本公开涉及一种用于使无线电传播数字孪生的生成自动化的方法。
背景技术：
1、“数字孪生”是创建物理对象的虚拟表示的概念。它允许以灵活、快速和具有成本效益的方式获得对真实对象的洞察。通常，通过具有传播信道的数字孪生，能够更好地分配无线电资源，优化传输参数并且规划优化网络的部署。数字表示可以用于诸如评估、预测、优化等的各种目的。在无线电通信中，物理对象可以以无线电传播环境的形式存在。
2、发射机和接收机之间的无线电信道可以被建模为环境中电磁射线的传播。电磁射线离开发射机，在环境中行进并且最终到达接收机。在抵达接收机的途中，射线遇到数个对象，其中，射线的路径和电磁特性可能根据这些对象的诸如反射、折射、衍射等的性质而变化。这些变化还取决于无线电频带和这些对象的材料。
3、给定真实环境的3d草图，射线跟踪技术模拟射线的传播，并且提供射线与环境之间的交互的细节。无线电传播数字孪生可以建立在射线及其交互的基础上。数字表示的保真度通常取决于：
4、-射线的几何特性的细节；以及
5、-射线的交互涉及的材料的介电特性的准确性。
6、前一因素可以在强大的图形处理器(gpu)的帮助下通过现代射线跟踪算法可行地实现。后一因素的获得更为复杂。所涉及的介电特性是介电常数。事实上，该参数不仅取决于对象材料，而且还取决于当前温度、湿度，并且更重要地，取决于工作频带。
7、为了具有无线电传播信道的精确数字孪生，需要校准环境中的对象的介电常数。校准基于信道测量，其允许通过调整作为模型的参数的介电常数系数而对模型进行微调。测量阶段通过至少一对发射机(tx)和接收机(rx)位置承载，但优选从数对发射机(tx)和接收机(rx)位置执行测量阶段。实际上，单个tx-rx链路不能捕获全部所需的介电常数，或者在某些情况下不能足够好地表征无线电信道和介电常数之间的相关性。
8、通常，用于测量的位置的确定是探索式的而不基于任何可靠的效率证据。这种方法至少受以下缺点影响：
9、-首先，其需要昂贵的人工干预。
10、-第二，探索式方法不能保证测量对于给定的校准性能已经足够(相反，在某些情况下，测量是冗余的，导致资源浪费)。
技术实现思路
1、本公开的目的是改善上述情况。
2、为此，提出一种表征射频环境的计算机实现的方法，该方法包括：
3、-获得所述射频环境中的物理对象的几何特性的测量(参照图1的s1.1)，所述几何特性至少包括所述物理对象的各自的位置和各自的尺寸，
4、-模拟涉及多种模拟的射线的射频射线跟踪(参照s1.2)，每条射线：
5、·由位于所述射频环境中的发射机(以下标记为tx)在发射机位置发射，并且/或者
6、·由位于所述射频环境中的接收机(以下标记为rx)在接收机位置接收，
7、每一对发射机位置和接收机位置在其间限定射频路径，其中模拟的射线可能与所述物理对象中的至少一部分交互，
8、-在全部射频路径(s2.1)中选择由与最多地与模拟射线交互的物理对象交互的模拟的射线限定的至少一条射频路径，
9、-获得由所选路径限定的射频信道的射频测量(s2.2)，并且估计在所述所选路径中交互的物理对象的射频特性(o3.1)，
10、所述物理对象的所述射频特性和所述几何特性由此表征所述射频环境。
11、因此，本公开的主题使得能够最小化要在环境中执行的射频测量，从而获得时间和存储器资源。
12、一旦获得物理对象的射频特性和几何特性，就可以表征射频环境，并且在一个实施方式中，该方法还可以因此包括：
13、-从所述射频环境的所述表征生成无线电传播数字孪生。
14、因此，可以创建无线电环境的数字副本，以优化发射天线和/或接收天线的部署，优化接入点(例如，基站或wifi家庭网关)的位置，并且预测基站或网关的射频性能、其在室内或自然界中或在具有建筑物的城市环境中的覆盖范围等。另一应用是辅助资源分配，例如局部地提供更多电力(通常在网络规划的应用中)。
15、通常，在一个实施方式中，所述所选射频路径限定发射机(tx)位置和接收机(rx)位置，并且该方法还包括：
16、-引导携带发射天线和接收天线中的至少一个的至少一个机器人，以将所述机器人定位在所述发射机位置和所述接收机位置中的一个处，并且控制所述机器人在所述发射机位置和所述接收机位置中的所述一个处执行所述射频测量(s2.2)。
17、在这种实施方式中，当选择(s2.1)多条射频路径时，可以设置固定的发射天线(tx)，同时机器人可以配备有接收天线(rx)并且被引导为占据由所述所选路径限定的连续接收机位置。
18、另选地，可以提供接收固定天线，同时机器人携带发射天线并且从连续发射机位置移动。
19、在一个实施方式中，射线跟踪的所述模拟包括：
20、-将每条模拟的射线细分成子路径，其中将所述模拟的射线视为与所述射频环境的物理对象相遇，
21、-估计所述模拟射线与子路径中相遇的所述物理对象的交互，以及
22、-对于每个交互，至少估计和记录：
23、·在至少反射、折射、衍射当中的交互的性质，
24、·射线相对于相遇的所述物理对象的入射角，以及
25、·相遇的所述物理对象的数据。
26、例如，相遇的对象的该数据可以是形成该对象的材料的标识符k，或者下面呈现的实施方式的示例中的该材料的射频介电常数值。
27、在上面给出的限定中，可以通过将交互的相应分数分配给与模拟的射线交互的物理对象来限定通过与“最多地与模拟的射线交互”物理对象交互的模拟射线限定的所选(s2.1)射频路径。
28、在下面呈现的实施方式的示例中，交互的最高分数可以对应于射频信道的更大的全局变化(其隐含由所选射频路径最终限定的信道上的更大的全局变化)。
29、另选地，所选路径可以是具有最高数量的子路径(即，与许多对象相遇)的路径。这可以是选择所述“至少一条射频路径”的替选度量。
30、在“对射频信道的影响”的实施方式中，最多地与射线交互的物理对象因此可以被限定为对由离开发射机(tx)、与射频环境的物理对象交互并成功到达接收机(rx)的射线建模的射频信道h的估计具有最高影响。
31、更具体地，射频信道h的估计可以由下式给出：
32、
33、其中：
34、-p表示射线的索引，并且δ(τp)是应用于离开发射机(tx)以到达接收机(rx)的射线p的延迟的dirac函数；
35、-ip表示与射线p相遇并且由于与物理对象的交互而引起的入射的索引；
36、-βp是射线p的射频路径损耗；
37、-是射线p的出发角处的发射天线响应；
38、-是射线p的到达角处的接收天线响应；
39、-是由于入射ip引起的射线p的去极化矩阵，所述矩阵取决于入射角以及在入射ip中与射线p交互的物理对象的标记为η(ip)的射频特性。
40、在实施方式的示例中，射频路径的选择(s2.1)可以包括：
41、-对所述环境中的物理对象的数量k进行计数，并且向每个对象分配要由所述射频测量确定的射频特性的预定参数的值(η1,..,ηk)，
42、-针对所述预定参数的每个给定值ηk限定可能的范围从而所述预定参数根据所述范围而变化，同时将所述预定参数的所有其它值固定为所分配的相应默认值，
43、-当所述给定值ηk在所述范围内变化时，通过使用由射线跟踪的所述模拟产生的射线来估计所述射频环境中的针对所有信道h(ηk)的变化，
44、-针对每个物理对象估计由下式给出的分数sk：
45、
46、其中，mh是当值ηk在范围内变化时信道h(ηk)的平均值，
47、-在可能的路径中选择与分数sk最高的物理对象交互的至少一条路径。
48、在另一种方法中，射频路径的选择(s2.1)可以另选地包括：
49、-向每个对象k分配要由所述射频测量确定的射频特性的预定参数的值ηk，
50、-对于由射线跟踪的所述模拟限定的每条射线p，对所述射线p与对象k交互的次数n(p,k)进行计数，并且次数被表示为：
51、
52、-对于每个物理对象，估计所述预定参数的值ηk的分数，分数表示为sk并且如下通过用射线p的射频路径损耗βp对所述次数加权而获得：
53、
54、-在可能的路径中选择与分数sk最高的物理对象交互的至少一条路径。
55、在选择与分数sk最高的物理对象交互的所述至少一条路径之前，一旦估计了所述分数，可以实施过滤以消除具有低于忽略阈值的所述预定参数的值的对象。
56、所述选择与分数sk最高的物理对象交互的至少一条路径可以通过最小化要执行的射频测量的数量同时确保捕获具有高于显著性阈值的所述预定参数的值的物理对象来执行。
57、当然，所述显著性阈值高于所述忽略阈值。
58、在一个实施方式中，如上所述，射频特性的预定参数的上述值可以是射频介电常数的值，并且所述射频特性(与图1的项o3.1相关)可以至少包括物理对象的各自的射频介电常数。
59、然而，另选地，除了作为射频特性的介电常数之外，还可以利用上述射频测量来互补地或替选地估计对象的粗糙度的因子。这实际上是由于波传播的射频漫射机制(也称为“漫反射”)而可以进行。当波遇到粗糙(即，不平坦)的表面时，能量在数个方向上散射(而不是在表面完全平坦的情况下仅在反射方向上散射)。当粗糙度值与射频波长在相同的尺度内时，漫射效应变得更加相关
60、因此，在该替代实施方式中，射频特性的预定参数的上述值可以是粗糙度的值，并且射频特性(与图1的项o3.1相关)可以至少包括物理对象的各自的粗糙度值。
61、本公开的目的还在于提供一种计算机程序，其包括指令，当程序由计算机执行时，所述指令使得所述计算机执行上述方法。本公开的目的还在于提供一种非暂时性计算机存储介质，其存储这种计算机程序的指令。
62、目的还在于一种用于实现所述方法的系统，并且所述系统包括：
63、-物理对象传感器，所述物理对象传感器用于获得所述射频环境中的所述物理对象的所述几何特性的测量(s1.1)，
64、-计算机，所述计算机连接到所述物理对象传感器以接收所述几何特性的数据，并且包括计算电路，所述计算电路用于模拟所述射频射线跟踪(s1.2)并且用于选择(s2.1)限定发射机(tx)和接收机(rx)的各自的位置的至少一个射频，以及
65、-发射天线和接收天线，所述发射天线和所述接收天线分别位于发射机(tx)和接收机(rx)的所述各自的位置以用于执行所述射频测量(s2.2)。
66、通常，在该系统的实施方式中，该系统还可以包括至少一个机器人，所述至少一个机器人携带发射天线和接收天线中的至少一个，并且连接到所述计算机，以用于接收包括发射机(tx)和接收机(rx)的所述位置中的至少一个的点坐标的控制数据，从而将所述机器人定位在所述发射机位置和所述接收机位置中的一个处，并且控制所述机器人在所述发射机位置和所述接收机位置中的所述一个处执行所述射频测量(s2.2)。
67、本公开的更多细节和优点将在阅读下面作为示例给出的实施方式的以下描述时得到理解，并且将在相关附图中出现。
1.一种用于表征射频环境的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述所选射频路径限定发射机位置和接收机位置，并且所述方法还包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其中，选择多个射频路径，并且其中，
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，射线跟踪的所述模拟包括：
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，最多地与所述射线交互的所述物理对象被限定为对通过离开发射机、与所述射频环境的物理对象交互并且成功到达接收机的射线建模的射频信道h的估计具有最高影响。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述射频信道h的估计由下式给出：
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述射频路径的所述选择包括：
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述射频路径的所述选择包括：
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在选择与分数sk最高的物理对象交互的所述至少一条路径之前，一旦估计了所述分数，则实施过滤以消除具有低于忽略阈值的所述预定参数的值的对象。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，其中，所述选择与分数sk最高的物理对象交互的至少一条路径的步骤通过在确保捕获具有高于显著性阈值的所述预定参数的值的物理对象的同时最小化要执行的射频测量的数量来执行。
12.根据与权利要求10结合的权利要求11所述的方法，其中，所述显著性阈值高于所述忽略阈值。
13.根据权利要求8至12中的任一项所述的方法，其中，射频特性的所述预定参数的所述值是射频介电常数的值，所述射频特性至少包括所述物理对象的各自的射频介电常数。
14.一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，当所述程序由计算机执行时，所述指令使得所述计算机执行根据权利要求1至13中的任一项所述的方法。
15.一种用于实现根据权利要求1至13中的任一项所述的方法的系统，所述系统包括：
16.根据权利要求15所述的系统，所述系统还包括至少一个机器人，所述至少一个机器人携带发射天线和接收天线中的至少一个，并且连接到所述计算机，以用于接收包括发射机和接收机的所述位置中的至少一个的点坐标的控制数据，从而将所述机器人定位在所述发射机位置和所述接收机位置中的一个处，并且控制所述机器人在所述发射机位置和所述接收机位置中的所述一个处执行所述射频测量。
