基于智能超表面技术的通信广域覆盖系统及方法

本技术涉及通信，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：

1、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。

2、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。

3、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。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本技术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。

2、本技术实施例的第一方面，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：

3、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；

4、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；

5、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；

6、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。

7、本技术实施例的第二方面，公开了一种基于智能超表面技术的通信广域覆盖方法，应用于本技术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：

8、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；

9、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；

10、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。

11、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：

12、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；

13、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。

14、可选地，所述方法还包括：

15、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；

16、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；

17、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。

18、可选地，所述方法还包括：

19、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；

20、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；

21、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；

22、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；

23、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。

24、可选地，所述方法还包括：

25、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；

26、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；

27、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。

28、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。

29、本技术实施例包括以下优点：

30、在本技术实施例中，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。

31、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。