本发明专利技术提供一种基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法、装置和系统，其中通信方法包括：利用相机实时采集图像信息以及移动端的深度信息；利用所述智能反射面根据所述图像信息识别出移动端在图像中的位置；基于所述移动端的深度信息，将移动端在图像中的位置转化为移动端的三维坐标；基于所述移动端的三维坐标所计算出的移动端所在实时位置的俯仰角和方位角，控制智能反射面的天线将信号波束指向移动端方向。本发明专利技术可以快速识别移动端并确定目标位置，并控制智能反射面的相控阵天线产生对应方向的俯仰角和方位角，可以使波束更快指向对应目标，提高识别移动端位置的能力，降低时延，实现实时波束跟踪。现实时波束跟踪。现实时波束跟踪。
【技术实现步骤摘要】
基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法、装置和系统
[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法、装置和系统。
技术介绍
[0002]通信技术行业自诞生以来一直遵循着“十年一换代”的“摩尔定律”，从1980年开始的第一代移动通信(1G)的模拟通信方式，到1990左右以TDMA为核心技术的2G，再到本世纪初以CDMA为核心技术的3G时代，再到2010年左右以OFDM技术为核心的4G移动通信网络的大规模商用，移动通信整体在朝着越来越快、越来越稳定、越来越安全的方向发展。2020年因为第五代移动通信技术(5G)的问世而被称为“5G元年”，其在增强的移动带宽通信(eMBB)、超可靠低时延通信(URLLC)、大规模机器类型通信(mMTC)等场景有着很好的表现。
[0003]目前，传统的高频通信领域的智能反射面的波束赋形与跟踪基本采用如下方式：先使用导频扫描和遍历智能反射面方向上的所有相位，以确定移动端的方向。当移动端移动时，传统方法需要不断发送导频扫描移动端方向附近的信噪比，移动端需要通过上行信道将信噪比的值反馈给智能反射面，随后智能反射面选取最大的方向的信噪比为反射波束的方向；在雷达相控阵领域，主要采用的是将信道分为通信信道和信标信道，依赖差功分网络对信标信道的信道值进行波达算法分析，由此判断信号来源方向。
[0004]上述系统对智能反射面的硬件依赖程度较大，当扫描信号能量较弱或信标信号能量难以检测时，不便确定移动端方向。并且导频占用了较多的信道资源。当移动端数较多的时候，计算复杂度也急剧上升，时延较大。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供一种基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法、装置和系统，用以解决现有技术中存在的技术缺陷，以实现使用光谱判断目标位置，并跟踪目标，节约了导频所占用的信道资源；当移动端数目较多时，计算复杂度并未改变，时延较小。
[0006]本专利技术提供一种基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法，包括：
[0007]利用相机实时采集图像信息以及移动端的深度信息；所述相机设置在智能反射面上；
[0008]利用所述智能反射面根据所述图像信息识别出移动端在图像中的位置；
[0009]基于所述移动端的深度信息，将移动端在图像中的位置转化为移动端的三维坐标；
[0010]基于所述移动端的三维坐标所计算出的移动端所在实时位置的俯仰角和方位角，控制智能反射面的天线将信号波束指向移动端方向。
[0011]优选的，所述的基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法，其中，所述相机坐标原点在相机表面的几何中心处，所述智能反射面的坐标原点近似地和相机坐标原点相同；
[0012]所述移动端在相机坐标系中的坐标为：
[0013](X
OQ
,Y
OQ
,Z
OQ
)
[0014]所述移动端在智能反射面坐标系中的坐标为：
[0015][0016]所述移动端在相机坐标系中以及在智能反射面坐标系中的坐标的转换公式为：
[0017][0018]所述移动端的俯仰角θ由下式求得：
[0019][0020]所述移动端的方位角由下式求得：
[0021][0022]所述方法还包括：按照下式计算出所述智能反射面的每根天线对应的反射波束的相角
[0023][0024]上式中，j为虚数单位，e为自然对数的底，M为矩阵行数，N为矩阵列数，λ为电磁波波长，d为天线间距。
[0025]优选的，所述的基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法，其中，所述方法还包括：
[0026]利用所述智能反射面根据所述图像信息识别出基站端在图像中的位置；
[0027]基于所述基站端的深度信息，将基站端在图像中的位置转化为基站端的三维坐标；
[0028]基于所述基站端的三维坐标所计算出的基站端所在实时位置的俯仰角和方位角，对所述智能反射面的天线进行入射角补偿。
[0029]优选的，所述的基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法，其中，所述基于所述基站端的三维坐标所计算出的基站端所在实时位置的俯仰角和方位角，包括：
[0030]按照下式计算出所述智能反射面的每根天线对应的入射角：
[0031][0032]上式中，为基站端俯仰角，θ0为基站端的方位角。
[0033]优选的，所述的基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法，其中，所述控制智能反射面的天线将信号波束指向移动端方向之前，通过下式得到所述智能反射面的天线的移相相位
[0034][0035]其中，
·
表示点乘，即两个维度相同的矩阵对应位置的元素相乘。
[0036]优选的，所述的基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法，其中，所述方法还包括：
[0037]利用相机所采集的图像识别移动端与智能反射面的位置；当基站端与移动端之间的直射径可达的情况下，基站端根据相机采集的图像判断移动端的位置，再控制阵列天线将波束指向移动端的位置，所输入的相角矩阵为当直射径被遮挡时，基站端根据相机采集的图像判断智能反射面的位置，再控制阵列天线将波束指向智能反射面的位置，所输入的相角矩阵为
[0038]优选的，所述的基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法，其中，所述方法还包括：
[0039]利用相机采集的图像识别基站端与智能反射面的位置，当基站端与移动端之间的直射径可达的情况下，移动端根据其相机采集的图像判断基站端位置，再控制阵列天线将波束指向基站端的位置，所输入的相角矩阵为当直射径被遮挡时，移动端根据其相机采集的图像判断智能反射面的位置，再控制阵列天线将波束指向智能反射面的位置，所输入的相角矩阵为
[0040]本专利技术还提供了一种基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信装置，包括：相机、基站端、智能反射面、移动端；
[0041]所述相机用于实时采集图像信息以及移动端的深度信息；所述相机设置在智能反射面上；
[0042]所述智能反射面根据所述图像信息识别出移动端在图像中的位置；所述相机还用于基于所述移动端的深度信息，将移动端在图像中的位置转化为移动端的三维坐标；
[0043]所述智能反射面还用于基于所述移动端的三维坐标所计算出的移动端所在实时位置的俯仰角和方位角，控制智能反射面的天线将信号波束指向移动端方向。
[0044]优选的，所述的基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信装置，其中，所述智能反射面根据所述图像信息识别出基站端在图像中的位置；所述相机还用于基于所述基站端的深度信息，将基站端在图像中的位置转化为基站端的三维坐标；
[0045]所述智能反射面还用于基于所述基站端的三维坐标所计算出的基站端所在实时位置的俯仰角和方位角，对所述智能反射面的天线进行入射角补偿。
[0046]优选的，所述的基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信装置，其中，所述智能反射面的天线采用无源相控阵天线，和/或，所述相机具有计算物体左右距离及深度的功能，和/或，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法，其特征在于，包括：利用相机实时采集图像信息以及移动端的深度信息；利用所述智能反射面根据所述图像信息识别出移动端在图像中的位置；基于所述移动端的深度信息，将移动端在图像中的位置转化为移动端的三维坐标；基于所述移动端的三维坐标所计算出的移动端所在实时位置的俯仰角和方位角，控制智能反射面的天线将信号波束指向移动端方向。2.根据权利要求1所述的基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法，其特征在于，所述相机坐标原点在相机表面的几何中心处，所述智能反射面的坐标原点近似地和相机坐标原点相同；所述移动端在相机坐标系中的坐标为：(X
OQ
,Y
OQ
,Z
OQ
)所述移动端在智能反射面坐标系中的坐标为：所述移动端在相机坐标系中以及在智能反射面坐标系中的坐标的转换公式为：所述移动端的俯仰角θ由下式求得：所述移动端的方位角由下式求得：所述方法还包括：按照下式计算出所述智能反射面的每根天线对应的反射波束的相角所述方法还包括：按照下式计算出所述智能反射面的每根天线对应的反射波束的相角上式中，j为虚数单位，e为自然对数的底，M为矩阵行数，N为矩阵列数，λ为电磁波波长，d为天线间距。3.根据权利要求2所述的基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用相机实时采集基站端的深度信息；利用所述智能反射面根据所述图像信息识别出基站端在图像中的位置；基于所述基站端的深度信息，将基站端在图像中的位置转化为基站端的三维坐标；基于所述基站端的三维坐标所计算出的基站端所在实时位置的俯仰角和方位角，对所述智能反射面的天线进行入射角补偿。4.根据权利要求3所述的基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法，其特征在于，所述基于所述基站端的三维坐标所计算出的基站端所在实时位置的俯仰角和方位角，包括：按照下式计算出所述智能反射面的每根天线对应的入射角：上式中，为基站端俯仰角，θ0为基站端的方位角。5.根据权利要求4所述的基于视觉感知的毫米波/太赫兹通信方法，其特征在于，所述控制智能反射面的天线将信号波束指向移动端方向之前，通过下式得到所...
【专利技术属性】
技术研发人员：高飞飞，张腾宇，张浩，王鸣锦，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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