CN115241651A - 超表面、数据处理方法、装置、电子设备、介质和产品 - Google Patents

超表面、数据处理方法、装置、电子设备、介质和产品 Download PDF

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CN115241651A CN202210798114.XA CN202210798114A CN115241651A CN 115241651 A CN115241651 A CN 115241651A CN 202210798114 A CN202210798114 A CN 202210798114A CN 115241651 A CN115241651 A CN 115241651A
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Abstract

本申请公开了一种超表面、数据处理方法、装置、电子设备、介质和产品。该超表面包括多个元原子，每个元原子为多层结构，每层结构对一个波束频段起主导作用，每个所述元原子包括金属图案层；所述金属图案层中包括至少一个二极管；针对每层结构，所述元原子的相位基于所述至少一个二极管的偏置电压而改变，元原子相位的不同排列使超表面产生不同方向的波束，所述至少一个二极管的偏置电压与目标层结构对应的波束频段相对应；其中，目标层结构为多层结构中的任意一层结构。通过调控超表面多层结构中不同元原子的二极管的配置电压，将发射端的入射波指向接收端的方向，以实现低成本的对多频段的物联网链路通信进行增强的效果。

Description

超表面、数据处理方法、装置、电子设备、介质和产品
技术领域
本申请涉及物联网通信领域，具体涉及一种超表面、数据处理方法、装置、电子设备、介质和产品。
背景技术
低成本的物联网设备在无处不在的智能应用中具有巨大的潜力。然而，由于设备的硬件限制，周围墙壁或家具遮挡会导致视距路径信号产生严重衰减，从而影响物联网链路的通信和感知质量。
为了缓解视距路径信号衰减以增强物联网链路，直观的解决思路是通过波束赋形来实现定向能量传播。目前可以通过可调的超表面来改变无线电环境本身来调控信号的传播。
发明人发现，现有的超表面结构只支持单一的或相近的频段，而实际中不同的物联网设备覆盖了不同的频段，且不同频段都面临一定程度的信号衰减，这意味着，若要控制不同频段的物联网链路，就需要在环境中部署多个不同的超表面，这会导致过高的硬件和维护成本。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种超表面、数据处理方法、装置、电子设备、介质和产品，以实现低成本的对多频段的物联网链路通信进行增强的效果。
本申请的技术方案如下：
第一方面，提供了一种超表面，所述超表面包括多个元原子，每个元原子为多层结构，每层结构对一个波束频段起主导作用，每个所述元原子包括金属图案层；所述金属图案层中包括至少一个二极管；
针对每层结构，所述元原子的相位基于所述至少一个二极管的偏置电压而改变，元原子相位的不同排列使超表面产生不同方向的波束，所述至少一个二极管的偏置电压与目标层结构对应的波束频段相对应。
第二方面，提供了一种数据处理方法，该方法包括：
基于发射端发射的波束，设置超表面的元原子的每层结构的偏置电压编码序列，以使所述超表面生成至少一个方向的散射波束；其中，所述超表面为权利要求1-3任一所述的超表面；
控制所述超表面在预设角度范围内进行全扫描，以使接收端接收所述至少一个方向的散射波束；
基于所述接收端接收到的所述至少一个方向的散射波束，确定目标散射波束。
第三方面，提供了一种数据处理装置，该装置包括：
设置模块，用于基于发射端发射的波束，设置超表面的元原子的每层结构的偏置电压编码序列，以使所述超表面生成至少一个方向的散射波束；其中，所述超表面为第一方面所述的超表面；
控制模块，用于控制所述超表面在预设角度范围内进行全扫描，以使接收端接收所述至少一个方向的散射波束；
第一确定模块，用于基于所述接收端接收到的所述至少一个方向的散射波束，确定目标散射波束。
第四方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现本申请实施例任一所述的数据处理方法的步骤。
第五方面，本申请实施例提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现本申请实施例任一所述的数据处理方法的步骤。
第六方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行本申请实施例任一所述的数据处理方法的步骤。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本申请实施例提供了一种超表面，该超表面包括多个元原子，每个元原子为多层结构，每层结构对一个波束频段起主导作用，每个元原子包括金属图案层；金属图案层中包括至少一个二极管；针对每层结构，元原子的相位基于至少一个二极管的偏置电压而改变，元原子相位的不同排列使超表面产生不同方向的波束，至少一个二极管的偏置电压与目标层结构对应的波束频段相对应，如此可通过调控超表面多层结构中不同元原子的二极管的配置电压，将发射端的入射波指向接收端的方向，进而实现了低成本的对多频段的物联网链路通信进行增强的效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本申请实施例涉及的跨频段超表面应用案例示意图；
图2是本申请实施例涉及的超表面对波束的转向原理示意图；
图3是本申请实施例涉及的单层超表面结构示意图；
图4是本申请实施例涉及的单层超表面的仿真示意图；
图5是本申请第一方面实施例提供的一种超表面的结构示意图；
图6是图5的侧视图；
图7是图5的中上层超表面结构层的俯视图；
图8是图5中下层超表面结构层的俯视图；
图9是本申请第一方面实施例涉及的超表面的仿真示意图；
图10是本申请第一方面实施例涉及的超表面的元原子上下层二极管状态同时切换时在不同频段的反射相位图；
图11是本申请第一方面实施例涉及的超表面的工作流程示意图；
图12是本申请第二方面实施例提供的数据处理方法的流程示意图；
图13是本申请第二方面实施例涉及的多波束生成示意图；
图14是本申请第二方面实施例涉及的双波束方向调控示意图；
图15是本申请第二方面实施例涉及的跨频段超表面***结构图；
图16是本申请第二方面实施例涉及的超表面在不同频段下的信号增益图；
图17是本申请第二方面实施例涉及的发射功率变化时的功率增益图；
图18是本申请第二方面实施例涉及的不同方向下的功率增益图；
图19是本申请第二方面实施例涉及的工作频段内不同频率下的功率增益图；
图20是本申请第二方面实施例涉及的多链路场景下的功率增益累积分布图；
图21是本申请第二方面实施例涉及的超表面用于远距离呼吸检测结果图；
图22是本申请第二方面实施例涉及的设备移动场景下的实时信道容量测试结果图
图23是本申请第三方面实施例提供的一种数据处理装置的结构示意图；
图24是本申请第四方面实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域普通人员更好地理解本申请的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的例子。
在介绍本申请的技术方案之前，首先介绍一下本申请的技术背景：
由于设备的硬件限制，周围墙壁或家具遮挡会导致视距路径信号产生严重衰减，从而影响物联网链路的通信和感知质量。为了缓解视距路径信号衰减以增强物联网链路，直观的解决思路是通过波束赋形来实现定向能量传播。目前可以通过可调的超表面来改变无线电环境本身来调控信号的传播。
然而，现有的超表面结构只支持单一的或相近的频段，而实际中不同的物联网设备覆盖了不同的频段，且不同频段都面临一定程度的信号衰减，这意味着，若要控制不同频段的物联网链路，就需要在环境中部署多个不同的超表面，这会导致过高的硬件和维护成本。如图1所示，在图1中具有第一端点(即图1中的AP1)和第二端点(即图1中的AP2)，用户1使用第一端点对应的频段(即毫米波频段，即mmWave频段)进行投屏，用户2使用第二端点对应的频段(wifi频段)来进行联网，在这种情况下，需要分别在第一端点和第二端点前部署超表面，如此成本过高。
为了解决现有技术中仅能对一个频段的物联网链路进行增强，若要对物联网中的多频段链路增强时，成本过高的问题，本申请实施例提供了一种超表面，该超表面包括多个元原子，每个元原子为多层结构，每层结构对一个波束频段起主导作用，每个元原子包括金属图案层；金属图案层中包括至少一个二极管；针对每层结构，元原子的相位基于至少一个二极管的偏置电压而改变，元原子相位的不同排列使超表面产生不同方向的波束，至少一个二极管的偏置电压与目标层结构对应的波束频段相对应，如此可通过调控超表面多层结构中不同元原子的二极管的配置电压，将发射端的入射波指向接收端的方向，进而实现了低成本的对多频段的物联网链路通信进行增强的效果。
在介绍本申请实施例提供的超表面之前，首先介绍一下超表面的相关知识：
超表面是由具有特殊电磁属性的人工元原子结构拼接而成的二维平面结构，能在亚波长结构内产生相位突变，从而对电磁波波束方向进行调控。如图2为超表面对波束的转向原理示意图，超表面的元原子在接收到入射源发射的入射波束21后，可对该入射波束的方向进行调控，调控至波束22的方向。
下面介绍如何设计本申请实施例提供的跨频段的超表面元原子：
为了实现可调波束控制，本申请实施例可以利用集成有二极管的主动元原子，通过改变施加在二极管上的偏置电压来改变元原子的反射相位。
本申请实施例可以以反射超表面为例进行说明。通常，反射元原子由三部分组成：金属图案层、介电基板层和连续金属层。印刷在介电基板层上面的金属图案可以调制元原子的相位，即通过调控金属图案层上二极管的偏置电压来调制元原子的相位，连续金属层可以充当地面来对入射波进行反射。
为了支持跨频段物联网链路增强，元原子设计需要满足两个目标：(1)实现高反射效率并具有多频段1bit相位调制特性；(2)在不同频段表现出独立的波束调控特性。
为了实现上述目标，本申请实施例首先选择一个典型的I字形的能够在单个频段实现相位调制的元原子。I形元原子的顶层由两条平行的金属条组成，两个金属条通过PIN二极管连接，这种结构被印刷在介电基板层上。在完整的超表面结构中，相邻元原子的两个金属条沿y轴相连，两个金属条分别作为正极和负极以提供直流偏置电压来驱动二极管(顶层充当电容层，电场的方向垂直于金属条)。通过切换PIN二极管的状态(ON或OFF)，可以动态调整元原子在共振频率中的响应频段。尽管可以通过改变元原子的尺寸来改变超表面工作的频段，但是一旦超表面被加工完成，就只能工作于一个固定的频段。
为了实现跨频段的超表面，需要重新设计元原子，使它们在多个频段内独立共振。通过对现有相关技术的分析，可以发现已有的元原子设计只能工作在一个频带内，是因为它们的元原子的谐振参数是单一固定的。基于此，本申请实施例试图突破传统的设计原理，考虑在元原子设计中涉及多个谐振参数，使超表面在不同频段相互作用成为可能。
具体的可以是将元原子在平面上划分为多个单元，并将不同单元分别对应于不同的工作频段，如图3所示。然而，对图3的超表面进行仿真实验(具体的可以是利用HFSS软件进行仿真实验)，可以得到如图4所述的仿真结果。从图4中可知，当改变一个频段的二极管状态时，另一个频段的相位也会发生变化(其中，图4中的(a)图为初始的频段相位，图4中的(b)图为改变了一个频段的二极管状态后，另一个频段的相位也会发生变化)。这意味着当不同频段的单元排列在同一层时，存在严重的相互干扰，造成干扰的主要原因是单元间的耦合效应。在图4中，41为将二极管从不导通变为不导通时的相位曲线，42为将二极管从不导通变为导通时的相位曲线，43为将二极管从导通变为不导通时的相位曲线，44为将二极管从导通变为导通时的相位曲线。
通过前期仿真可知单层结构可以在宽带宽内实现较高的反射效率，但仅在特定的频段表现出1bit相位调制特性。基于此，本申请实施例提出利用“坏交互”效应来实现在不同且相差较远的Wi-Fi频段和毫米波频段实现跨频段属性。本申请实施例首先缩放单层I形结构的几何参数使其在Wi-Fi频段和毫米波频段都能很好地反射，并在Wi-Fi频段具有1bit相位调制。然后在单层结构***高频的金属图案以影响其特性，使其同时能调制毫米波波段的相位。
因此，在单层结构的超表面的基础上，为了抑制耦合效应，从而避免不同频段之间的干扰，本申请实施例提供了一种超表面。该超表面包括多个元原子，每个元原子为多层结构，每层结构对一个波束频段起主导作用，每个元原子包括金属图案层；金属图案层中包括至少一个二极管；针对每层结构，元原子的相位基于至少一个二极管的偏置电压而改变，元原子相位的不同排列使超表面产生不同方向的波束，至少一个二极管的偏置电压与目标层结构对应的波束频段相对应。
其中，目标层结构可以为多层结构中的任意一层结构。
在一个示例中，参考图5-图8，该超表面的元原子50为双层结构，顶层结构和低层结构分别对Wi-Fi频段和mmWave频段起主导作用。每个元原子中可以包括金属图案层51，该金属图案层中可以包括至少一个二极管52，针对每层结构，元原子的相位基于至少一个二极管的偏置电压而改变，元原子相位的不同排列使超表面产生不同方向的波束，至少一个二极管的偏置电压与目标层结构对应的波束频段相对应。
其中，图6为图5的侧视图，图7为图5中上层结构的俯视图，图8为图5中下层结构的俯视图。
在本申请的一些实施例中，元原子还可以包括介电基板层，在介电基板层上印刷有金属图案层。
在一个示例中，继续参考图5，金属图案层51印刷在介电基板层53上。
在本申请的一些实施例中，考虑到实际中二极管的集成和独立控制，可以将每相邻两层结构之间的一部分介质用空气层代替，以形成上下两次结构层之间的间隙。基于多次仿真发现空气层的厚度显著影响两个频段之间的耦合效应，因此可以通过优化空气层厚度以抑制耦合效应。
此外，为了支持距离较远的不同频段，使用的PIN二极管需要在很宽的带宽范围内具有稳定的性能，而这样的二极管价格昂贵，若直接结合多个共振参数来构建元原子拓扑结构需要部署密集的二极管。考虑到未来大规模的部署，需要降低超表面成本，因此本申请实施例可以对超表面的金属图案层进行简化，在减少成本的同时保证足够的二极管数量以满足所需的反射效率。最终通过对超表面的二极管状态进行控制，即可独立调控Wi-Fi和毫米波频段的波束方向。
在一示例中，针对图5-图8中的超表面的元原子，其元原子的尺寸参数可以如表1所示，元原子的介电基板层的型号可以是F4B，其相对介电常数可以是2.2，正切损耗为0.001，在元原子中使用的PIN二极管可以为MACOMMADP-000907-14020。在仿真过程中，PIN二极管被等效为一个电阻-电感-电容器(RLC)串联谐振电路。为了获得RLC模型的等效参数，本申请实施例可以使用可调式避震***(Adaptive amping System，ADS)中的一个仿真电路模拟器模型(例如可以是SPICE模型)。通过调整仿真电路模拟器模型的直流偏置电压，可以计算出不同直流偏置条件下的二极管的散射参数。最后，调整RLC串联电路的有效电路参数，以适应商家提供的散射参数，从而可以提取出PIN二极管的有效电路参数。最终，PIN二极管被等效为一个RLC串联电路，当二极管状态为导通(ON)时，其等效参数为R＝7.8Ω，L＝30pH；当二极管状态为截止(OFF)时，其等效参数为C＝28pF，L＝30pH。
表1
参数 数值(mm) 参数 数值(mm)
p 9 b1 1.5
h1 1.6 c1 2.2
h2 1.6 a2 0.25
H 3 b2 0.65
a1 2.25 c2 1.2
在本申请的一些实施例中，通过对本申请实施例提供的超表面进行仿真实验，可以得到超表面对Wi-Fi频段和毫米波频段的反射幅度和相位响应。其中，图9中的(a)图为超表面对Wi-Fi频段的反射幅度和相位响应，图9中的(b)图为超表面对毫米波频段的反射幅度和相位响应。在图9中，61为导通时的相位曲线，62为不导通时的相位曲线，63为导通时的幅度曲线，64为不导通时的幅度曲线。
从图9中，可以观察到在Wi-Fi频段和毫米波频段这两个工作频段内，元原子在二极管状态为ON和OFF之间的相位差约为180°±30°，即具有1bit相位调制特性。同时，两个频段的反射幅度增益均保持在-3dB以上，达到了第一个设计目标。
为了进一步验证元原子设计满足了第二个设计目标，本申请实施例还仿真了图5所示的超表面的第一层结构(即上层结构)和第二层结构(即下层结构)的二极管状态同时切换的情况。图4显示了不同状态下的反射相位，图4中前后两个状态分别表示位于第一层结构和第二层结构的PIN二极管的工作状态。如图10中的(a)图所示，当第一层结构的二极管状态从ON切换为OFF时，Wi-Fi频段的反射相位明显从“0”状态变为“1”状态，即反射相位变化了约180°±30°；此时，mmWave频段内的相位响应几乎保持不变，说明第一层结构和第二层结构之间的耦合效应较低。图10中的(b)图进一步验证了当第二层结构的二极管从ON状态切换到OFF状态时，mmWave频段内反射相位相应改变了约180°±30°，而Wi-Fi频段的相位响应保持不变。在图10中，71为从不导通状态变为不导通状态，72为从导通状态变为不导通状态，73为从导通状态变为导通状态，74为从导通状态变为导通状态。
综上，第二层结构的二极管的引入对Wi-Fi频段的第一层结构的结构性能没有显著影响，因此可以将该跨频段1bit编码元原子作为基本单元来构建具有实时可调特性的超表面。
为了验证上述实施例提供的超表面的波束调控能力，使用上述实施例所涉及的元原子可构建一个超表面，在给定层上的同一列内的元原子共享相同的偏置电压，即沿y方向的元原子共享相同的编码状态。在HFSS仿真中，入射波为x极化平面波，采用开放边界条件。通过将超表面与控制***相结合，就可以通过动态改变编码序列而实现超表面的跨频段实时可调特性。从图10所示的元原子反射特性可知，上下两层之间的干扰可以忽略不计，分别确保了对mmWave和Wi-Fi频段相位分布的独立控制。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的数据处理方法进行详细地说明。
在介绍本申请实施例提供的数据处理方法之前，首先介绍一下本申请实施例提供的数据处理方法的应用场景：
如图11所示，发射端1发射毫米波频段(即mmWave)，发射端2发射Wi-Fi频段，接收端1用于接收毫米波频段，接收端2用于接收Wi-Fi频段，接收端在接收到频段后，可以反馈至控制器，控制器通过串口向数字集成电路芯片(Field Programmable Gate Array，FPGA)发送指令来切换二极管的状态，可以独立控制超表面在Wi-Fi和mmWave波段的反射特性，从而调控波束方向。
在本申请的一些实施例中，考虑到设备移动或环境变化等复杂场景，实时的波束控制至关重要。考虑到实际***中的处理时间和接口延迟，波束扫描操作所造成的时间开销是不可忽略的。因此，需要一个阈值σ来保持最佳波束方向和扫描时间之间的平衡，即当Pr≥σ·Pbf时，认为是较优的波束方向。其中，Pbf是指超表面最佳波束方向下的接收功率，Pr指实际接收功率。
为了加快扫描，本申请实施例将所有波束扫描角度
Figure BDA0003736463780000101
对应的编码序列预先保存。本申请实施例主要聚焦在二维波束扫描
Figure BDA0003736463780000102
假设接收端在
Figure BDA0003736463780000103
的平面移动，即θr在变化。
为了解决上述的在多个方向的波束中确定最优的波束方向，需要改变元原子的相位，这是通过改变集成在超表面上的PIN二极管的偏置电压来实现的。相同列的元原子中的二极管使用相同的偏置电压。当PIN二极管处于“ON”或“OFF”状态时，元原子的反射相位响应被编码为“0”或“1”，量化值为0°或π。二极管偏置电压由FPGA提供，即FPGA输出高电平代表1，输出低电平代表0。控制器通过串口向FPGA发送指令来切换二极管的状态，可以独立控制超表面在Wi-Fi和mmWave波段的反射特性，从而调控波束方向。为了得到最优的波束，本申请实施例将接收端的测量结果与超表面的波束状态进行同步，然后根据接收端的反馈切换波束方向。这里的同步可以是通过从控制器发送触发命令到FPGA板来实现，同时将瞬时测量值发送到FPGA板的随机存取存储器(RAM)进行实时信号处理。
具体的本申请实施例提供了一种数据处理方法，图12是本申请实施例所提供的一种数据处理方法的流程示意图，该数据处理方法的执行主体可以是图11中的FPGA。
如图12所示，本申请实施例提供的数据处理方法可以包括步骤910-步骤930。
步骤910、基于发射端发射的波束，设置超表面的元原子的每层结构的偏置电压编码序列，以使超表面生成至少一个方向的散射波束。
其中，超表面可以为上述实施例提供的超表面。
散射波束可以是超表面生成的散射的至少一个方向的波束。
在本申请的一些实施例中，可以通过改变超表面上二极管偏置电压的编码序列，以实现多波束生成。例如，如果想实现具有“K”个波束的散射模式，即想要实现散射出“K”个波束，可以首先计算从超表面平面上(xm，yn)位置的元原子反射的第k个波束对应的电场。然后，根据如下公式(1)，可以计算出超表面产生所需的“K”个波束对应的总电场。最后，通过计算总场的连续相分布并将其离散为2个(1bit)相位，1bit的相位分布序列即对应了超表面上元原子的偏置电压编码序列。
Figure BDA0003736463780000111
其中，
Figure BDA0003736463780000112
为超表面产生所需的“K”个波束对应的总电场；
Figure BDA0003736463780000113
为第k个波束对应的电场。
在一示例中，参考图13，以双波束的生成为例来进行说明，其中编码序列沿着x轴被设置为“000111000111...”。如图13中(a)图所示，入射波在xoz平面上被重定向到两个方向(方向A和B)，反射角为±12°；当编码序列为“000000001111...”时，超表面在远场散射模式中出现三个反射角为±7°和0°的定向波束(如图13中的(b)图中的波束1、波束2和波束3)；当编码序列为“00000011000000111111...”，则可以生成四个波束(如图13中的(c)图中的波束1、波束2、波束3和波束4)，其中反射角分别为±5°和±10°。
为了增强用户在不同方向上时的物联网链路，需要动态调控散射波束。在此，本申请实施例以双波束为例说明如何实现动态波束调制。为了在远场散射模式中实现双波束功能，编码单元应以空间交错形式对称排列，从而使每个单元的二次级散射波对超表面法线方向产生破坏性干扰，而对两个偏转方向产生建设性干扰。当试图实现具有相同散射强度的对称双波束时，“0”和“1”单元的数量通常是相等。并且波束方向θ与编码序列周期τ的关系为θ＝±sin-1(λ/τ)，其中，λ为工作波长。从仿真结果(图14)可以看出，当编码序列周期长度分别为540mm，72mm、36mm和18mm时，波束方向θ为0°，±10°，±20°和±40°。所有情况下的波束方向角度都与理论预测结果一致，证明了波束调控的可行性。
步骤920、控制超表面在预设角度范围内进行全扫描，以使接收端接收至少一个方向的散射波束。
其中，预设角度可以是预先设置的角度，例如可以是360°全扫描。
在本申请的一些实施例中，可以控制超表面在预设角度范围内进行全扫描，可以让接收端接收超表面产生的至少一个方向的散射波束。
步骤930、基于接收端接收到的至少一个方向的散射波束，确定目标散射波束。
其中，目标散射波束可以是接收端最终确定接收的某一方向的散射波束。
在本申请的一些实施例中，对于接收端来说，接收端接收的目标散射波束的接收功率相较于其他方向的散射波束是最高的，即该目标散射波束为最优的散射波束。
在本申请的实施例中，基于发射端发射的波束，设置超表面的每层超表面层的偏置电压编码序列，以使超表面生成至少一个方向的散射波束，控制超表面在预设角度范围内进行全扫描，以使接收端接收至少一个方向的散射波束，基于接收端接收到的至少一个方向的散射波束，确定目标散射波束，如此可精确确定目标散射波束，即精确确定出超表面的扫描方向，确保接收端接收到的散射波束最优。
在本申请的一些实施例中，为了进一步实现低成本的对多频段的物联网链路通信进行增强，步骤930具体可以包括：
获取接收端接收到的至少一个方向的散射波束对应的第一接收功率；
将各第一接收功率中最大的第一接收功率对应的散射波束，确定为目标散射波束。
其中，第一接收功率可以是接收端接收到的至少一个方向的散射波束对应的功率。即接收端接收到的针对图13中的各方向的散射波束的功率。
在本申请的实施例中，通过控制超表面进行预设角度范围内的全扫描，得到接收端接收到的至少一个方向的散射波束对应的第一接收功率，然后将各第一接收功率中最大的第一接收功率对应的散射波束，确定为目标散射波束，如此可精确确定目标散射波束，确保接收端一直持续接收到较好的散射波束，使超表面的波束方向能实时的对准接收端，进一步实现低成本的对多频段的物联网链路通信进行增强。
在本申请的一些实施例中，在步骤930之后，上述所涉及的数据处理方法还可以包括：
获取目标散射波束对应的第一散射波束方向；
基于第一散射波束方向，确定满足预设条件的目标散射波束方向。
其中，第一散射波束方向可以是目标散射波束对应的散射方向。
在一个示例中，如图13中的(c)图所示，若波束1为目标散射波束，则波束1的散射方向即为第一散射波束方向。
预设条件可以是预先设置的条件，该预设条件可以根据用户需求自行设置，这里不做限定。具体的预设条件可在下面详细介绍。
目标散射波束方向可以是基于第一散射波束方向，确定的满足预设条件的目标散射波束方向，即为了使接收端接收到的散射波束最优(接收功率最大)，该最优的散射波束的散射方向是哪个方向，也就是说，超表面应该照着哪个角度进行扫描，可使接收端接收到最优的散射波束。
在本申请的实施例中，可通过获取目标散射波束对应的第一散射波束方向，基于第一散射波束方向，确定满足预设条件的目标散射波束方向，如此可精确确定超表面的扫描角度，以使接收端接收到最优的散射波束。
在本申请的一些实施例中，为了进一步精确确定超表面的扫描角度，所述基于第一散射波束方向，确定满足预设条件的目标散射波束方向具体可以包括：
以第一散射波束方向为起点，控制超表面以第一预设角速度旋转进行扫描，获取接收端接收到的第一目标扫描方向下的散射波束的第二接收功率；
在确定第二接收功率和第三接收功率的比值小于预设阈值的情况下，将第一目标扫描方向确定为目标散射波束方向。
其中，第一预设角速度可以是预先设置的超表面下选择的角速度。例如可以是30°。
第一目标扫描方向可以为超表面以第一预设角速度旋转进行扫描中的任意一个第一预设角速度下的扫描方向。
在一个示例中，若第一预设角速度为30°，则超表面会在0°、30°、60°、……、360°时各扫描一次，则第一目标扫描方向可以是0°、30°、60°、……或360°中的任意一个扫描角度所对应的方向。
第二接收功率可以是接收端接收到的第一目标扫描方向下的散射波束的功率。
第三接收功率可以为各第一接收功率中最大的第一接收功率。
预设阈值可以是预先设置的第二接收功率和第三接收功率的比值的阈值，该阈值可以根据用户需求自行设置，这里不做限定。
在一个示例中，若第一预设角速度为30°，可以以第一散射波束方向为起点，然后控制超表面以30°旋转进行扫描，获取接收端接收到的某一扫描方向(即0°、30°、60°、……或360°扫描方向，例如可以是30°扫描方向，即第一目标扫描方向)的第二接收功率，然后计算该30°扫描方向下的第二接收功率和第三接收功率的比值，在确定30°扫描方向下的第二接收功率和第三接收功率的比值小于预设阈值的情况下，则将该30°扫描方向确定为目标散射波束方向。
在本申请的实施例中，以第一散射波束方向为起点，控制超表面以第一预设角速度旋转进行扫描，获取接收端接收到的目标扫描方向下的散射波束的第二接收功率，在确定第二接收功率和第三接收功率的比值小于预设阈值的情况下，将目标扫描方向确定为目标散射波束方向，如此可精确确定目标散射波束方向。
在本申请的一些实施例中，在所述获取接收端接收到的目标扫描方向下的散射波束的第二接收功率之后，上述所涉及的数据处理方法还可以包括：
在确定第二接收功率和第三接收功率的比值大于或等于预设阈值的情况下，返回执行控制超表面以第一预设角速度旋转进行扫描。
继续参考上述示例，在获取到接收端接收到的30°扫描方向的第二接收功率后，若确定该30°扫描方向下的第二接收功率和第三接收功率的比值大于或等于预设阈值的情况下，则继续以30°的固定角速度进行下一个扫描方向的扫描，即继续以30°角速度进行扫描，获取30°扫描方向的下一个扫描方向(即60°扫描方向)下的第二接收功率，比较该60°扫描方向下的第二接收功率和第三接收功率的比值，依次类推。
在本申请的实施例中，在确定第二接收功率和第三接收功率的比值大于或等于预设阈值的情况下，返回执行控制超表面以第一预设角速度旋转进行扫描，如此可确保各扫描角度均进行了扫描，以得到更加精确的目标散射波束方向。
在本申请的一些实施例中，在所述将第一目标扫描方向确定为目标散射波束方向之后，上述所涉及的数据处理方法还可以包括：
将第一散射波束方向更新为第一目标扫描方向，将第一预设角速度更新为第二预设角速度；
获取第二目标扫描方向对应的第四接收功率；
在确定第四接收功率和第三接收功率的比值大于或等于预设阈值的情况下，返回执行获取接收端接收到的目标扫描方向下的散射波束的第二接收功率；
在确定第四接收功率和第三接收功率的比值小于预设阈值的情况下，返回执行获取目标散射波束对应的第一散射波束方向。
其中，第二预设角速度可以是预先设置的超表面旋转的角速度，该第二预设角速度可以是比一预设角速度小，例如可以是5°。
第二目标扫描方向可以为以目标扫描方向为起点，控制超表面以第二预设角速度旋转进行扫描中的任意一个第二预设角速度下的扫描方向。具体的可以是以第一目标扫描方向为起点，控制超表面以第二预设角速度围绕第一目标扫描方向旋转进行扫描中的任意一个第二预设角速度下的扫描方向。
在一个示例中，若第二预设角速度为5°，第一目标扫描方向为30°扫描方向，则超表面会围绕30°扫描方向在20°、25°、30°、35°、40°时各扫描一次，则第二目标扫描方向可以是0°、30°、60°、……或360°中的任意一个扫描角度所对应的方向。
第四接收功率可以为接收端接收到与第二目标扫描方向的散射波束对应的接收功率。
继续参考上述示例，若第二预设角速度为5°，在确定30°扫描方向确定为目标散射波束方向后，将该30°扫描方向(第一目标扫描方向)替换为第一散射波束方向，将5°(即第二预设角速度)替换为30°(即第一预设角速度)，然后以30°扫描方向为起点，围绕该30°扫描方向，以5°为固定角速度进行扫描，即在20°、25°、30°、35°、40°时各扫描一次，获取某一扫描方向(例如可以是25°，即第二目标扫描方向)下的接收功率(即第四接收功率)，然后计算该25°扫描方向下的第四接收功率和第三接收功率的比值，在确定25°扫描方向下的第四接收功率和第三接收功率的比值小于预设阈值的情况下，则返回执行获取目标散射波束对应的第一散射波束方向。在确定25°扫描方向下的第四接收功率和第三接收功率的比值大于或等于预设阈值的情况下，则返回获取25°扫描方向的下一个扫描方向(即30°扫描方向)继续进行扫描，然后获取该30°扫描方向的第四接收功率，依次类推。
在本申请的一些实施例中，将第一散射波束方向更新为第一目标扫描方向，将第一预设角速度更新为第二预设角速度，获取第二目标扫描方向对应的第四接收功率，在确定第四接收功率和第三接收功率的比值大于或等于预设阈值的情况下，返回执行获取接收端接收到的目标扫描方向下的散射波束的第二接收功率，在确定第四接收功率和第三接收功率的比值小于预设阈值的情况下，返回执行获取目标散射波束对应的第一散射波束方向，如此可精确得到目标散射波束方向。
在本申请的一些实施例中，为了更加清晰的了解上述的扫描过程，本申请实施例还提供的数据处理方法的另一种可实现方式，具体的是扫描过程的实现方式，为了使超表面的波束方向能实时对照接收端，扫描过程如下：
S1、进行整个范围内全扫描(例如可以是360°全扫描)，得到最大接收功率(Pbf1)(即第一接收功率中的最大值)对应的波束方向θbf1(即第一散射波束方向)，即θf∈[θmin，θmin+θstep，θmin+2θstep，...，θmax]，
Figure BDA0003736463780000162
其中，θf可以是扫描方向，θmin可以是最小的扫描方向，θmax可以是最大的扫描方向，θstep可以是第一预设角速度，Pr可以是接收功率，
Figure BDA0003736463780000163
具体的[θmin，θmax]＝[-60°，60°]，θstep＝1°
S2、以θbf1为起点，以固定角速度(θstep每秒，即第一预设角速度)朝着固定方向扫描，同时判断Pr≥σ·Pbf1是否成立。若成立，则继续以固定角速度扫描；若不成立，记录此时的波束方向为θbf1，并进行S3。
其中，σ可以是预设阈值，具体的σ＝0.7。
S3：在θbf1的周围一定角度范围内(ω，即第二预设角速度)进行扫描，得到最大接收功率(Prmax，即第四接收功率)对应的波束方向θbf2，即θi∈[θbf2-ω/2,θbf2-ω/2+θstep,...,θbf2+ω/2],
Figure BDA0003736463780000161
并判断Prmax≥σ·Pbf1是否成立。若成立，返回S2；若不成立，返回S1。
其中，θi可以是在θbf1的周围，以第二预设角速度进行扫描的扫描方向。
具体的ω＝20°。
预实验表明，超表面的最大波束切换速度可达0.05ms每次。但是，考虑到数据传输速度和处理时间，较大的采样率会影响实时性。为了保证每个波束状态下有适当的采样数(100)，本申请实施例设定的波束切换速度为0.5ms每次，并将采样率设置为200kHz。
在本申请的一些实施例中，为了验证本申请实施例的方案，本申请实施例还对上述实施例提供的技术方案进行了实验验证，具体的实验验证过程如下：
一、实验设置
超表面原型：超表面实体是由传统的印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)制造过程加工而成。如图15所示，超表面的总表面积可以为31×32.5cm2，厚度可以为6.2mm，包括30×30个功能单元。超表面的偏置电压由FPGA硬件***动态控制。FPGA控制板通过杜邦线与超表面上的每一列元原子相互连接。通过切换超表面上下层元原子的PIN二极管状态，可以独立控制它们在Wi-Fi和mmWave波段的反射特性，从而实现波束控制。
Wi-Fi收发平台：使用一台软件无线电USRP X310(配置UBX-160子板)，作为Wi-Fi信号(5GHz频带)收发器，默认中心频率5.8GHz，收发天线采用全向天线。为了评估超表面在视距路径被遮挡时所带来的增益，在收发端之间放置了吸波材料。发射端连续发射100KHz带宽的余弦波形，接收端的采样率为200KHz。
mmWave收发平台：在发射端，使用USRP X310来执行从基带频率到0.6GHz-2.6GHz的中频(IF)的信号转换。中频信号通过变频器上变频为24GHz-26GHz的射频(RF)，变频器的本地振荡器由信号发生器提供。在接收端，反向采用相同的SDR信号处理过程。收发天线采用喇叭天线。带宽和采样率设置与Wi-Fi相同。
本申请实施例分别在两个室内环境(会议室和走廊)进行实验，发射端与接收端均被放置在超表面的同一侧。在每个实验中，通过对3秒时间内接收到的功率样本求平均来得到无超表面时的基线接收功率，并通过快速波束扫描获得有超表面时最大信号功率。此外，还测量了信道容量作为性能指标。
二、实验评估
不同频段的信号增量：为了验证所设计的超表面用于增强物联网链路时的跨频段能力，本申请实施例分别在Wi-Fi和mmWave平台上进行实验，两个频段使用的测试默认频率分别为5.8GHz和25.5GHz。在每个平台实验中，发射端(Tx)和接收端(Rx)放置在超表面的同一侧，并将Tx和Rx分开50cm。通过沿着收发对的垂直线移动超表面，在不同的Tx-超表面距离上进行实验。图16展示了有超表面波束调控时的最大接收信号功率和信道容量，以及无超表面时的基准测量值，可以明显观察到，超表面对Wi-Fi和mmWave频段的链路质量都产生了积极的影响，将两个频段下的接收功率分别提升了10dB和15dB。
需要说明的是，在图16中，131为有超表面的信道容量，132无超表面的信道容量。133为有超表面的接收功率，134为无超表面的接收功率。
不同发射功率：为了评估发射功率对超表面性能的影响，本实验在不同的发射功率下进行测试。图17展示了在不同的发射功率下，超表面都能将信号稳定增强。其中，图17中，141为有超表面的接收功率，142为无超表面的接收功率。
波束扫描范围：本实验中，Tx与超表面距离为0.5m，Tx与Rx距离为1m。通过改变Rx的位置，使Rx-超表面和Tx-超表面之间的角度从-90°变化到90°，步长为10°。在每个角度上，测量了有/无超表面的最大接收功率，如图18所示(图18中，151为有超表面的Wi-Fi频段的最大接收功率，152为无超表面的Wi-Fi频段的最大接收功率，153为有超表面的mmWave频段的最大接收功率，154为无超表面的mmWave频段的最大接收功率)。可以看到，超表面在整个角度范围内对Wi-Fi和mmWave链路都进行了增强，其中，在[-50°，50°]的角度范围内，功率增量高于3dB；在极端角度处的增量较小，由于超表面的全扫描范围是[-60°，60°]。
工作带宽验证：为了验证超表面在所设计的整个频带上的性能，本实验在Wi-Fi平台下，将频率从4.5GHz变化到6.5GHz，步长为0.2GHz；在mmWave平台下，将频率从24GHz变化到26GHz，步长同为0.2GHz，图16给出了有/无超表面时的最大信号功率测量值(其中，图19中的(a)图为Wi-Fi频段有/无超表面时的最大信号功率测量值，图19中的(b)图为mmWave频段有/无超表面时的最大信号功率测量值，在图19中161为有超表面时的最大信号功率测量值，162为无超表面时的最大信号功率测量值)。可以看到，超表面有利于所设计的整Wi-Fi频段和个mmWave频段的通信，对两个频段带来的中值功率增量分别为5dB和7dB。虽然目前的设计不能完全覆盖完整的Wi-Fi频段和mmWave频带，但是该发明为实现跨频带物联网链路增强迈出了重要一步。
多链路场景：本申请实施例还研究了超表面用于多链路优化时性能。这里考虑一个Wi-Fi AP(Tx)同时与两个用户(Rx1和Rx2)进行通信的场景，实验过程中，Tx放置在固定位置，Rx1和Rx2分别移动30个不同的测试点。在每个测试中，进行快速波束扫描，以找到两条链路的总功率增量最大时的最佳波束状态。图20展示了超表面在最佳波束状态下的功率增量的累积分布函数(CDF)。可以观察到，超表面在所有测试点下都对链路进行了增强，每条链路的中值功率增量大于3dB。其中，在图20中，171为链路1，172为链路2。
感知应用：基于超表面的重定向能力，推断其可以用来增强远距离非接触感知。为了验证这一点，本实验以目标呼吸检测作为案例来测试超表面的应用潜力。发射端和接收端分离2m放置，超表面放置在距离收发对中心点10m处，被测目标位于接收端与超表面之间连线的附近，且目标距离收发对8m处。从图21所示的功率测量值可以明显看出，如果没有超表面，在如此远距离下难以检测到目标呼吸；相反，引入超表面时，呼吸周期很容易被观察到。除此之外，相信超表面也可以用于增强其他远距离非接触感知应用。其中，在图21中，181为有超表面的功率测量值，182为无超表面的功率测量值。
设备移动场景：本实验中，首先，发射端和接收端分离1m放置，超表面和收发端之间的距离为1.5m。然后，接收端以0.5m/s的速度远离发射端移动1m。同时，根据快速波束扫描算法(即上述的数据处理方法)控制超表面光波束实时指向接收端。图22展示了设备移动过程中的有/无超表面时的实时信道容量测量值，可以观察到，有超表面时的信道容量始终高于无超表面时的信道容量，超表面将平均信道容量提高了1.24bps/Hz。其中，在图22中，191为有超表面的实时信道容量测量值，192为无超表面的实时信道容量测量值。
需要说明的是，本申请实施例提供的数据处理方法，执行主体可以为数据处理装置，或者该数据处理装置中的用于执行数据处理方法的控制模块。
基于与上述的数据处理方法相同的发明构思，本申请还提供了一种数据处理装置。下面结合图23对本申请实施例提供的数据处理装置进行详细说明。
图23是根据一示例性实施例示出的一种数据处理装置的结构示意图。
如图23所示，该数据处理装置2000可以包括：
设置模块2010，用于基于发射端发射的波束，设置超表面的元原子的每层结构的偏置电压编码序列，以使所述超表面生成至少一个方向的散射波束；其中，所述超表面为权利要求1-3任一所述的超表面；
控制模块2020，用于控制所述超表面在预设角度范围内进行全扫描，以使接收端接收所述至少一个方向的散射波束；
第一确定模块2030，用于基于所述接收端接收到的所述至少一个方向的散射波束，确定目标散射波束。
在本申请的实施例中，基于设置模块根据发射端发射的波束，设置超表面的元原子的每层结构的偏置电压编码序列，以使超表面生成至少一个方向的散射波束，基于控制模块控制超表面在预设角度范围内进行全扫描，以使接收端接收至少一个方向的散射波束，基于第一确定模块根据接收端接收到的至少一个方向的散射波束，确定目标散射波束，如此可精确确定目标散射波束，即精确确定出超表面的扫描方向，确保接收端接收到的散射波束最优。
在本申请的一些实施例中，为了进一步实现低成本的对多频段的物联网链路通信进行增强，第一确定模块2030具体可以包括：
第一获取单元，用于获取所述接收端接收到的所述至少一个方向的散射波束对应的第一接收功率；
第一确定单元，用于将各所述第一接收功率中最大的第一接收功率对应的散射波束，确定为所述目标散射波束。
在本申请的一些实施例中，为了使接收端接收到最优的散射波束，上述所涉及的数据处理装置还可以包括：
第一获取模块，用于获取所述目标散射波束对应的第一散射波束方向；
第二确定模块，用于基于所述第一散射波束方向，确定满足预设条件的目标散射波束方向。
在本申请的一些实施例中，为了使接收端接收到最优的散射波束，所述第二确定模块具体可以包括：
第二获取单元，用于以所述第一散射波束方向为起点，控制所述超表面以第一预设角速度旋转进行扫描，获取所述接收端接收到的第一目标扫描方向下的散射波束的第二接收功率；其中，所述第一目标扫描方向为所述超表面以第一预设角速度旋转进行扫描中的任意一个第一预设角速度下的扫描方向；
第二确定单元，用于在确定所述第二接收功率和第三接收功率的比值小于预设阈值的情况下，将所述第一目标扫描方向确定为目标散射波束方向；其中，所述第三接收功率为各所述第一接收功率中最大的第一接收功率。
在本申请的一些实施例中，为了使接收端接收到最优的散射波束，所述第二确定模块具体还可以包括：
第三确定单元，用于在确定所述第二接收功率和所述第三接收功率的比值大于或等于所述预设阈值的情况下，返回执行控制超表面以第一预设角速度旋转进行扫描。
在本申请的一些实施例中，为了使接收端接收到最优的散射波束，所述第二确定模块具体还可以包括：
更新单元，用于将所述第一散射波束方向更新为所述第一目标扫描方向，将所述第一预设角速度更新为第二预设角速度；
第三获取单元，用于获取第二目标扫描方向对应的第四接收功率；其中，所述第二目标扫描方向为以所述第一目标扫描方向为起点，控制所述超表面以第二预设角速度旋转进行扫描中的任意一个第二预设角速度下的扫描方向；所述第四接收功率为所述接收端接收到与所述第二目标扫描方向的散射波束对应的接收功率；
第四确定单元，用于在确定所述第四接收功率和所述第三接收功率的比值大于或等于所述预设阈值的情况下，返回执行获取所述接收端接收到的目标扫描方向下的散射波束的第二接收功率；
第五确定单元，用于在确定所述第四接收功率和所述第三接收功率的比值小于所述预设阈值的情况下，返回执行获取所述目标散射波束对应的第一散射波束方向。
本申请实施例提供的数据处理装置，可以用于执行上述各方法实施例提供的数据处理方法，其实现原理和技术效果类似，为简介起见，在此不再赘述。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种电子设备。
图24是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图24所示，电子设备可以包括处理器2101以及存储有计算机程序或指令的存储器2102。
具体地，上述处理器2101可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
存储器2102可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器2102可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器2102可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器2102可在综合网关容灾设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器2102是非易失性固态存储器。存储器可包括只读存储器(Read Only Memory image，ROM)、随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)、磁盘存储介质设备、光存储介质设备、闪存设备、电气、光学或其他物理/有形的存储器存储设备。因此，通常，存储器包括一个或多个编码有包括计算机可执行指令的软件的有形(非暂态)计算机可读存储介质(例如，存储器设备)，并且当该软件被执行(例如，由一个或多个处理器)时，其可操作来执行上述实施例提供的数据处理方法所描述的操作。
处理器2101通过读取并执行存储器2102中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种数据处理方法。
在一个示例中，电子设备还可包括通信接口2103和总线2110。其中，如图24所示，处理器2101、存储器2102、通信接口2103通过总线2110连接并完成相互间的通信。
通信接口2103，主要用于实现本发明实施例中各模块、设备、单元和/或设备之间的通信。
总线2110包括硬件、软件或两者，将电子设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、***组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线2110可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。
该电子设备可以执行本发明实施例中的数据处理方法，从而实现图12描述的数据处理方法。
另外，结合上述实施例中的数据处理方法，本发明实施例可提供一种可读存储介质来实现。该可读存储介质上存储有程序指令；该程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种数据处理方法。
另外，结合上述实施例中的数据处理方法，本发明实施例可提供一种计算机程序产品来实现。计算机程序产品中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备执行上述实施例中的任意一种数据处理方法。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或***。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
上面参考根据本申请的实施例的方法、装置(***)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本申请的各方面。应当理解，流程图和/或框图中的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理装置的处理器，以产生一种机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的这些指令使能对流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的实现。这种处理器可以是但不限于是通用处理器、专用处理器、特殊应用处理器或者现场可编程逻辑电路。还可理解，框图和/或流程图中的每个方框以及框图和/或流程图中的方框的组合，也可以由执行指定的功能或动作的专用硬件来实现，或可由专用硬件和计算机指令的组合来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的***、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种超表面，其特征在于，所述超表面包括多个元原子，每个元原子为多层结构，每层结构对一个波束频段起主导作用，每个所述元原子包括金属图案层；所述金属图案层中包括至少一个二极管；
针对每层结构，所述元原子的相位基于所述至少一个二极管的偏置电压而改变，元原子相位的不同排列使超表面产生不同方向的波束，所述至少一个二极管的偏置电压与目标层结构对应的波束频段相对应；其中，所述目标层结构为多层结构中的任意一层结构。
2.根据权利要求1所述的超表面，其特征在于，所述元原子包括介电基板层，在所述介电基板层上印刷有所述金属图案层。
3.根据权利要求1所述的超表面，其特征在于，每相邻两层结构之间具有空气层。
4.一种数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：
基于发射端发射的波束，设置超表面的元原子的每层结构的偏置电压编码序列，以使所述超表面生成至少一个方向的散射波束；其中，所述超表面为权利要求1-3任一所述的超表面；
控制所述超表面在预设角度范围内进行全扫描，以使接收端接收所述至少一个方向的散射波束；
基于所述接收端接收到的所述至少一个方向的散射波束，确定目标散射波束。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述接收端接收到的所述至少一个方向的散射波束，确定目标散射波束，包括：
获取所述接收端接收到的所述至少一个方向的散射波束对应的第一接收功率；
将各所述第一接收功率中最大的第一接收功率对应的散射波束，确定为所述目标散射波束。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述基于所述接收端接收到的所述至少一个方向的散射波束，确定目标散射波束之后，所述方法还包括：
获取所述目标散射波束对应的第一散射波束方向；
基于所述第一散射波束方向，确定满足预设条件的目标散射波束方向。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一散射波束方向，确定满足预设条件的目标散射波束方向，包括：
以所述第一散射波束方向为起点，控制所述超表面以第一预设角速度旋转进行扫描，获取所述接收端接收到的第一目标扫描方向下的散射波束的第二接收功率；其中，所述第一目标扫描方向为所述超表面以第一预设角速度旋转进行扫描中的任意一个第一预设角速度下的扫描方向；
在确定所述第二接收功率和第三接收功率的比值小于预设阈值的情况下，将所述第一目标扫描方向确定为目标散射波束方向；其中，所述第三接收功率为各所述第一接收功率中最大的第一接收功率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述获取所述接收端接收到的第一目标扫描方向下的散射波束的第二接收功率之后，所述方法还包括：
在确定所述第二接收功率和所述第三接收功率的比值大于或等于所述预设阈值的情况下，返回执行控制超表面以第一预设角速度旋转进行扫描。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述将所述第一目标扫描方向确定为目标散射波束方向之后，所述方法还包括：
将所述第一散射波束方向更新为所述第一目标扫描方向，将所述第一预设角速度更新为第二预设角速度；
获取第二目标扫描方向对应的第四接收功率；其中，所述第二目标扫描方向为以所述第一目标扫描方向为起点，控制所述超表面以第二预设角速度旋转进行扫描中的任意一个第二预设角速度下的扫描方向；所述第四接收功率为所述接收端接收到与所述第二目标扫描方向的散射波束对应的接收功率；
在确定所述第四接收功率和所述第三接收功率的比值大于或等于所述预设阈值的情况下，返回执行获取所述接收端接收到的第一目标扫描方向下的散射波束的第二接收功率；
在确定所述第四接收功率和所述第三接收功率的比值小于所述预设阈值的情况下，返回执行获取所述目标散射波束对应的第一散射波束方向。
10.一种数据处理装置，其特征在于，所述装置包括：
设置模块，用于基于发射端发射的波束，设置超表面的元原子的每层结构的偏置电压编码序列，以使所述超表面生成至少一个方向的散射波束；其中，所述超表面为权利要求1-3任一所述的超表面；
控制模块，用于控制所述超表面在预设角度范围内进行全扫描，以使接收端接收所述至少一个方向的散射波束；
第一确定模块，用于基于所述接收端接收到的所述至少一个方向的散射波束，确定目标散射波束。
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求4-9任意一项所述的数据处理方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求4-9任意一项所述的数据处理方法。
13.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备执行如权利要求4-9任意一项所述的数据处理方法。
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