CN114024595B - 用于水陆终端的通信方法和*** - Google Patents
用于水陆终端的通信方法和*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN114024595B CN114024595B CN202111344787.XA CN202111344787A CN114024595B CN 114024595 B CN114024595 B CN 114024595B CN 202111344787 A CN202111344787 A CN 202111344787A CN 114024595 B CN114024595 B CN 114024595B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ris
- reconfigurable intelligent
- reflection
- data signal
- terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
- H04B13/02—Transmission systems in which the medium consists of the earth or a large mass of water thereon, e.g. earth telegraphy
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
- H04L5/14—Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
- H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
- H04W4/40—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
- H04W4/42—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P] for mass transport vehicles, e.g. buses, trains or aircraft
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W40/00—Communication routing or communication path finding
- H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
- H04W40/22—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing using selective relaying for reaching a BTS [Base Transceiver Station] or an access point
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/14—Relay systems
- H04B7/15—Active relay systems
- H04B7/155—Ground-based stations
- H04B7/15528—Control of operation parameters of a relay station to exploit the physical medium
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radio Relay Systems (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于水陆终端的通信方法和***，其核心是采用可重构智能反射面RIS，实现中继设备（母船）与陆地终端之间的双向通信，充分利用可重构智能反射面RIS的各项优点性能，提高水陆通信的便捷性和精准度。进一步，将电缆有线通信+RIS无线通信（电力线载波通信技术与可重构智能反射面辅助的无线射频通信技术相结合），构成水陆终端之间的完整通信链条，结合了二者的优点，建设简单，成本低，信息交互效果好。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种用于水陆终端的无线通信技术。
背景技术
我国海洋面积辽阔，蕴藏着丰富的油气、矿产和生物资源。随着人类了解及开发海洋的步伐逐渐加快，水陆进行通信的需求也越来越迫切。示例的，在海洋科学考察活动中、海洋环境监测活动中、海洋资源调查与开发活动中、渔业资源捕捞活动中等，水下终端（S）(如水下机器人、水下传感器等)与水面母船、以及陆地终端（D）之间迫切需要一种无线的、可靠的、有较好保密性的双向信息传输方式，以传输文字、声音、图像、控制信号等信息。
目前主流的水陆通信有A水声通信和B水下光无线通信。其中，A：水声信道是无线通信领域中最为复杂的一种信道，是由声波在海洋中传播时受到海面的波浪起伏、海底的分层不均匀和不平整、以及海水介质的非均匀性所产生的散射、折射效应而造成的。但是，1、其带宽资源有限：在无线电通信中，能够使用的频段范围为2 kHz—3000 GHz，声波(超声波)的最高频率也可以达到5 GHz或更高，然而当应用到水声通信中时，其可用带宽就只有大约几十kHz的量级，这主要是由于高频声波在海水中传播时会产生严重衰减；2、噪声干扰严重：海洋中的潮汐、洋流、海面波浪、地震活动、生物群体和交通航运等噪声，将带来严重的传播损失；3、性能差：海水介质（如温度、季节流、潮汐）的随机不均匀性，海洋中的声场也是随机起伏的，这种随机起伏效应也会影响着水声通信的性能。B：水下光无线通信不稳定，严重影响传输性能和准确性。
现有的水陆通信方案，多采用水声通信+卫星通信，具体的：水下终端（S）通过水声通信将信息传递给母船，再通过卫星通信传达至陆地终端（D）。但是，正如上述所说，水声通信具备很多致命缺点，加上卫星通信成本高且双向通信功能受限。因此，水陆终端之间如何方便快捷、准确低成本的达到双向通信，是目前亟待解决的一个重要技术问题，关乎于海洋的进一步了解和更有效开发。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于水陆终端的通信方法，包括：
S1：水下终端S，发送数据信号至中继设备T；
S2：所述中继设备T接收所述数据信号，并发送至可重构智能反射面；
S3：所述可重构智能反射面，反射调节所述数据信号的幅度和相位，将反射调节后的所述数据信号，发送至陆地终端D；
或
S1’：所述陆地终端D，发送数据信号至所述可重构智能反射面；
S2’：所述可重构智能反射面，接收所述数据信号，并反射调节所述数据信号的幅度和相位，将反射调节后的所述数据信号，发送至所述中继设备T；
S3’：所述中继设备T，接收所述反射调节后的所述数据信号，并发送至所述水下终端S。
进一步地，所述步骤S3中，反射调节所述数据信号的幅度和相位，包括：
S31：调节所述数据信号的幅度，达到最大幅度；
S32：调节所述数据信号的相位，定向发送至所述陆地终端D；
步骤S2’中，反射调节所述数据信号的幅度和相位，包括：
S21’：调节所述数据信号的幅度，达到最大幅度；
S22’：调节所述数据信号的相位，定向发送至所述中继设备T。
进一步地，所述步骤步骤S31，包括：
S31a：根据所述可重构智能反射面RIS的性能参数，确定所述中继设备T至所述可重构智能反射面RIS之间的衰落信道为
；
S31b：根据所述可重构智能反射面RIS的性能参数，确定所述可重构智能反射面RIS至所述陆地终端D之间的衰落信道为
；
S31c：控制所述可重构智能反射面RIS的每个反射单元的反射系数中，满足
，使得所述陆地终端D接收的信号达到最大幅度；
所述步骤S31’，包括：
S21’a：根据所述可重构智能反射面RIS的性能参数，确定所述陆地终端D至所述可重构智能反射面RIS之间的衰落信道为
；
S21’b：根据所述可重构智能反射面RIS的性能参数，确定所述可重构智能反射面RIS至所述中继设备T之间的衰落信道为
；
S21’c：控制所述可重构智能反射面RIS的每个反射单元的反射系数中，满足
，使得所述中继设备T接收的信号达到最大幅度；
其中，
、/>
分别为信道/>
的幅度和相位，/>
、/>
分别为信道/>
的幅度和相位，/>
为可重构智能反射面的每个反射单元的反射系数的相位。
进一步地，所述步骤步骤S32，包括：
S32a：感应所述陆地终端D的位置；
S32b：根据所述陆地终端D的位置，分析所述可重构智能反射面RIS的每个反射单元的预期通断状态，以将所述数据信号定向发送至所述陆地终端D；
S32c：根据所述预期通断状态，发出控制信号，控制所述可重构智能反射面RIS的每个反射单元的通断；
所述步骤S22’，包括：
S22’a：感应所述中继设备T的位置；
S22’b：根据所述中继设备T的位置，分析所述可重构智能反射面RIS的每个反射单元的预期通断状态，以将所述数据信号定向发送至所述中继设备T；
S22’c：根据所述预期通断状态，发出控制信号，控制所述可重构智能反射面RIS的每个反射单元的通断。
另一方面，本发明还提供一种用于水陆终端的通信***，包括：依次连接的水下终端S、中继设备T、可重构智能反射面RIS和陆地终端D；
所述通信***，用于执行权利要求1-4任意一项所述的通信方法。
进一步地，所述通信***，还包括：控制装置，与所述可重构智能反射面RIS连接，用于控制所述可重构智能反射面RIS，反射调节数据信号的幅度和相位。
进一步地，所述控制装置X，包括：接收单元X100、传感单元X200、分析单元X300和控制单元X400；
所述接收单元X100，与所述分析单元X300连接，用于接收所述可重构智能反射面RIS的性能参数，并发送至所述分析单元X300；
所述传感单元X200，与所述分析单元X300连接，用于感应所述陆地终端D或所述中继设备T的实时位置，并发送至所述分析单元X300；
所述分析单元X300，与所述控制单元X400连接，用于根据所述可重构智能反射面RIS的性能参数和所述陆地终端D或所述中继设备T的实时位置，确定所述可重构智能反射面的每个反射单元的反射系数的相位
和预期通断状态，并发送至所述控制单元X400；
所述控制单元X400，与所述可重构智能反射面RIS连接，用于根据
和预期通断状态发出控制信号，控制所述可重构智能反射面RIS。
进一步地，所述中继设备T，设置在轮船上。
进一步地，所述可重构智能反射面RIS，设置在空中飞行器上。
进一步地，所述水下终端S与所述中继设备T之间，采用电缆连接。
本发明提供的用于水陆终端的通信方法和***，其发明核心是采用可重构智能反射面RIS，实现中继设备（母船）与陆地终端之间的双向通信。其优点不言而喻：1、可重构智能反射面RIS大小、尺寸、数量和间距等性能参数，可根据实际需求而设计，优选设置在空中飞行器（如无人机、飞机等）上，不仅安装便捷、成本低廉，而且安装在宽广辽阔的天空上，能全面覆盖海洋范围，应用范围广泛；2、可重构智能反射面RIS，是无线通信网络中的辅助设备，在现有通信***中部署可重构智能反射面时，无需做出标准化和硬件方面的改变，仅需匹配其通信协议；不受接收机噪声影响，接收信号时不需要模数/数模转换和功率放大器等器件，减少了噪声的引入和放大，可提供全双工传输，理论上可以工作于任何频率；可见其应用范围广，适用性强；3、可重构智能反射面RIS是由无源元件/结构构成，每一个元件仅具有反射功能（对输入信号进行调幅，相移等功能），几乎不消耗功率，理想情况不需要任何能源，符合节能降耗要求，大大降低了使用成本。此处仅给出该方法的优点示例，不以此为限。
附图说明
图1-2为本发明用于水陆终端的通信方法的一个实施例的流程图；
图3为本发明用于水陆终端的通信***的一个实施例的结构图；
图4-5为本发明用于水陆终端的通信方法的步骤S3和S2’的一个实施例的流程图；
图6-7为本发明用于水陆终端的通信方法的步骤S31和S21’的一个实施例的流程图；
图8-9为本发明用于水陆终端的通信方法的步骤S32和S22’的一个实施例的流程图；
图10为本发明可重构智能反射面RIS的一个实施例的结构图；
图11为本发明可重构智能反射面RIS的一个实施例的电压控制图；
图12-14为本发明可重构智能反射面的三个实施例的相位示意图；
图15为本发明用于水陆终端的通信方法与其它方法的效果对比图；
图16为本发明用于水陆终端的通信***的一个实施例的结构框图；
图17为本发明用于水陆终端的通信***的控制装置的一个实施例的结构框图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明提供一种用于水陆终端的通信方法，包括：
S1：水下终端S，发送数据信号至中继设备T；
S2：中继设备T接收数据信号，并发送至可重构智能反射面RIS；
S3：可重构智能反射面RIS，反射调节数据信号的幅度和相位，将反射调节后的数据信号，发送至陆地终端D；
或
S1’：陆地终端D，发送数据信号至可重构智能反射面RIS；
S2’：可重构智能反射面RIS，接收数据信号，并反射调节数据信号的幅度和相位，将反射调节后的数据信号，发送至中继设备T；
S3’：中继设备T，接收反射调节后的数据信号，并发送至水下终端S。
在该实施例中，给出了水陆终端双向通信的一种具体实施方式，其发明核心是采用可重构智能反射面RIS，实现中继设备（母船）与陆地终端之间的双向通信。具体的，该双向通信的数据信号，可选但不仅限于为图片、视频、文本、控制信号等。优选的，水下终端，可选但不仅限于反馈文字、声音、图像等给陆地终端（控制中心）；陆地终端，可选但不仅限于发送控制信号给水下终端。在该实施例中，利用可重构智能反射面RIS的优点不言而喻：1、可重构智能反射面RIS大小、尺寸、数量和间距等性能参数，可根据实际需求而设计，优选设置在空中飞行器（如无人机、飞机等）上，不仅安装便捷、成本低廉，而且安装在宽广辽阔的天空上，能全面覆盖海洋范围，应用范围广泛；2、可重构智能反射面RIS，是无线通信网络中的辅助设备，在现有通信***中部署可重构智能反射面时，无需做出标准化和硬件方面的改变，仅需匹配其通信协议；不受接收机噪声影响，接收信号时不需要模数/数模转换和功率放大器等器件，减少了噪声的引入和放大，可提供全双工传输，理论上可以工作于任何频率；可见其应用范围广，适用性强；3、可重构智能反射面RIS是由无源元件/结构构成，每一个元件仅具有反射功能（对输入信号进行调幅，相移等功能），几乎不消耗功率，理想情况不需要任何能源，符合节能降耗要求，大大降低了使用成本。此处仅给出该方法的优点示例，不以此为限。可见，该实施方式，为水陆终端的双向通信，提供了一种方便快捷、准确性高、成本低廉的通信方式，对海洋资源的进一步了解和开发提供了有效保障。
具体的，如图3所示，水下终端S与中继设备T之间，可选但不仅限于采用脐带电缆的有效通信，利用电力线载波通信技术，一方面，可以充分利用已经架设好的输电线，不用引入新的通信线路，不仅实现成本低，而且可充分应用于海底管道、矿井等不利于铺设新线路的环境；另一方面，该有线通信方式，不受水下的潮汐、噪声、水温等影响，稳定性强，且电力载波的信号调制与解调技术，采用正交频分复用的原理，技术已相当成熟，广泛应用于多种电子通信领域，准确性高。
在该实施例中，通过电缆有线通信+RIS无线通信（电力线载波通信技术与可重构智能反射面辅助的无线射频通信技术相结合），构成水陆终端之间的完整通信链条，结合了二者的优点，建设简单，成本低，信息交互效果好。
更为具体的，如图3所示，以水下终端S向陆地终端D发送数据信号为例，在第一个通信时隙（S-T）：水下终端S把信号通过脐带电缆传递到母船上的中继设备T，设其接收到的信号为
，其中，/>
表示平均传送功率，/>
表示水下终端通过PLC链路传送的数据信号，/>
表示高斯白噪声；在第二个通信时隙（T-RIS）：中继设备T通过解码转发协议，即对接收到的信号进行放大，而不执行任何类型的解码，设定放大增益为G，把信号通过无线射频链路传递到无人机上的可重构智能反射面RIS；在第三个通信间隙（RIS-D）：可重构智能反射面RIS对信号相位进行调整后，定向覆盖，最终传到陆地终端D（控制中心接收机），其接收到的信号为/>
，/>
表示平均传送功率，/>
和/>
为服从瑞利分布的随机变量，其均值和方差分别为/>
和/>
，/>
表示中继设备T发送的数据信号，/>
表示高斯白噪声。
更为具体的，如图4所示步骤，S3中，反射调节数据信号的幅度和相位，可选但不仅限于包括：
S31：调节数据信号的幅度，达到最大幅度；
S32：调节数据信号的相位，定向发送至陆地终端D；
如图5所示，步骤S2’中，反射调节数据信号的幅度和相位，可选但不仅限于包括：
S21’：调节数据信号的幅度，达到最大幅度；
S22’：调节数据信号的相位，定向发送至中继设备T。
在该实施例中，给出了调节数据信号的幅度和相位的具体目标和要求，使其幅度达到其能达到的最大幅度，以增强其信号强度；相位达到需要传达的具***置，以定向覆盖需要信号的设备（陆地终端D或中继设备T）。最终实现信号的传播可控性，提高水陆通信的准确性和精准度。
更为优选的，如图6所示，步骤S31，可选但不仅限于包括：
S31a：根据可重构智能反射面RIS的性能参数，确定中继设备T至可重构智能反射面RIS之间的衰落信道为
；
S31b：根据可重构智能反射面RIS的性能参数，确定可重构智能反射面RIS至陆地终端D之间的衰落信道为
；
S31c：控制可重构智能反射面RIS的每个反射单元的反射系数中，满足
，使得陆地终端D接收的信号达到最大幅度；
如图7所示，步骤S21’，可选但不仅限于包括：
S21’a：根据可重构智能反射面RIS的性能参数，确定陆地终端D至可重构智能反射面RIS之间的衰落信道为
；
S21’b：根据可重构智能反射面RIS的性能参数，确定可重构智能反射面RIS至中继设备T之间的衰落信道为
；
S21’c：控制可重构智能反射面RIS的每个反射单元的反射系数中，满足
，使得中继设备T接收的信号达到最大幅度；
其中，
、/>
分别为信道/>
的幅度和相位，/>
、/>
分别为信道/>
的幅度和相位，/>
为可重构智能反射面的每个反射单元的反射系数的相位。
在该实施例中，给出了调节数据信号的幅度达到最大幅度的一个具体实施例，详细说明了可重构智能反射面RIS如何调节幅度的具体方式。如图3所示，以水下终端S向陆地终端D发送数据信号为例，假设T-RIS和RIS-D之间的无线信道服从瑞利衰落
和
，T-RIS和RIS-D之间的衰落信道和可重构智能反射面RIS的反射单元个数i相关，
和/>
分别为信道/>
的幅度和相位，/>
和/>
分别为信道/>
的幅度和相位，/>
和/>
为服从瑞利分布的随机变量，其均值和方差分别为/>
和/>
。可重构智能反射面RIS能准确获得信道/>
和/>
的相位/>
、/>
，设其第i个可重构单元的反射系数为/>
，从而经过RIS反射后的信号的瞬时信噪比可选但不仅限于标记为：/>
，/>
为现场环境决定的平均信噪比，为此在平均信噪比/>
一定的情况下，FPGA控制器通过控制可重构智能反射面RIS的反射面板单元使得/>
时，可获得最大的瞬时信噪比，获得理想的最大接收信号，即最大幅度/>
，从而实现电磁波的主动控制。
更为具体的，如图8所示，步骤S32，可选但不仅限于包括：
S32a：感应陆地终端D的位置；
S32b：根据陆地终端D的位置，分析可重构智能反射面RIS的每个反射单元的预期通断状态，以将数据信号定向发送至陆地终端D；
S32c：根据预期通断状态，发出控制信号，控制可重构智能反射面RIS的每个反射单元的通断；
如图9所示，步骤S22’，可选但不仅限于包括：
S22’a：感应中继设备T的位置；
S22’b：根据中继设备T的位置，分析可重构智能反射面RIS的每个反射单元的预期通断状态，以将数据信号定向发送至中继设备T；
S22’c：根据预期通断状态，发出控制信号，控制可重构智能反射面RIS的每个反射单元的通断。
在该实施例中，给出了调节数据信号的相位，定向覆盖至陆地终端D或中继设备T的一个具体实施例，详细说明了可重构智能反射面RIS如何调节相位的具体方式。更为具体的，步骤S32b、S32c；S22’b 、S22’c中，控制器可选但不仅限于采用FPGA、单片机等微处理器，负责可重构智能反射面RIS的定时更新，配合控制其通断的工作状态。更为具体的，以图10为例，可重构智能反射面RIS，可选但不仅限于包括三层架构：1、外层介质基板，其上印刷附着大量金属片元件，与入射信号直接相互作用，由FPGA控制每个单元上面的二极管的反偏电压如图11，从而实现反射面单元的通断，反射面单元不同通断的情况即可实现信号波束不同的反射状态相位方向变化；2、中层隔离层，可选但不仅限于为铜板，避免信号能量泄露；3、内层控制层，可选但不仅限于为负责调整每个元件反射幅度和相位的控制电路板，由附在可重构智能反射面RIS上的FPGA、单片机等智能控制器触发。更为具体的，其触发状态，即可重构智能反射面RIS的每个反射单元的预期通断状态与其相位的关系，可选但不仅限于通过表1-4和图12-14说明。
表1 可重构智能反射面RIS面板初始状态表1/0状态
当8*8的面板单元状态为全1的时候，如表2所示，数据信号传播到可重构智能反射面RIS后，经可重构智能反射面RIS反射后只有一个方向的波束信号，如图12。
表2 可重构智能反射面RIS面板状态1表（全1状态）
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
当8*8的面板单元状态为0、1间隔的时候，如表3所示，数据信号传播到可重构智能反射面RIS后，经可重构智能反射面RIS反射后有两个方向的波束信号，如图13示。
表3 可重构智能反射面RIS面板状态2表（0/1间隔状态）
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
当8*8的面板单元状态为0、1、0、1棋盘状的时候，如表4所示，数据信号传播到可重构智能反射面RIS后，经可重构智能反射面RIS反射后有四个方向的波束信号，如图14示。
表4 可重构智能反射面RIS面板状态3表（0/1棋盘状态）
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
为详细说明本发明通信方法的有效性，参照图15所示，为有可重构智能反射面RIS辅助的通信***的中断概率低于没有RIS辅助的通信***，且随着信噪比的增加，效果越明显。同时可重构智能反射面RIS反射单元个数N越大即反射面个数越多，***中断概率越小，即***整体性能越好。
另一方面，本发明还在上述通信方法的基础上，提供一种用于执行上述通信方法的通信***，如图3所示，包括：依次连接的水下终端S、中继设备T、可重构智能反射面RIS和陆地终端D。具体的，水下终端S，可选但不仅限于为水下机器人、水下传感器等水下独立设备或者潜水员、潜艇等携带的设备。中继设备，可选但不仅限于设置在轮船上，与母船双向通信，交流信息数据或控制数据。可重构智能反射面RIS，可选但不仅限于设置在空中飞行器上，优选为无人机或飞机等；具体结构可选但不仅限于采用人工电磁超材料制造，这种材料由专门设计的亚波长结构元素的周期性排列组成，具有自然界不存在的独特电磁特性，例如负折射、完全吸收和异常反射/散射。其几何形状如方形或开口环、尺寸、方向、排列等，可由本领域技术人员根据实际需求而任意设定，以相应地修改其单个单元信号的响应反射振幅和相位。陆地终端D，可选但不仅限于控制室的终端设备，通过人机操作截面完成数据的接收查看、分析处理以及控制数据的发送等。更为具体的，水下终端S与中继设备T之间，可选但不仅限于采用脐带电缆的PLC链路实现通信连接；中继设备T与可重构智能反射面RIS及可重构智能反射面RIS与陆地终端D之间，可选但不仅限于采用射频RF链路实现通信连接。
值得注意的，本发明的通信***，与上述任意的通信方法对应，其技术特征的组合和技术效果并不以示例为限，在此不再赘述。具体的，水下终端S、中继设备T、可重构智能反射面RIS和陆地终端D的具体结构、尺寸、反射单元的分布和个数、单元间距等参数可由本领域技术人员根据实际需求自定义。
更为具体的，可重构智能反射面的反射调节过程，可由本领域技术人员根据幅度、相位的要求预先手动调节好可重构智能反射面的性能参数，然后再进行反射过程，或通过FPGA、单片机等控制器自动调节。优选的，可重构智能反射面的性能参数及反射系数、通断状态等可根据实时感应的陆地终端D或中继设备T的当前位置，以实时更新匹配。
优选的，如图16所示，该通信***，还包括：控制装置X，与可重构智能反射面RIS连接，用于控制可重构智能反射面RIS，反射调节5G电磁波信号的幅度和相位。
更为优选的，如图17所示，该控制装置X，包括：接收单元X100、传感单元X200、分析单元X300和控制单元X400。其中，接收单元X100，与分析单元X300连接，用于接收可重构智能反射面RIS的性能参数，并发送至分析单元X300；传感单元X200，与分析单元X300连接，用于感应陆地终端D或中继设备T的位置，并发送至分析单元X300；分析单元X300，与控制单元X400连接，用于分析
和可重构智能反射面RIS的预期通断状态并发送至控制单元X400；控制单元X400，与可重构智能反射面RIS连接，用于根据/>
和预期通断状态发出控制信号，控制可重构智能反射面RIS。
在该实施例中，给出了控制装置X的一个具体实施例，能根据可重构智能反射面的性能参数和需要定向发送数据信号的设备的实时位置，确定反射后的数据信号的幅度和相位，自动化程度更高，匹配性更强。
上述通信***基于上述通信方法创造，其技术特征的组合、技术作用和有益效果在此不再赘述，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种用于水陆终端的通信方法，其特征在于，包括：
S1：水下终端(S)，发送数据信号至中继设备(T)；
S2：所述中继设备(T)接收所述数据信号，并发送至可重构智能反射面；
S3：所述可重构智能反射面，反射调节所述数据信号的幅度和相位，将反射调节后的所述数据信号，发送至陆地终端(D)；
或
S1’：所述陆地终端(D)，发送数据信号至所述可重构智能反射面；
S2’：所述可重构智能反射面，接收所述数据信号，并反射调节所述数据信号的幅度和相位，将反射调节后的所述数据信号，发送至所述中继设备(T)；
S3’：所述中继设备(T)，接收所述反射调节后的所述数据信号，并发送至所述水下终端(S)；
步骤S3中，反射调节所述数据信号的幅度和相位，包括：
S31：调节所述数据信号的幅度，达到最大幅度；
S32：调节所述数据信号的相位，定向发送至所述陆地终端(D)；
步骤S2’中，反射调节所述数据信号的幅度和相位，包括：
S21’：调节所述数据信号的幅度，达到最大幅度；
S22’：调节所述数据信号的相位，定向发送至所述中继设备(T)；
所述步骤S31，包括：
S31a：根据所述可重构智能反射面(RIS)的性能参数，确定所述中继设备(T)至所述可重构智能反射面(RIS)之间的衰落信道为
S31b：根据所述可重构智能反射面(RIS)的性能参数，确定所述可重构智能反射面(RIS)至所述陆地终端(D)之间的衰落信道为
S31c：控制所述可重构智能反射面(RIS)的每个反射单元的反射系数中，满足
使得所述陆地终端(D)接收的信号达到最大幅度；
所述步骤S21’，包括：
S21’a：根据所述可重构智能反射面(RIS)的性能参数，确定所述陆地终端(D)至所述可重构智能反射面(RIS)之间的衰落信道为
S21’b：根据所述可重构智能反射面(RIS)的性能参数，确定所述可重构智能反射面(RIS)至所述中继设备(T)之间的衰落信道为
S21’c：控制所述可重构智能反射面(RIS)的每个反射单元的反射系数中，满足
使得所述中继设备(T)接收的信号达到最大幅度；
其中，αi、θi分别为信道hi的幅度和相位，βi、
分别为信道gi的幅度和相位，φi为可重构智能反射面的每个反射单元的反射系数的相位。
2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，
所述步骤S32，包括：
S32a：感应所述陆地终端(D)的位置；
S32b：根据所述陆地终端(D)的位置，分析所述可重构智能反射面(RIS)的每个反射单元的预期通断状态，以将所述数据信号定向发送至所述陆地终端(D)；
S32c：根据所述预期通断状态，发出控制信号，控制所述可重构智能反射面(RIS)的每个反射单元的通断；
所述步骤S22’，包括：
S22’a：感应所述中继设备(T)的位置；
S22’b：根据所述中继设备(T)的位置，分析所述可重构智能反射面(RIS)的每个反射单元的预期通断状态，以将所述数据信号定向发送至所述中继设备(T)；
S22’c：根据所述预期通断状态，发出控制信号，控制所述可重构智能反射面(RIS)的每个反射单元的通断。
3.一种用于水陆终端的通信***，其特征在于，包括：依次连接的水下终端(S)、中继设备(T)、可重构智能反射面(RIS)和陆地终端(D)；
所述通信***，用于执行权利要求1-2任意一项所述的通信方法。
4.根据权利要求3所述的通信***，其特征在于，还包括：控制装置，与所述可重构智能反射面(RIS)连接，用于控制所述可重构智能反射面(RIS)，反射调节数据信号的幅度和相位。
5.根据权利要求4所述的通信***，其特征在于，所述控制装置(X)，包括：接收单元(X100)、传感单元(X200)、分析单元(X300)和控制单元(X400)；
所述接收单元(X100)，与所述分析单元(X300)连接，用于接收所述可重构智能反射面(RIS)的性能参数，并发送至所述分析单元(X300)；
所述传感单元(X200)，与所述分析单元(X300)连接，用于感应所述陆地终端(D)或所述中继设备(T)的实时位置，并发送至所述分析单元(X300)；
所述分析单元(X300)，与所述控制单元(X400)连接，用于根据所述可重构智能反射面(RIS)的性能参数和所述陆地终端(D)或所述中继设备(T)的实时位置，确定所述可重构智能反射面的每个反射单元的反射系数的相位φi和预期通断状态，并发送至所述控制单元(X400)；
所述控制单元(X400)，与所述可重构智能反射面RIS连接，用于根据φi和预期通断状态发出控制信号，控制所述可重构智能反射面RIS。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的通信***，其特征在于，所述中继设备(T)，设置在轮船上。
7.根据权利要求4-5任意一项所述的通信***，其特征在于，所述可重构智能反射面(RIS)，设置在空中飞行器上。
8.根据权利要求3-5任意一项所述的通信***，其特征在于，所述水下终端(S)与所述中继设备(T)之间，采用电缆连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111344787.XA CN114024595B (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 用于水陆终端的通信方法和*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111344787.XA CN114024595B (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 用于水陆终端的通信方法和*** |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114024595A CN114024595A (zh) | 2022-02-08 |
| CN114024595B true CN114024595B (zh) | 2023-06-06 |
Family
ID=80064172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111344787.XA Active CN114024595B (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 用于水陆终端的通信方法和*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114024595B (zh) |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI342682B (en) * | 2003-05-28 | 2011-05-21 | Ericsson Telefon Ab L M | Method and system for wireless communication networks using relaying |
| US7711322B2 (en) * | 2005-06-15 | 2010-05-04 | Wireless Fibre Systems | Underwater communications system and method |
| JP4922426B2 (ja) * | 2010-03-30 | 2012-04-25 | 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ | 反射板装置、無線基地局及び無線通信方法 |
| CN105187133B (zh) * | 2015-09-30 | 2017-10-13 | 常州机电职业技术学院 | 一种载波频率自适应水下通信方法及其装置 |
| US11289817B2 (en) * | 2019-05-03 | 2022-03-29 | The Johns Hopkins University | Reconfigurable reflectarry for passive communications |
| KR102192234B1 (ko) * | 2019-10-28 | 2020-12-17 | 성균관대학교 산학협력단 | 지능형 반사 평면을 포함하는 무선 통신 시스템의 통신 방법 및 이를 위한 장치 |
| CN111093267B (zh) * | 2019-12-23 | 2021-03-26 | 华中科技大学 | 一种基于irs的ue位置确定方法、通信方法及*** |
| CN110839204B (zh) * | 2019-12-23 | 2020-10-16 | 华中科技大学 | 一种irs辅助通信***的通信优化方法及装置 |
| CN111314893B (zh) * | 2020-02-17 | 2022-04-08 | 电子科技大学 | 反射面辅助的设备到设备通信***设计方法 |
| US20210302561A1 (en) * | 2020-03-31 | 2021-09-30 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Systems and methods for locating user equipment in a wireless network |
| CN112564758B (zh) * | 2020-11-25 | 2022-07-05 | 东南大学 | 一种采用分布式智能反射面辅助的宽带无线传输方法 |
| CN113556164B (zh) * | 2021-06-30 | 2024-02-27 | 杭州电子科技大学 | Irs辅助的swipt***中基于能效优先的波束成型优化方法 |
-
2021
- 2021-11-15 CN CN202111344787.XA patent/CN114024595B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114024595A (zh) | 2022-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gussen et al. | A survey of underwater wireless communication technologies | |
| Sharma et al. | Magnetic induction-based non-conventional media communications: A review | |
| Lanbo et al. | Prospects and problems of wireless communication for underwater sensor networks | |
| Kisseleff et al. | Reconfigurable intelligent surfaces in challenging environments: Underwater, underground, industrial and disaster | |
| CN113285897A (zh) | 车联网环境下ris***中基于定位信息辅助的信道估计方法及*** | |
| CN113810975B (zh) | 一种混合多中继与智能反射面辅助无线通信网络的最优中继选择方法 | |
| CN114124266B (zh) | 一种基于irs辅助无人机与无人船通信的信道建模方法 | |
| TP et al. | Underwater communications | |
| GB2457581A (en) | An array of subsea radio modems is distributed on the seabed to provide a radio communications network | |
| Emokpae et al. | Highly directional multipath free high data-rate communications with a reconfigurable modem | |
| Yoshida et al. | Study on land-to-underwater communication | |
| Fan et al. | An SDN architecture for under water search and surveillance | |
| Hsieh et al. | FD-UWA: Full-duplex underwater acoustic comms via self-interference cancellation in space | |
| CN114024595B (zh) | 用于水陆终端的通信方法和*** | |
| Ebihara et al. | Field testing of underwater acoustic communication using Doppler-resilient orthogonal signal division multiplexing in coastal area of Suruga Bay | |
| Ma et al. | 6G: Ubiquitously extending to the vast underwater world of the oceans | |
| Cappelli et al. | Underwater to above water LoRaWAN networking: Theoretical analysis and field tests | |
| EP3514989B1 (en) | Underwater radio communication system, transmission unit, receiving unit, and underwater radio communication method | |
| Hsieh et al. | Full-duplex underwater acoustic communications via self-interference cancellation in space | |
| Gadagkar et al. | A comprehensive review on wireless technologies and their issues with underwater communications | |
| TW201351909A (zh) | 多入多出系統中訊號之傳輸和／或接收裝置 | |
| CN114828192A (zh) | 一种混合水声和射频传输的跨介质通信的功率分配方法 | |
| CN110412994B (zh) | 一种微型水下机器人运载水听器自主编队***及控制方法 | |
| Mittal et al. | Different Communication Technologies and Challenges for implementing Under Water Sensor Network | |
| Netchaev et al. | Medium range underwater communication development system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |