一种面向煤矿井下智能超表面无线通信的非视距信道建模方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115913291A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211333148.8H04B17/391(2015.01)(22)申请日2022.10.28H04L25/02(2006.01)G01S17/88(2006.01)(71)申请人中国矿业大学G06V10/26(2022.01)地址221116江苏省徐州市铜山区大学路1号(72)发明人李世银杨瑞鑫马帅沈胜强张鹏张梦迪(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237专利代理师于瀚文胡建华(51)Int.Cl.H04B7/0413(2017.01)H04B7/06(2006.01)H04B7/08(2006.01)H04B7/22(2006.01)H04B17/373(2015.01)权利要求书5页说明书14页附图2页(54)发明名称一种面向煤矿井下智能超表面无线通信的非视距信道建模方法(57)摘要本发明提供了一种面向煤矿井下智能超表面无线通信的非视距信道建模方法，该建模方法可以用于煤矿井下受限空间复杂多径衰落和智能超表面被动中继的特征识别与提取，以及路径损耗、散射簇分布和多径时延等参数获取。基于实际信道测量数据和传播场景空间重构方法，将原本传播场景中的环境结构通过位置、纹理和反射特性建立相应的散射体数字地图，并将智能超表面等效为虚拟散射体，能够有效降低分析建模难度，然后将实际散射体与多径分簇结果进行匹配形成簇核，将非视距信道建模过程转化为多条直射路径的分析与建模，能够有效满足煤矿井下无线通信系统的建模要求，有效降低了建模过程复杂度和难度。CN115913291ACN115913291A权利要求书1/5页1.一种面向煤矿井下智能超表面无线通信的非视距信道建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据待测量的煤矿井下环境中既有或未来需要的无线通信系统，选择用于多输入多输出智能超表面无线通信系统的信道测量平台的参数，并搭建信道测量平台的发射端、智能超表面和接收端；步骤2：对信道测量平台自身特性进行测定与校准；步骤3：在待测量的煤矿井下无线通信场景中，部署已经经过测定和校准的信道测量平台，实地进行信道测量，并通过天线高速切换模块控制发射天线阵列、智能超表面和接收天线阵列的工作状态，基于时分多址原理依次测量每一个发射天线单元、每一个智能超表面阵列单元与每一接收天线单元之间的非视距信道冲击响应，并存储于数据存储单元；步骤4：在待测量的煤矿井下无线通信场景中，部署激光雷达，利用同步定位与建图技术对信道测量现场进行三维图像扫描与重构，采集和标定物体的位置、纹理特征和反射特性；步骤5：完成煤矿井下无线通信场景实地测量后，在地面通过计算机视觉方法对同步定位与建图技术测量数据和结果进行图像语义分割，并与现场各个物体进行匹配，形成散射体数字地图，并根据之前测定的智能超表面阵列特性，将智能超表面等效为一个虚拟散射体，插入到散射体数字地图；步骤6：完成煤矿井下无线通信场景实地测量后，在地面利用滑动相关方法得到完整的多输入多输出智能超表面无线通信系统信道冲击响应矩阵，并形成测量结果数据集，通过SAGE算法，从测量结果数据集中获取信道参数，然后通过K邻近聚类算法进行多径分簇，确定散射簇数目、簇内时延、簇内角度扩展参数；步骤7：结合多径分簇结果与散射体地图，通过增强学习将散射簇与散射体相互匹配，获得有限个多径散射体簇和一个智能超表面等效簇核；步骤8：以簇核为节点，无线信号经过的非视距传播链路分解拆分为两个以上逻辑子信道，通过将逻辑子信道相互连接形成传播路径，得到连接节点依次为发射天线单元、簇核和接收天线单元的有效传播路径，如果传播路径的终点不是接收天线单元，则为可以排除的无效传播路径；步骤9：将所有有效传播路径进行合并得到发送端Tx到接收端Rx的信道冲击响应，得到当前场景中面向煤矿井下智能超表面无线通信的非视距信道模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述信道测量平台的发射端、智能超表面和接收端的组成包括发射天线阵列、接收天线阵列、智能超表面、同步时钟、信号发生器、信号接收器、数据存储单元、控制终端，其中，所述信道测量平台的参数包括发射信号参数、发射天线阵列参数、智能超表面参数以及接收天线阵列参数，发射信号参数包括待测量频率范围、发射信号功率大小、发射信号类型，所述发射天线阵列、智能超表面和接收天线阵列参数包括天线单元或阵列单元的数量、间隔距离、位置和朝向。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述信道测量平台自身特性包括测定与校准天线馈电发送功率误差、高频同轴线缆传输损耗、转接头插入损耗、发射天线阵列、智能超表面阵列、接收天线阵列和其他仪器设备系统响应误差。4.根据权利要求3所述的方法