影响无线电波空间属性的可重构装置的制作方法

各种示例总体上涉及用于影响入射无线电波的空间属性的可重构装置、包括用于影响入射无线电波的空间属性的可重构装置的无线通信系统以及操作用于影响入射无线电波的空间属性的可重构装置的方法。

背景技术：

1、在无线通信中，通过使用高传输频率，可以满足增加覆盖范围和增加数据速率的需求。例如，5g和未来的6g通信系统可以使用几ghz到thz范围内的高频频谱。然而，高频频谱中的传输可能需要波束成形来克服链路预算问题，并且可能需要视线(los)传输。在此上下文中，涉及可重构反射装置(rrd)的技术可被考虑用于避开视线传输中的障碍并支持波束成形。

2、第一种rrd是反射式大型智能表面(lis)、反射智能表面(ris)或智能反射表面(irs)。参见例如sha hu、fredrik rusek和ove edfors的"beyond massive mimo:thepotential of data transmission with large intelligent surfaces"，ieeetransactions on signal processing 66.10(2018)：2746-2758。lis可以由反射入射电磁波/信号的天线阵列来实现。天线阵列可以是半无源的。半无源可以对应于天线不提供信号放大但可以施加可变幅度和/或相移的情形。可以例如通过改变天线之间的相位关系来重构接受数据载波上的入射信号的输入空间方向和入射信号被反射到的输出空间方向。

3、第二种rrd是具有放大和转发功能的所谓智能中继器。放大和转发功能与解码和转发功能的不同之处在于不需要将射频(rf)信号转换成基带并解码。与解码和转发中继器相比，这简化了智能中继器的硬件设计。另一方面，叠加在信号上的噪声也被放大和转发。

4、例如，rrd可以包括rrd单元的阵列，每个rrd单元可以包括一个或更多个天线，并且可以独立地引起入射信号的一些变化。通常，由rrd引起的变化可以大约是相位、幅度、频率和/或极化。每个或至少几个rrd单元可以包括可控部件，诸如开关、电气或电子部件或用于控制rrd单元的反射特性的机械驱动元件。“被动”改变(例如入射信号的相移)可能不需要发射功率。因此，当直接通信质量差时，rrd智能地配置无线通信以帮助发送器与接收器之间的传输。rrd可以放置在墙壁、建筑物立面和天花板上。

5、已经发现，在rrd中实现和控制大量的可控rrd单元可能导致显著的成本和大量的计算工作量。

技术实现思路

1、因此，需要用于影响入射无线电波的空间属性的可重构装置的改进技术。

2、该需求通过独立权利要求的特征来满足。从属权利要求的特征限定了示例。

3、一种用于影响入射无线电波的空间属性的可重构装置，所述可重构装置包括：第一薄片，所述第一薄片具有沿着所述第一薄片的第一长度方向变化的特性；以及第二薄片，所述第二薄片具有沿着所述第二薄片的第二长度方向变化的特性。第一薄片的特性涉及对入射无线电波的空间传播的第一影响，而第二薄片的特性涉及对入射无线电波的空间传播的第二影响。

4、无线电波可以具有无线电波进行传播的传播方向，或者可以具有无线电波入射到例如可重构装置的表面或物体上的方向。当通过可重构装置影响入射无线电波的空间传播时，该方向可以被改变，例如由于以某个反射角的反射或者当以某个出射角通过rrd时。例如，沿着第一长度方向变化的特性可以被配置为当入射无线电波在可重构装置处被反射或穿过可重构装置时影响入射无线电波的方位角。沿着第二长度方向变化的特性可以被配置为当入射无线电波在可重构装置处被反射或穿过可重构装置时影响入射无线电波的高度角。例如，第一薄片的沿着第一长度方向的不同部分可以反射入射无线电波，或者使入射无线电波能够以不同的方位角穿过，而第二薄片的沿着第二长度方向的不同部分可以反射入射无线电波，或者使入射无线电波能够以不同的高度角穿过。改变对入射无线电波的空间传播的影响可以例如通过沿着薄片的长度方向改变以下项来实现：薄片的材料；薄片的厚度；不同材料的图案或组合；无源或有源电子部件和/或天线结构。

5、例如，第一薄片和第二薄片中的每一者可以包括多个静态单元，这些静态单元包括不可控的电气和/或电子部件，如电容器、电感器、电阻器、二极管和天线贴片。然而，在其他示例中，第一薄片和第二薄片中的每一者可以包括多个可控单元，每个可控单元包括电子开关、微机械驱动元件和/或电气和/或电子部件，如电容器、电感器、电阻器、二极管和天线贴片。此外，可以提供印刷控制布线，用于将可控单元的部件联接到控制电路。

6、结果，特别地，第一薄片和第二薄片的电磁特性可以沿着相应的长度方向变化。对入射无线电波的空间传播的影响可以沿着相应的长度方向逐渐地或连续地变化。

7、该可重构装置包括第一致动器，该第一致动器联接到第一薄片并且被配置成沿第一长度方向移动第一薄片，以便选择性地将第一薄片的一部分置于可重构装置的暴露区域中。所述可重构装置包括第二致动器，所述第二致动器联接到所述第二薄片并且被配置为沿所述第二长度方向移动所述第二薄片，以便选择性地将所述第二薄片的一部分置于所述暴露区域中。在暴露区域中，第一薄片和第二薄片的选定部分被堆叠，使得入射到暴露区域上的无线电波穿过第一薄片的被置于暴露区域中的相应部分，并且入射到第二薄片的被置于暴露区域中的相应部分上。

8、第二薄片可以被配置成使得入射在第二薄片上的无线电波也可以穿过第二薄片，或者第二薄片可以被配置成使得入射在第二薄片上的无线电波在第二薄片处被反射。在入射到第二薄片上的无线电波穿过第二薄片的情况下，可重构装置可以充当可重构透射装置，该可重构透射装置影响穿过可重构装置的入射无线电波的空间属性。在入射在第二薄片上的无线电波在第二薄片上反射的情况下，可重构装置可以充当可重构反射装置，该可重构反射装置在入射无线电波在可重构装置上反射时影响入射无线电波的空间属性。在另一个示例中，第二薄片可以被配置成使得入射无线电波能够穿过该第二薄片，并且可重构装置包括反射基础面或包括任意角度的反射基础表面。

9、通常，沿第一长度方向和第二长度方向变化的特性被配置为通过折射、衍射或其组合来影响入射无线电波的空间传播。例如，通过改变对应薄片的厚度，改变对应薄片中的介电材料的量，改变对应薄片中的介电材料的类型，改变对应薄片中的导电材料的量，改变对应薄片中的导电材料的类型，改变对应薄片中的导电材料的结构或它们的组合，可以形成沿对应薄片的长度方向变化的特性。例如，可以沿着对应薄片的长度方向提供被调谐到不同谐振频率的导电结构。在其他示例中，可以沿着对应薄片的长度方向提供具有不同电气属性的材料，例如通过将电气材料3d打印在薄片的基底上。改变对应薄片的厚度可包括在对应薄片中形成孔或在对应薄片上形成3d结构。

10、在各种示例中，沿着第一长度方向和第二长度方向变化的特性被配置为例如当使无线电波穿过对应薄片时或者当使无线电波在对应薄片处反射时，实现用于无线电波的波束控制(beam steering)的对应的相位响应和/或幅度响应。

11、例如，沿第一长度方向变化的特性可以被配置成在无线电波的第一入射平面中实现波束控制，而沿第二长度方向变化的特性可以被配置成在不同于第一入射平面的第二入射平面中实现波束控制。第一平面可以是水平平面，使得波束控制的方位角被影响，并且第二平面可以是垂直平面，使得波束控制的高度角被影响。

12、根据各种示例，第一薄片的第一长度方向上的至少一些部分可以被配置为对具有第一极化的无线电波的一部分实施波束控制，并且使具有不同于第一极化的极化的无线电波的剩余部分不受影响。此外，在第二薄片的第二长度方向上的至少一些部分可以被配置为对具有不同于第一极化的第二极化的无线电波的一部分实现波束控制。结果，可以实现极化特定的波束控制。

13、在用于极化特定的波束控制的可重构透射装置中，第一薄片可以被配置为对无线电波的具有第一极化的部分实现波束控制，并且第一薄片可以被配置为使得无线电波的具有不同于第一极化的极化的剩余部分能够不受影响地通过第一薄片。同样地，第二薄片可以被配置为对无线电波的具有第二极化的部分实现波束控制，并且第二薄片可以被配置为使得无线电波的具有不同于第二极化的极化的剩余部分能够不受影响地穿过第二薄片。

14、在用于极化特定波束控制的可重构反射装置中，无线电波的至少一部分可以在第一薄片、第二薄片和/或可能存在的反射基础薄片(reflective ground sheet)处被反射。

15、例如，第一薄片可以被配置为对无线电波的具有第一极化的部分实现波束控制，并且第一薄片可以被配置为使得无线电波的具有不同于第一极化的极化的剩余部分能够不受影响地穿过第一薄片。无线电波的具有第一极化的部分可以根据波束控制被第一薄片反射，或者可以被波束偏转向第二薄片，并且可以在第二薄片或基础薄片处被反射。

16、第二薄片可以被配置为对无线电波的具有第二极化的部分实现波束控制，并且第二薄片可以被配置为反射无线电波的具有不同于第二极化的极化的剩余部分，或者使其能够不受影响地穿过第二薄片。无线电波的具有第二极化的部分可以根据波束控制被第二薄片反射，或者可以被波束偏转向基础薄片，并且可以在基础薄片处被反射。

17、在另外的示例中，可重构装置包括第三薄片，第三薄片具有沿着其第三长度方向变化的特性。沿着第三长度方向变化的特性涉及对入射无线电波的空间传播的第三影响。可重构装置还可以包括第四薄片，第四薄片具有沿着其第四长度方向变化的特性。这些特性涉及对入射无线电波的空间传播的第四影响。所述可重构装置可以包括第三致动器，所述第三致动器联接到所述第三薄片并且被配置为沿着所述第三长度方向移动所述第三薄片，以便选择性地将所述第三薄片的一部分置于所述暴露区域中。所述可重构装置可以包括第四致动器，所述第四致动器联接到所述第四薄片并且被配置为沿着所述第四长度方向移动所述第四薄片，以便选择性地将所述第四薄片的一部分置于所述暴露区域中。第一薄片、第二薄片、第三薄片和第四薄片被堆叠，使得入射到暴露区域上的无线电波穿过第一薄片的被置于暴露区域中的相应部分、第二薄片的被置于暴露区域中的相应部分、第三薄片的被置于暴露区域中的相应部分，并且入射到第四薄片的被置于暴露区域中的相应部分上。入射到置于暴露区域中的第四薄片的相应部分上的无线电波可以在第四薄片的相应部分处被反射，或者可以穿过第四薄片的相应部分。基础薄片可以通过与第一薄片、第二薄片、第三薄片和第四薄片堆叠的方式设置在暴露区域中，使得入射在暴露区域上的无线电波穿过第一薄片、第二薄片、第三薄片和第四薄片的相应部分并在基础薄片上反射。结果，可以通过反射或透射方式实现四个不同的波束操控器。

18、在具有四个薄片的可重构装置中，第一薄片的第一长度方向上的至少一些部分可以被配置为在第一入射平面中对无线电波的具有第一极化的一部分实现波束控制，并且使得无线电波的具有不同于第一极化的极化的剩余部分能够不受影响地通过。此外，第二薄片的第二长度方向上的至少一些部分可以被配置为在第一入射平面中对无线电波的具有不同于第一极化的第二极化的一部分实现波束控制，并且使得无线电波的具有不同于第二极化的极化的剩余部分能够不受影响地通过。第三薄片的第三长度方向上的至少一些部分可以被配置为在不同于第一入射平面的第二入射平面中对无线电波的具有第一极化的一部分实现波束控制，并且使得无线电波的具有不同于第一极化的极化的剩余部分能够不受影响地通过。第四片的第四长度方向上的至少一些部分可以被配置成在第二入射平面中对无线电波的具有第二极化的一部分实现波束控制。第四薄片可以是透射的或反射的。反射基础薄片可以附加地通过与第一薄片、第二薄片、第三薄片和第四薄片堆叠的方式设置在暴露区域中。反射基础薄片可以被配置成反射已经穿过第一薄片、第二薄片、第三薄片和第四薄片的入射无线电波。第一薄片、第二薄片、第三薄片和第四薄片中的每一个可以被配置为反射已经由对应的薄片进行了波束控制的无线电波的或者使其能够通过。

19、第一薄片、第二薄片、第三薄片和/或第四薄片可以各自包括柔性材料，优选地包括塑料、橡胶、半导体材料、石墨烯、纤维或它们的成分或组合。柔性材料可以构成衬底，在衬底上形成另外的材料和结构，用于提供沿对应薄片的相应长度方向变化的特性。附加地或另选地，柔性材料本身可至少部分地提供沿对应薄片的相应长度方向变化的特性。例如，柔性材料可具有包括一些上述材料的多层结构。

20、例如，每个薄片可以包括若干层，例如基础层、控制层和天线阵列层。这些层可以通过已知的技术(例如，印刷、涂布、沉积技术、蚀刻、注塑、激光印刷、真空金属化、电弧和火焰喷涂、化学镀塑料和电镀塑料技术、热浸渍、刷涂或辊涂和/或液体和粉末喷涂形成在各个薄片上。基础层可包括印刷塑料、金属丝网格和/或纺织纤维。

21、根据各种示例，可重构装置包括用于从无线通信系统的网络装置接收控制信息以控制第一致动器、第二致动器、第三致动器和第四致动器中的至少一个振动器的接口。

22、该接口可以包括有线接口或无线接口。控制信息可以指示要移动到暴露区域中的对应薄片的部分。在其他示例中，控制信息可以指示将由致动器执行的薄片的相对运动。可重构装置可以包括联接到接口和致动器的控制电路，用于基于所接收的控制信息来控制致动器。

23、另外，或者作为替换，可重构装置可以包括无线接口，用于从在无线通信系统中工作的终端装置接收控制信息，以控制第一致动器、第二致动器、第三致动器和第四致动器中的至少一个。例如，无线接口可以被配置为支持短距离无线通信，例如蓝牙通信或红外通信。控制信息可以表示将被移动到暴露区域中的薄片的部分，或者可以表示将由致动器执行的薄片的相对运动。此外，控制信息可以指示在终端装置处经由可重构装置接收的传输的当前接收特性。接收特性可以包括例如信号强度、信噪比或帧或误码率。基于接收特性，可重构装置的控制电路可以重新选择所述部分，并且可以控制致动器来移动薄片，使得新选择的部分被置于暴露区域中。另外，或者作为替换，控制信息可以指示终端装置的移动，其可以在终端装置处确定。基于该移动，可重构装置的控制电路可以重新选择所述部分并控制致动器移动该薄片，以便将新选择的部分置于暴露区域中。

24、各种示例涉及包括如上所述的网络装置和可重构装置的无线通信系统。网络装置被配置为控制无线通信系统的接入装置的天线装置的传输。例如，接入装置可以包括无线通信系统的基站，基站包括天线装置，天线装置包括多个天线元件并且被配置为在射频信号的接收和/或发射方向上进行波束成形。网络装置可以是高级别装置，例如无线通信系统的控制平面的网络管理装置，其被配置为控制多个接入装置。在其他示例中，网络装置可以被集成到接入装置中或者可以是接入装置的一部分。所述网络装置被配置为：在存在所述接入装置与在所述无线通信系统中工作的终端装置之间进行传输的请求时，通过选择所述第一薄片的所述第一长度方向上的部分并且控制所述第一致动器移动所述第一薄片使得所选择的部分被置于所述暴露区域中，来控制所述天线装置以经由所述可重构装置引导所述传输，并且选择所述第二薄片的所述第二长度方向上的部分，并控制所述第二致动器以移动所述第二薄片，使得所选择的部分被置于所述暴露区域中。选择第一薄片和第二薄片的部分并控制第一致动器和第二致动器以相应地移动薄片可以是迭代过程，以找到影响入射无线电波的空间传播的最佳特性。

25、另一无线通信系统包括被配置为控制无线通信系统的接入装置的天线装置的传输的网络装置和如上定义的可重构装置。在请求了接入装置与在无线通信系统中工作的终端装置之间的传输时，网络装置被配置为控制天线装置通过可重构装置引导传输。终端装置向可重构装置发送控制信息，在接收到控制信息时，可重构装置选择第一薄片的第一长度方向上的部分，并且控制第一致动器移动第一薄片，使得所选择的部分被置于暴露区域中，并且选择第二薄片的第二长度方向上的部分，并且控制第二致动器移动第二薄片，使得所选择的部分被置于暴露区域中。

26、可选地，在存在第三薄片和第四薄片的情况下，以相同的方式，可以选择第三薄片的第三长度方向上的部分并且控制第三致动器移动第三薄片，使得所选择的部分被置于暴露区域中，并且可以选择第四薄片的第四长度方向上的部分并且可以控制第四致动器移动第四薄片，使得所选择的部分被置于暴露区域中。

27、为了将控制信息发送到可重构装置，终端装置可以利用蓝牙通信或红外通信。控制信息可以包括由终端装置检测到的传输特性。基于传输特性，可重构装置可以选择第一薄片、第二薄片、第三薄片和/或第四薄片的相应部分来优化传输。因此，终端装置可以向可重构装置提供反馈，该反馈可以用于例如通过重新选择暴露区域中的部分来优化传输。

28、一种在无线通信系统中操作上面定义的可重构装置的方法，所述方法包括：当请求了在无线通信系统中工作的接入装置与终端装置之间的传输时，控制接入装置的天线装置将传输引导到可重构装置，选择第一薄片的第一长度方向上的部分并且控制第一致动器移动第一薄片，使得所选择的部分被置于暴露区域中，以及选择所述第二薄片的所述第二长度方向上的部分，并控制所述第二致动器移动所述第二薄片，使得所选择的部分被置于所述暴露区域中。

29、例如，这些方法步骤可以由无线通信系统的网络装置可选地与可重构装置的控制器结合执行，或者由终端装置可选地与可重构装置的控制器结合执行。

30、根据一示例，可重构装置可以是被布置在已知位置的可重构装置。根据在接入装置与终端装置之间进行传输的请求，接入装置将无线电波引导到可重构装置。沿着第一薄片的第一长度方向变化的特性可以改变水平面中的透射或反射角，即改变方位角。沿着第二薄片的第二长度方向变化的特性可以改变竖直平面中的透射或反射角，即改变高度角。通过移动第一薄片和第二薄片，可以实现水平方向和竖直方向上的波束扫描，并且可以扫描无线通信系统中的区域，直到受影响的无线电波被适当地引导到终端装置。可以通过改变方位角和高度角来执行微调。此外，在终端装置移动时，可以调整方位角和高度角以保持无线电波例如沿着可重构装置与终端装置之间的直接视线或者经由可重构装置与终端装置之间的环境中的反射被引导到终端装置。此外，可以调整方位角和高度角以最小化路径损耗和/或最大化接入装置与终端装置之间经由可重构装置的传输的信噪比(snr)。例如当终端装置正在移动或影响无线电波传播的环境改变时，方位角和高度角的独立调节能够实现快速和可靠的重新调节。

31、计算机程序、计算机程序产品或计算机可读存储介质包括程序代码。程序代码可由至少一个处理器加载和执行。在加载和执行程序代码时，至少一个处理器执行操作可重构装置的方法，用于影响无线通信系统中入射无线电波的空间属性。

32、一种可重构装置包括：第一薄片，第一薄片具有沿着其第一长度方向变化的特性；以及第二薄片，第二薄片具有沿着其第二长度方向变化的特性。第一薄片的特性涉及对入射无线电波的空间传播的第一影响，而第二薄片的特性涉及对入射无线电波的空间传播的第二影响。该可重构装置包括联接到第一薄片的第一致动器，该第一致动器被配置成沿第一长度方向移动第一薄片，以便有选择地将第一薄片的一部分置于可重构装置的暴露区域中。所述可重构装置包括第二致动器，所述第二致动器联接到所述第二薄片并被配置为沿所述第二长度方向移动所述第二薄片，以便选择性地将所述第二薄片的一部分置于所述暴露区域中。第一薄片和第二薄片被堆叠，使得入射到暴露区域上的无线电波穿过第一薄片的被置于暴露区域中的相应部分，并且入射到第二薄片的被置于暴露区域中的相应部分上。

33、一种方法包括：在请求了在所述无线通信系统中工作的接入装置与终端装置之间进行传输时，控制所述接入装置的天线装置将所述传输引导到所述可重构装置，选择所述第一薄片的所述第一长度方向上的部分，并且控制所述第一致动器以移动所述第一薄片，使得所选择的部分被置于所述暴露区域中，以及选择所述第二薄片的所述第二长度方向上的部分，并控制所述第二致动器以移动所述第二薄片，使得所选择的部分被置于所述暴露区域中。

34、应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面将要解释的特征不仅可以以所示的相应组合使用，而且可以以其它组合或单独使用。