用于无线通信环境中的增强天线放置的扫描系统技术方案

本文公开的示例涉及用于确定天线在环境中的增强放置的扫描系统。扫描系统包括传感器系统，该传感器系统被配置为向扫描系统的周围环境发射光信号脉冲，并接收从周围环境中的一个或多个反射物体反射的一个或多个返回光信号脉冲。传感器系统沿第一方向从一个或多个返回光信号脉冲获得多个传感器数据切片。每个传感器数据切片对应于扫描系统的沿与第一方向正交的第二方向的不同位置。扫描系统还包括感知模块，该感知模块可通信地耦合到传感器系统，并且被配置为利用感知模块中的一个或多个经训练的神经网络，生成场景中所识别的一个或多个反射物体的地图信息。多个反射物体的地图信息。多个反射物体的地图信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无线通信环境中的增强天线放置的扫描系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年7月17日提交的题为“用于无线通信环境中的增强天线放置的扫描系统”的美国临时专利申请62/875,471号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]新一代无线网络正日益成为满足用户需求的必需品。移动数据流量每年都在增长，这对无线网络提供更高的速度、连接更多装置、降低延迟以及同时传输越来越多的数据提出了挑战。现在，无论环境和情况如何，无论是在办公楼、公共空间、露天保护区还是车辆中，用户都希望即时无线连接。为了满足这些需求，新的无线标准已被设计用于在不久的将来部署。无线技术的一个重大的发展是第五代蜂窝通信(5G)，它涵盖了不仅仅当前的第四代(4G)的长期演进(LTE)能力，并承诺通过移动式无线、固定式无线等方式提供高速互联网。5G标准将操作扩展到毫米波段(其在全球范围内覆盖超过6GHz的频率)，并扩展到计划的24GHz、26GHz、28GHz和39GHz直至300GHz，并且实现高速数据通信所需的宽带。
[0004]毫米波(mm
‑
wave)光谱提供了约1到10毫米范围内的窄波长，这些波长容易受到高大气衰减的影响，并且必须在短距离(略超过一公里)内工作。例如，在具有街道峡谷的密集散射区域中以及在购物中心中，由于多路径、阴影和地理障碍，可能存在盲点。在范围较大并且有时会出现极端气候条件和强降水的偏远地区，由于强风和风暴，环境条件可能会阻止运营商使用大型阵列天线。为5G网络提供毫米波无线通信的这些以及其他挑战对系统设计提出了艰巨的目标，包括在受控方向上生成所需波束形式同时避免周围环境的许多信号和结构之间的干扰的能力。
附图说明
[0005]联系以下结合附图来理解的详细描述，可以更充分地理解本申请，附图不是按比例绘制的，其中相似的附图标记始终指代相似的部分，附图中：
[0006]图1概念性地示出了根据本主题技术的一些实施方式的用于勘测环境的扫描系统的示例透视图；
[0007]图2是根据本主题技术的一些实施方式的扫描模块的示意图；
[0008]图3示出了根据本主题技术的各种实施方式的包括到感知模块的接口的扫描系统的示意图；
[0009]图4图示了根据本主题技术的各种实施方式的用于在无线通信环境中扫描场景以用于扫描环境中的增强天线放置的示例过程的流程图；
[0010]图5概念性地示出了根据本主题技术的各种实施方式的勘测室内环境场景的扫描系统；
[0011]图6概念性地示出了根据本主题技术的各种实施方式的在室内环境中具有增强放置的反射阵列天线的示例；并且
[0012]图7概念性地示出了根据本主题技术的各种实施方式的在室外环境中具有增强放
置的反射阵列天线的示例。
具体实施方式
[0013]公开了一种用于基于元结构的反射阵列的增强天线放置的扫描系统及其方法。反射阵列适用于许多不同的5G应用，并且可以部署在各种环境和配置中。在各种示例中，反射阵列是具有元结构反射器元件的单元的阵列，其在特定方向上反射入射射频(“RF”)信号。如本文通常定义的，元结构是一种经过设计的非周期或半周期结构，其在空间上分布以满足特定的相位和频率分布。元结构反射器元件被设计为相对于反射RF信号的波长非常小。反射阵列能够在5G所需的更高频率和相对较短的距离下操作。它们的设计和配置取决于给定应用或部署(无论是在室内还是在室外)的几何和链路预算考虑。反射阵列的放置(无论是在室内还是室外)是影响其性能的关键因素。
[0014]本主题技术提供了一种扫描系统，该扫描系统可以在扫描场景时主动估计到环境和/或结构特征的距离，以生成指示场景的多维形状的点位置云。扫描系统通过以下操作来测量各个点位置：发射光信号脉冲，并检测从场景内的物体反射的返回光信号脉冲，然后基于发射脉冲和接收反射脉冲之间的时间延迟确定到反射物体的距离。与传统的扫描装置不同，传统的扫描装置包括安装在沿x轴横向移动的车辆上的传感器，并且该传感器围绕y轴旋转以沿水平平面扫描场景，本主题技术的扫描系统包括安装在沿x轴横向移动的便携式平台上的传感器，并且该传感器围绕x轴旋转以用于沿垂直平面扫描场景。然后，由神经网络处理传感器数据，以用于检测和识别场景中的反射物体，使得场景中的最优位置例如将增加毫米波频率的无线通信信号的信号强度和覆盖区域。通过结合沿垂直平面的扫描场景切片和随时间沿水平平面聚集的多个切片来提供更大的分辨率，本主题技术提供了优于传统扫描系统的优势。
[0015]以下阐述的详细描述意在作为对实施例的各种配置的描述，而不意在表示可以实施本主题技术的唯一配置。附图被并入本文并构成详细描述的一部分。为了提供对本主题技术的更透彻的理解，详细描述包括具体细节。然而，本主题技术不限于本文阐述的具体细节，并且可以使用一个或多个实施方式被实践。在一个或多个实例中，以框图形式示出了结构和组件，以避免模糊本主题技术的概念。在其他实例中，可能不会详细描述众所周知的方法和结构，以避免不必要地模糊示例的描述。另外，示例可以被相互组合地使用。
[0016]图1概念性地示出了根据本主题技术的一些实施方式的用于勘察环境的扫描系统100的示例的透视图。扫描系统100包括传感器装置102和移动平台110。移动平台110包括主体112、支撑腿114、安装臂116、安装支架118、轮组120和手柄122。然而，并不是所有被描绘的组件都可能被使用，并且在一个或多个实施方式中可以包括图中未示出的附加组件。在不脱离本文所述的权利要求的范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行改变。可以提供另外的组件、不同的组件或更少的组件。在一些实施方式中，移动平台110是陆地车辆。在其他实施方式中，移动平台110可以是无人驾驶飞行器(UAV)，例如无人机。在这个方面，传感器装置102可以安装在无人机上，用于捕捉三维场景的航拍图像。
[0017]在一些实施方式中，传感器装置102是(或包括)光检测和测距(激光雷达(LiDAR))装置的至少一部分。在其他实施方式中，传感器装置102是(或包括)相机等的一部分。传感器装置102机械耦合到安装臂116的第一端。传感器装置102在与安装臂116耦合处围绕x轴
旋转，使得传感器装置102沿z轴具有场景的扫描角度范围。在这个方面，传感器装置102可以在扫描角度范围内沿z轴发射光信号并检测反射的光学信号。例如，传感器装置102可以提供沿z轴的θ1+θ2的扫描视场(FoV)。在一些实施方式中，θ1等于θ2。例如，针对总FoV等于120
°
，θ1＝θ2＝60
°
。在其他实施方式中，θ1不同于θ2。θ1和θ2的值是任意的，并且可以与本文所描述的示例值不同，而不脱离本公开的范围。
[0018]安装臂116被定位在平行于主体112的平面。安装支架118通过保持杆124在靠近安装臂116的第二端处机械耦合到安装臂116。安装支架118包括在安装支架118的顶表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种扫描系统，包括：传感器装置，被配置为向所述扫描系统的周围环境发射光信号脉冲，并且接收从所述周围环境中的一个或多个反射物体反射的一个或多个返回光信号脉冲，其中，所述传感器装置还被配置为沿第一方向从所述一个或多个返回光信号脉冲获得多个传感器数据切片，其中，所述多个传感器数据切片中的每一个对应于所述扫描系统的沿与所述第一方向正交的第二方向的不同位置；以及感知模块，可通信地耦合到所述传感器装置，并且被配置为利用所述感知模块中的一个或多个经训练的神经网络，生成场景中的所述一个或多个反射物体的地图信息。2.根据权利要求1所述的扫描系统，其中，所述感知模块还被配置为：确定所述场景内的一个或多个最优位置，并且基于所述一个或多个最优位置和所述地图信息，确定与无线网络相关联的天线的放置。3.根据权利要求1所述的扫描系统，其中，所述感知模块还被配置为生成指示所述场景的多维形状的点位置云。4.根据权利要求3所述的扫描系统，其中，所述感知模块还被配置为：通过发射所述光信号脉冲，测量各个点位置；检测从所述场景内的物体反射的返回光信号脉冲；并且基于发射时的所述光信号脉冲与接收时的所述返回光信号脉冲之间的时间延迟，确定到所述物体的距离，其中，所述距离对应于所述点位置云中的点位置。5.根据权利要求1所述的扫描系统，还包括：移动平台，耦合到所述传感器装置，并被配置为沿第一轴横向移动，其中，所述传感器装置还配置为围绕与所述第一轴正交的第二轴旋转，并沿所述第二轴扫描所述场景。6.根据权利要求1所述的扫描系统，其中，所述传感器装置被配置为在沿所述第二方向的第一位置处获取表示传感器数据的第一时间切片的第一返回光信号脉冲，并且在沿所述第二方向的第二位置处获取表示传感器数据的第二时间切片的第二返回光信号脉冲，其中，所述传感器数据的第一时间切片以及所述传感器数据的第二时间切片中的每一个包括在沿所述第一方向的扫描角度范围内所述场景的检测到的反射物体。7.根据权利要求6所述的扫描系统，其中，所述感知模块被配置为：按照时间将所述传感器数据的第一时间切片和所述传感器数据的第二时间切片进行组合，并且生成经组合的传感器数据，所述经组合的传感器数据包括在沿所述第一方向的扫描角度范围内在所述扫描系统的沿所述第二方向的不同位置处所述场景的检测到的反射物体。8.根据权利要求1所述的扫描系统，其中，所述感知模块包括：数据预处理模块，被配置为将所述多个传感器数据切片中的至少一个编码为点云，以供所述感知模块使用，其中，所述多个传感器数据切片中的至少一个对应于由从反射物体反射的每个返回光信号脉冲所确定的三维信息。9.根据权利要求8所述的扫描系统，其中，所述多个传感器数据切片中的至少一个包括所述场景的时间切片，所述场景的时间切片由所述传感器装置在沿所述第二方向的第一位置处、在第一时间、在沿所述第一方向的扫描角度范围内扫描。
10.一种对环境进行扫描以用于所述环境中的增强天线放置的方法，所述方法包括：通过安装在移动平台上且围绕第一方向旋转的传感器装置，随时间沿与所述第一方向正交的第二方向获得多个传感器数据切片；通过感知模块来判断所述多个传感器数据切片是否满足预定阈值；当所述多个传感器数据切片满足所述预定阈值时，通过所述感知模块从所述多个传感器数据切片生成点云；通过所述感知模块从所述点云生成经扫描场景的多维表征；并且通过所述感知模块，使用经训练的神经网络从所述经扫描场景的所述多维表征中确定针对与无线网络相关联的天线的所述经扫描场景内的一个或多个最优位置。11.根据权利要求10所述的方法，还包括：通过传感器装置经由在场景的与所述点云的相应点位置集相对应的各个部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃德蒙，
申请(专利权)人：美波公司，
类型：发明
国别省市：