本發(fā)明涉及無線通信，特別是基于ris的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求日益增加。傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)(wlan)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)環(huán)境中廣泛應(yīng)用，但在復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)、密集的辦公環(huán)境以及特殊的地理?xiàng)l件下，這些傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)。例如，在高層建筑中，信號(hào)衰減和多徑效應(yīng)嚴(yán)重影響信號(hào)質(zhì)量；在山區(qū)或其他地形復(fù)雜區(qū)域，信號(hào)覆蓋存在盲區(qū)，難以實(shí)現(xiàn)全域覆蓋。此外，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在面對(duì)高密度用戶需求時(shí)，容易出現(xiàn)擁堵和干擾，無法保證高效的通信服務(wù)。為了克服這些問題，近年來，反射智能表面(reconfigurableintelligentsurface,ris)技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn)。ris通過在物理層面對(duì)無線信號(hào)進(jìn)行智能調(diào)控，能夠顯著提升信號(hào)覆蓋范圍和質(zhì)量，被認(rèn)為是未來無線通信系統(tǒng)的重要組成部分。

2、目前，針對(duì)ris技術(shù)的研究和應(yīng)用主要集中在優(yōu)化信號(hào)傳播路徑、提升通信效率和減少干擾等方面?，F(xiàn)有的ris技術(shù)雖然在一定程度上解決了信號(hào)覆蓋和質(zhì)量問題，但仍存在一些不足之處。首先，大多數(shù)ris系統(tǒng)采用固定配置，無法動(dòng)態(tài)適應(yīng)環(huán)境變化，導(dǎo)致在復(fù)雜場(chǎng)景中的表現(xiàn)不盡如人意。其次，現(xiàn)有技術(shù)在多層超材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和相位調(diào)節(jié)算法的集成方面存在局限，難以實(shí)現(xiàn)最佳頻率響應(yīng)和全方位信號(hào)控制。此外，在基站與ris單元的協(xié)同工作方面，缺乏有效的優(yōu)化框架，無法充分發(fā)揮ris的潛力。尤其在面對(duì)城市密集區(qū)和山區(qū)等復(fù)雜環(huán)境時(shí)，現(xiàn)有ris技術(shù)的盲區(qū)識(shí)別和覆蓋能力有限，難以滿足企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋的需求。

3、因此，提出一種基于ris的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋方法及系統(tǒng)，解決動(dòng)態(tài)環(huán)境適應(yīng)性差的問題，通過聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架和動(dòng)態(tài)調(diào)整算法，優(yōu)化ris配置和覆蓋能力，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和創(chuàng)新性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有的ris技術(shù)存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明所要解決的問題在于如何利用自適應(yīng)相位調(diào)節(jié)算法和多層超材料結(jié)構(gòu)的ris單元優(yōu)化頻率響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)全方位信號(hào)接收和發(fā)射，動(dòng)態(tài)調(diào)整ris單元的位置和角度，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的全域覆蓋。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了基于ris的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋方法，其包括，根據(jù)自適應(yīng)相位調(diào)節(jié)算法設(shè)置多層超材料結(jié)構(gòu)的ris單元，優(yōu)化頻率響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)全方位信號(hào)接收和發(fā)射；根據(jù)全方位信號(hào)分析城市有信號(hào)區(qū)覆蓋和傳播特性，構(gòu)建信道模型，實(shí)現(xiàn)基站和ris單元協(xié)同工作；通過ris相控陣識(shí)別山區(qū)通信盲區(qū)，改變傳輸路徑的方向，覆蓋到用戶基站，實(shí)現(xiàn)盲區(qū)建鏈通信；結(jié)合城市有信號(hào)區(qū)和山區(qū)通信盲區(qū)，動(dòng)態(tài)調(diào)整ris單元的位置和角度，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋。

5、作為本發(fā)明所述ris的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述自適應(yīng)相位調(diào)節(jié)算法包括以下步驟：通過計(jì)算反射系數(shù)和耦合系數(shù)，設(shè)置多層超材料結(jié)構(gòu)；利用遺傳算法根據(jù)環(huán)境變化和信號(hào)特征，自適應(yīng)調(diào)整ris單元的相位；通過調(diào)整超材料結(jié)構(gòu)參數(shù)，優(yōu)化ris單元在寬帶頻段的反射特性，相關(guān)公式如下：

6、

7、其中，q為寬帶頻段的品質(zhì)因數(shù)，f0為中心頻率，fh為上截止頻率，fl為下截止頻率。

8、設(shè)置全向天線陣列形成波束，以全方位的進(jìn)行信號(hào)接收和發(fā)射需求，具體公式如下：

9、

10、其中，af(θ,φ)為方向φ極坐標(biāo)角度θ的陣列因子，y為形成波束的輸出信號(hào)，wn為第n個(gè)天線元素的復(fù)共軛權(quán)重，xn為第n個(gè)天線元素接收的信號(hào)，n為全向天線陣列元素總數(shù)，k為波數(shù)。

11、作為本發(fā)明所述ris的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述反射系數(shù)的具體公式如下：

12、

13、其中，γ為反射系數(shù)，zl為負(fù)載阻抗，z0為特征阻抗。

14、所述耦合系數(shù)的具體公式如下：

15、

16、其中，k為耦合系數(shù)，zm為互阻抗，z1和z2為兩層的自阻抗。

17、所述相位的具體公式如下：

18、

19、其中，為第t+1次迭代時(shí)單元(i,j)的相位，η為學(xué)習(xí)率，l為負(fù)信噪比。

20、作為本發(fā)明所述ris的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋方法的一種優(yōu)選方案，其中：基于全方位信號(hào)建立信道模型，預(yù)測(cè)信號(hào)的傳播特性；所述傳播特性包括傳播路徑和傳播損耗；所述信道模型的構(gòu)建過程包括以下步驟：收集城市環(huán)境中的信號(hào)覆蓋數(shù)據(jù)，識(shí)別信號(hào)強(qiáng)度分布；根據(jù)初始的信號(hào)覆蓋數(shù)據(jù)和傳播特性，配置ris單元的初始狀態(tài)，并利用信道模型動(dòng)態(tài)調(diào)整ris單元的配置；基于信道模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，調(diào)整ris單元的反射系數(shù)γ和相位實(shí)現(xiàn)基站和ris的協(xié)同工作，最大化覆蓋區(qū)域和信號(hào)質(zhì)量；所述全方位信號(hào)的相關(guān)公式如下：

21、

22、其中，z(s0)為待估計(jì)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，n為已知點(diǎn)的總數(shù)，λi為第i個(gè)已知點(diǎn)的權(quán)重，z(si)為第i個(gè)已知點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度。

23、所述信道模型的具體公式如下：

24、

25、其中，pl(d)為發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間距離d的路徑損耗，pl(d0)為參考距離d0的路徑損耗，n為路徑損耗指數(shù)，xσ為陰影衰落的平均值高斯隨機(jī)變量，lris為ris引入的額外路徑損耗。

26、作為本發(fā)明所述ris的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述山區(qū)通信盲區(qū)包括以下步驟：利用地形數(shù)據(jù)和信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量，定位通信盲區(qū)，通過信道模型評(píng)估覆蓋難點(diǎn)；根據(jù)盲區(qū)預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，配置ris相控陣改變傳輸路徑，利用優(yōu)化算法動(dòng)態(tài)調(diào)整ris單元的反射系數(shù)γ和相位實(shí)現(xiàn)盲區(qū)的信號(hào)覆蓋；根據(jù)用戶分布，優(yōu)化ris單元的方向性和功率分配，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的覆蓋，最大化信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量；通過自適應(yīng)路由算法，將城市有信號(hào)區(qū)和山區(qū)通信盲區(qū)的通信資源進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)多跳傳輸和建鏈通信。

27、作為本發(fā)明所述ris的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述用戶分布的相關(guān)公式如下：

28、

29、其中，pi為分配給第i個(gè)用戶的功率，αi為第i個(gè)用戶的信道增益，γi為第i個(gè)用戶的目標(biāo)sinr，ptotal為總可用功率，n為全向天線陣列元素總數(shù)。

30、所述建鏈通信的具體公式如下：

31、pr＝pt+gt+gr-pl(d)

32、其中，pr為接r收功率，pt為發(fā)射t功率，gt為發(fā)射t天線增益，gr為接收r天線增益，pl(d)為發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間距離d的路徑損耗。

33、作為本發(fā)明所述ris的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述多跳傳輸包括以下步驟：通過移動(dòng)ris平臺(tái)調(diào)整覆蓋區(qū)域，實(shí)時(shí)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)；所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)包括覆蓋率、信號(hào)質(zhì)量和負(fù)載均衡度；利用粒子群優(yōu)化算法優(yōu)化ris單元位置，并通過波束成形技術(shù)調(diào)整節(jié)點(diǎn)角度以適應(yīng)復(fù)雜地形；通過信道模型預(yù)測(cè)通信需求并配置ris單元；根據(jù)評(píng)估結(jié)果，動(dòng)態(tài)調(diào)整ris單元的位置和角度，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋。

34、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了基于ris的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋系統(tǒng)，其包括：接收模塊，用于根據(jù)自適應(yīng)相位調(diào)節(jié)算法設(shè)置多層超材料結(jié)構(gòu)的ris單元，優(yōu)化頻率響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)全方位信號(hào)接收和發(fā)射；建立模塊，用于根據(jù)全方位信號(hào)分析城市有信號(hào)區(qū)覆蓋和傳播特性，構(gòu)建信道模型，實(shí)現(xiàn)基站和ris單元協(xié)同工作；覆蓋模塊，用于通過ris相控陣識(shí)別山區(qū)通信盲區(qū)，改變傳輸路徑的方向，覆蓋到用戶基站，實(shí)現(xiàn)盲區(qū)建鏈通信；調(diào)整模塊，用于結(jié)合城市有信號(hào)區(qū)和山區(qū)通信盲區(qū)，動(dòng)態(tài)調(diào)整ris單元的位置和角度，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋。

35、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的ris的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋方法的步驟。

36、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的ris的企業(yè)內(nèi)網(wǎng)全域覆蓋方法的步驟。

37、本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明通過自適應(yīng)相位調(diào)節(jié)算法和多層超材料結(jié)構(gòu)的ris單元，優(yōu)化頻率響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)全方位信號(hào)接收和發(fā)射；通過聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架優(yōu)化ris配置，使基站和ris單元協(xié)同工作，提升覆蓋區(qū)的通信效能；通過ris相控陣識(shí)別并覆蓋山區(qū)通信盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)盲區(qū)建鏈通信；結(jié)合城市有信號(hào)區(qū)和山區(qū)通信盲區(qū)，動(dòng)態(tài)調(diào)整ris單元的位置和角度，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的全域覆蓋，提高通信網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性和覆蓋效率。