[發(fā)明專利]連接物理空間和數(shù)字空間的元無線電虛實互動系統(tǒng)和方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202310422085.1
• 申請日: 2023-04-19
• 公開（公告）號: CN116437306A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁國如;魏國峰;焦雨濤;徐以濤;郭道省;李京華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學(xué)
• 主分類號: H04W4/30
• 分類號: H04W4/30;H04L67/131;G06F18/241
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 馬進(jìn)

本發(fā)明公開了連接物理空間和數(shù)字空間的元無線電虛實互動系統(tǒng)和方法，屬于無線通信技術(shù)的無線電領(lǐng)域，包括物理層，用于通過傳感器實時采集物理空間的實時數(shù)據(jù)，為數(shù)字空間提供實時數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)層，用于存儲所述實時數(shù)據(jù)；模型層，用于根據(jù)接收的實時數(shù)據(jù)對無線電對象進(jìn)行建模和分析，為數(shù)字空間提供特征信息；應(yīng)用層，用于通過元無線電通信實現(xiàn)無線電應(yīng)用；本發(fā)明能夠突破傳統(tǒng)無線電物理空間的時空約束，在無線電數(shù)字?物理雙空間實現(xiàn)實時更新、持續(xù)認(rèn)知、動態(tài)交互，實現(xiàn)物理空間和數(shù)字空間的虛實交互，具有共生成長、全生命周期、群體智能、主動認(rèn)知的優(yōu)勢，成為下一代無線電數(shù)字化、智能化發(fā)展的新方向。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及連接物理空間和數(shù)字空間的元無線電虛實互動系統(tǒng)和方法，屬于無線通信技術(shù)的無線電領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在過去的幾十年里，無線電技術(shù)深刻地改變了我們的生活。一般來說，無線電經(jīng)歷了四個階段：模擬無線電、數(shù)字無線電、軟件無線電和認(rèn)知無線電。自20世紀(jì)90年代以來，軟件無線電在數(shù)字化方面邁出了重要的一步，提供了一種實用的解決方案，可以使用軟件編程在同一硬件上完成不同的功能。認(rèn)知無線電，通過自動感知周圍的電磁環(huán)境并發(fā)現(xiàn)頻譜空洞，無線電參數(shù)可以與環(huán)境匹配。認(rèn)知無線電通過賦予無線電認(rèn)知能力而開始走向智能。

隨著5G應(yīng)用的推進(jìn)和6G的研究，萬物互聯(lián)的潛在優(yōu)勢非常顯著。然而，實現(xiàn)這些優(yōu)勢仍然是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。例如，如何加快復(fù)雜無線電系統(tǒng)中新通信技術(shù)的部署，提供具有高可用性的靈活測試環(huán)境，并降低昂貴的未知試錯成本。最重要的是通過合理的權(quán)衡來滿足不同應(yīng)用程序和場景的不同需求。新的場景應(yīng)用(如遠(yuǎn)程手術(shù))需要超低的確定性延遲，而最近的車聯(lián)網(wǎng)需要實時適應(yīng)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。由于服?wù)的多樣性，5G無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路適配可以滿足物理層和媒體訪問控制層的靈活性要求。然而，對于不同場景中的大規(guī)模瞬時網(wǎng)絡(luò)鏈路，信道估計的成本和開銷是無法承受的。無線電需要更先進(jìn)的技術(shù)、更有效的資源利用以及更快更安全的服務(wù)。因此，無線電迫切需要通過超越時間和空間的物理限制，進(jìn)一步向數(shù)字化和智能化發(fā)展來提高其智能水平。

從歷史角度來看，無線電經(jīng)歷了從模擬無線電到數(shù)字無線電、軟件定義無線電和認(rèn)知無線電的演變過程。

模擬無線電使用模擬技術(shù)來完成發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的調(diào)制和解調(diào)過程，因此不容易適應(yīng)各種通信系統(tǒng)。隨著通信系統(tǒng)功能的增加，對硬件的要求更高，這顯著增加了通信成本、擴(kuò)展和升級困難以及缺乏靈活性。

從20世紀(jì)80年代開始，數(shù)字無線電通過數(shù)字調(diào)制具有抗干擾能力和非凡的通信能力。在接收端，信號在模擬到數(shù)字(A/D)采樣后被解調(diào)。數(shù)字化可以提供更高的處理效率。

由J.Mitola于20世紀(jì)90年代初首次提出的軟件定義無線電真正實現(xiàn)了通信功能的軟件，并且可以執(zhí)行解調(diào)。軟件可以根據(jù)需要進(jìn)行更新，硬件同時具有一定的通用性。然而，在軟件定義的無線電中選擇關(guān)鍵參數(shù)需要人工選擇，這缺乏靈活性和自主性。當(dāng)電磁環(huán)境發(fā)生變化時，需要人為地進(jìn)行更新和調(diào)整。

認(rèn)知無線電，也是J.Mitola在1999年左右創(chuàng)造的，通過感知頻譜環(huán)境，有目的地實時改變操作參數(shù)，以實現(xiàn)頻譜的有效利用。根據(jù)不同的需要，無線電可以在動態(tài)環(huán)境中進(jìn)行調(diào)整，例如頻譜認(rèn)知。認(rèn)知無線電通過感知和智能選擇的學(xué)習(xí)能力提高無線電對環(huán)境的適應(yīng)性。

隨著無線電通信的發(fā)展，一些嚴(yán)重的問題已經(jīng)暴露出來。物理空間中的無線電仍然主要受到以下因素的限制：

物理空間中設(shè)計和驗證新無線電方案受到實際場景和無線電設(shè)備的限制，成本通常很高。一旦硬件更新和用戶需求發(fā)生變化，無線電中的一切設(shè)計都將重新開始。

無線電發(fā)展與資源之間的沖突更加激烈。隨著無線電數(shù)量、類型和功能的增加，在管理網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和無線電之間合作所需的調(diào)度資源方面將面臨許多挑戰(zhàn)。例如，對于大規(guī)模部署，越來越多的無線電可以將優(yōu)化問題的復(fù)雜性推到不現(xiàn)實且無法解決的狀態(tài)。