[发明专利]连接物理空间和数字空间的元无线电虚实互动系统和方法

说明书

本发明公开了连接物理空间和数字空间的元无线电虚实互动系统和方法，属于无线通信技术的无线电领域，包括物理层，用于通过传感器实时采集物理空间的实时数据，为数字空间提供实时数据；数据层，用于存储所述实时数据；模型层，用于根据接收的实时数据对无线电对象进行建模和分析，为数字空间提供特征信息；应用层，用于通过元无线电通信实现无线电应用；本发明能够突破传统无线电物理空间的时空约束，在无线电数字‑物理双空间实现实时更新、持续认知、动态交互，实现物理空间和数字空间的虚实交互，具有共生成长、全生命周期、群体智能、主动认知的优势，成为下一代无线电数字化、智能化发展的新方向。

技术领域

本发明涉及连接物理空间和数字空间的元无线电虚实互动系统和方法，属于无线通信技术的无线电领域。

背景技术

在过去的几十年里，无线电技术深刻地改变了我们的生活。一般来说，无线电经历了四个阶段：模拟无线电、数字无线电、软件无线电和认知无线电。自20世纪90年代以来，软件无线电在数字化方面迈出了重要的一步，提供了一种实用的解决方案，可以使用软件编程在同一硬件上完成不同的功能。认知无线电，通过自动感知周围的电磁环境并发现频谱空洞，无线电参数可以与环境匹配。认知无线电通过赋予无线电认知能力而开始走向智能。

随着5G应用的推进和6G的研究，万物互联的潜在优势非常显著。然而，实现这些优势仍然是一项具有挑战性的任务。例如，如何加快复杂无线电系统中新通信技术的部署，提供具有高可用性的灵活测试环境，并降低昂贵的未知试错成本。最重要的是通过合理的权衡来满足不同应用程序和场景的不同需求。新的场景应用(如远程手术)需要超低的确定性延迟，而最近的车联网需要实时适应不断变化的网络拓扑。由于服务的多样性，5G无线网络的链路适配可以满足物理层和媒体访问控制层的灵活性要求。然而，对于不同场景中的大规模瞬时网络链路，信道估计的成本和开销是无法承受的。无线电需要更先进的技术、更有效的资源利用以及更快更安全的服务。因此，无线电迫切需要通过超越时间和空间的物理限制，进一步向数字化和智能化发展来提高其智能水平。

从历史角度来看，无线电经历了从模拟无线电到数字无线电、软件定义无线电和认知无线电的演变过程。

模拟无线电使用模拟技术来完成发射机和接收机的调制和解调过程，因此不容易适应各种通信系统。随着通信系统功能的增加，对硬件的要求更高，这显著增加了通信成本、扩展和升级困难以及缺乏灵活性。

从20世纪80年代开始，数字无线电通过数字调制具有抗干扰能力和非凡的通信能力。在接收端，信号在模拟到数字(A/D)采样后被解调。数字化可以提供更高的处理效率。

由J.Mitola于20世纪90年代初首次提出的软件定义无线电真正实现了通信功能的软件，并且可以执行解调。软件可以根据需要进行更新，硬件同时具有一定的通用性。然而，在软件定义的无线电中选择关键参数需要人工选择，这缺乏灵活性和自主性。当电磁环境发生变化时，需要人为地进行更新和调整。

认知无线电，也是J.Mitola在1999年左右创造的，通过感知频谱环境，有目的地实时改变操作参数，以实现频谱的有效利用。根据不同的需要，无线电可以在动态环境中进行调整，例如频谱认知。认知无线电通过感知和智能选择的学习能力提高无线电对环境的适应性。

随着无线电通信的发展，一些严重的问题已经暴露出来。物理空间中的无线电仍然主要受到以下因素的限制：

物理空间中设计和验证新无线电方案受到实际场景和无线电设备的限制，成本通常很高。一旦硬件更新和用户需求发生变化，无线电中的一切设计都将重新开始。

无线电发展与资源之间的冲突更加激烈。随着无线电数量、类型和功能的增加，在管理网络的复杂性和无线电之间合作所需的调度资源方面将面临许多挑战。例如，对于大规模部署，越来越多的无线电可以将优化问题的复杂性推到不现实且无法解决的状态。