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基于RIS的企业内网全域覆盖方法及系统与流程

  • 国知局
  • 2024-09-11 15:05:20

本发明涉及无线通信,特别是基于ris的企业内网全域覆盖方法及系统。

背景技术:

1、随着无线通信技术的快速发展,企业内部的网络覆盖需求日益增加。传统的无线局域网(wlan)和蜂窝网络在企业环境中广泛应用,但在复杂的建筑结构、密集的办公环境以及特殊的地理条件下,这些传统网络技术面临着诸多挑战。例如,在高层建筑中,信号衰减和多径效应严重影响信号质量;在山区或其他地形复杂区域,信号覆盖存在盲区,难以实现全域覆盖。此外,传统网络在面对高密度用户需求时,容易出现拥堵和干扰,无法保证高效的通信服务。为了克服这些问题,近年来,反射智能表面(reconfigurableintelligentsurface,ris)技术逐渐成为研究热点。ris通过在物理层面对无线信号进行智能调控,能够显著提升信号覆盖范围和质量,被认为是未来无线通信系统的重要组成部分。

2、目前,针对ris技术的研究和应用主要集中在优化信号传播路径、提升通信效率和减少干扰等方面。现有的ris技术虽然在一定程度上解决了信号覆盖和质量问题,但仍存在一些不足之处。首先,大多数ris系统采用固定配置,无法动态适应环境变化,导致在复杂场景中的表现不尽如人意。其次,现有技术在多层超材料结构的设计和相位调节算法的集成方面存在局限,难以实现最佳频率响应和全方位信号控制。此外,在基站与ris单元的协同工作方面,缺乏有效的优化框架,无法充分发挥ris的潜力。尤其在面对城市密集区和山区等复杂环境时,现有ris技术的盲区识别和覆盖能力有限,难以满足企业内网全域覆盖的需求。

3、因此,提出一种基于ris的企业内网全域覆盖方法及系统,解决动态环境适应性差的问题,通过联邦学习框架和动态调整算法,优化ris配置和覆盖能力,具有重要的实际应用价值和创新性。

技术实现思路

1、鉴于现有的ris技术存在的问题,提出了本发明。

2、因此,本发明所要解决的问题在于如何利用自适应相位调节算法和多层超材料结构的ris单元优化频率响应,实现全方位信号接收和发射,动态调整ris单元的位置和角度,实现企业内网的全域覆盖。

3、为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:

4、第一方面,本发明实施例提供了基于ris的企业内网全域覆盖方法,其包括,根据自适应相位调节算法设置多层超材料结构的ris单元,优化频率响应,实现全方位信号接收和发射;根据全方位信号分析城市有信号区覆盖和传播特性,构建信道模型,实现基站和ris单元协同工作;通过ris相控阵识别山区通信盲区,改变传输路径的方向,覆盖到用户基站,实现盲区建链通信;结合城市有信号区和山区通信盲区,动态调整ris单元的位置和角度,实现企业内网全域覆盖。

5、作为本发明所述ris的企业内网全域覆盖方法的一种优选方案,其中:所述自适应相位调节算法包括以下步骤:通过计算反射系数和耦合系数,设置多层超材料结构;利用遗传算法根据环境变化和信号特征,自适应调整ris单元的相位;通过调整超材料结构参数,优化ris单元在宽带频段的反射特性,相关公式如下:

6、

7、其中,q为宽带频段的品质因数,f0为中心频率,fh为上截止频率,fl为下截止频率。

8、设置全向天线阵列形成波束,以全方位的进行信号接收和发射需求,具体公式如下:

9、

10、其中,af(θ,φ)为方向φ极坐标角度θ的阵列因子,y为形成波束的输出信号,wn为第n个天线元素的复共轭权重,xn为第n个天线元素接收的信号,n为全向天线阵列元素总数,k为波数。

11、作为本发明所述ris的企业内网全域覆盖方法的一种优选方案,其中:所述反射系数的具体公式如下:

12、

13、其中,γ为反射系数,zl为负载阻抗,z0为特征阻抗。

14、所述耦合系数的具体公式如下:

15、

16、其中,k为耦合系数,zm为互阻抗,z1和z2为两层的自阻抗。

17、所述相位的具体公式如下:

18、

19、其中,为第t+1次迭代时单元(i,j)的相位,η为学习率,l为负信噪比。

20、作为本发明所述ris的企业内网全域覆盖方法的一种优选方案,其中:基于全方位信号建立信道模型,预测信号的传播特性;所述传播特性包括传播路径和传播损耗;所述信道模型的构建过程包括以下步骤:收集城市环境中的信号覆盖数据,识别信号强度分布;根据初始的信号覆盖数据和传播特性,配置ris单元的初始状态,并利用信道模型动态调整ris单元的配置;基于信道模型的预测结果,调整ris单元的反射系数γ和相位实现基站和ris的协同工作,最大化覆盖区域和信号质量;所述全方位信号的相关公式如下:

21、

22、其中,z(s0)为待估计点的信号强度,n为已知点的总数,λi为第i个已知点的权重,z(si)为第i个已知点的信号强度。

23、所述信道模型的具体公式如下:

24、

25、其中,pl(d)为发射机和接收机之间距离d的路径损耗,pl(d0)为参考距离d0的路径损耗,n为路径损耗指数,xσ为阴影衰落的平均值高斯随机变量,lris为ris引入的额外路径损耗。

26、作为本发明所述ris的企业内网全域覆盖方法的一种优选方案,其中:所述山区通信盲区包括以下步骤:利用地形数据和信号强度测量,定位通信盲区,通过信道模型评估覆盖难点;根据盲区预测模型的预测结果,配置ris相控阵改变传输路径,利用优化算法动态调整ris单元的反射系数γ和相位实现盲区的信号覆盖;根据用户分布,优化ris单元的方向性和功率分配,实现点对点的覆盖,最大化信号强度和质量;通过自适应路由算法,将城市有信号区和山区通信盲区的通信资源进行整合,实现多跳传输和建链通信。

27、作为本发明所述ris的企业内网全域覆盖方法的一种优选方案,其中:所述用户分布的相关公式如下:

28、

29、其中,pi为分配给第i个用户的功率,αi为第i个用户的信道增益,γi为第i个用户的目标sinr,ptotal为总可用功率,n为全向天线阵列元素总数。

30、所述建链通信的具体公式如下:

31、pr=pt+gt+gr-pl(d)

32、其中,pr为接r收功率,pt为发射t功率,gt为发射t天线增益,gr为接收r天线增益,pl(d)为发射机和接收机之间距离d的路径损耗。

33、作为本发明所述ris的企业内网全域覆盖方法的一种优选方案,其中:所述多跳传输包括以下步骤:通过移动ris平台调整覆盖区域,实时评估网络状态;所述网络状态包括覆盖率、信号质量和负载均衡度;利用粒子群优化算法优化ris单元位置,并通过波束成形技术调整节点角度以适应复杂地形;通过信道模型预测通信需求并配置ris单元;根据评估结果,动态调整ris单元的位置和角度,实现企业内网全域覆盖。

34、第二方面,本发明实施例提供了基于ris的企业内网全域覆盖系统,其包括:接收模块,用于根据自适应相位调节算法设置多层超材料结构的ris单元,优化频率响应,实现全方位信号接收和发射;建立模块,用于根据全方位信号分析城市有信号区覆盖和传播特性,构建信道模型,实现基站和ris单元协同工作;覆盖模块,用于通过ris相控阵识别山区通信盲区,改变传输路径的方向,覆盖到用户基站,实现盲区建链通信;调整模块,用于结合城市有信号区和山区通信盲区,动态调整ris单元的位置和角度,实现企业内网全域覆盖。

35、第三方面,本发明实施例提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其中:所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的ris的企业内网全域覆盖方法的步骤。

36、第四方面,本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其中:所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的ris的企业内网全域覆盖方法的步骤。

37、本发明有益效果为:本发明通过自适应相位调节算法和多层超材料结构的ris单元,优化频率响应,实现全方位信号接收和发射;通过联邦学习框架优化ris配置,使基站和ris单元协同工作,提升覆盖区的通信效能;通过ris相控阵识别并覆盖山区通信盲区,实现盲区建链通信;结合城市有信号区和山区通信盲区,动态调整ris单元的位置和角度,实现企业内网的全域覆盖,提高通信网络的适应性和覆盖效率。

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