的位置，并与所述目标覆盖小区建立通信，得到所述目标覆盖小区的通信速率，并将所述目标覆盖小区的位置和所述目标覆盖小区的通信速率反馈给所述控制模块；

控制模块，所述控制模块根据所述目标覆盖小区的位置和所述RIS基站的位置，计算所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置，并根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信速率对所述RIS基站进行控制；

电源模块，所述电源模块为所述控制模块、所述RIS基站和所述通信模块提供电源。

2.一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统，所述方法包括：

利用通信模块获取目标覆盖小区的位置和所述目标覆盖小区的通信速率，并将所述目标覆盖小区的位置和所述目标覆盖小区的通信速率反馈给控制模块，所述目标覆盖小区是具有通信需求的小区；

所述控制模块根据所述目标覆盖小区的位置和RIS基站的位置，计算所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置，所述相对位置包括距离和角度；

根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信速率，控制所述RIS基站产生覆盖所述目标覆盖小区的波束。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信速率，控制所述RIS基站产生覆盖所述目标覆盖小区的波束，包括：

在所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置小于距离阈值和/或所述目标覆盖小区的通信速率小于速率阈值的情况下，控制所述RIS基站产生宽波束；

在所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置不小于距离阈值和/或所述目标覆盖小区的通信速率不小于速率阈值的情况下，控制所述RIS基站产生窄波束。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述通信模块获取多个目标覆盖小区的位置和每个目标覆盖小区的通信速率，并将所述多个目标覆盖小区的位置和所述每个目标覆盖小区的通信速率反馈给所述控制模块；

所述控制模块根据所述每个目标覆盖小区的位置和所述RIS基站的位置，计算出所述每个目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置；

按照不同时隙，根据所述每个目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述每个目标覆盖小区的通信速率，控制所述RIS基站的波束扫描至不同的目标覆盖小区。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述通信模块对非目标覆盖小区的通信需求进行实时检测；

在检测到所述非目标覆盖小区具有通信需求的情况下，将所述非目标覆盖小区确定为目标覆盖小区；

将所述目标覆盖小区的位置和所述目标覆盖小区的通信速率反馈给所述控制模块；

所述控制模块根据所述目标覆盖小区的位置和所述RIS基站的位置，计算所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置；

根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信需求，控制所述RIS基站的波束扫描至所述目标覆盖小区。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述通信模块对所述每个目标覆盖小区的通信需求进行实时检测；

在检测到所述目标覆盖小区不需要进行通信的情况下，将该目标覆盖小区确定为非目标覆盖小区，并将所述非目标覆盖小区反馈给所述控制模块；

所述控制模块控制所述RIS基站的波束停止扫描到所述非目标覆盖小区。

7.根据权利要求2-6任一所述的方法，其特征在于，所述RIS基站包括由多个周期排列的RIS单元组成的相控阵天线，根据所述目标覆盖小区与所述RIS基站的相对位置和所述目标覆盖小区的通信速率，对每个所述RIS单元的相位进行调节，产生覆盖所述目标覆盖小区的波束。