[发明专利]一种无线虚拟现实系统中波束方位角的快速跟踪方法

说明书

本发明提供一种无线虚拟现实系统中波束方位角的快速跟踪方法，包括：选取当前工作射频拉远单元，其余射频拉远单元轮流作为搜索射频拉远单元；当前工作射频拉远单元进行音视频信息传输，搜索射频拉远单元向头盔发射多个波束方向的信道探测信号；头盔获取搜索射频拉远单元的方位角；更新头盔位置的最优估计；根据最优估计调整当前工作射频拉远单元的波束方位角；当前时刻递增，更新搜索射频拉远单元并再次进行波束搜索，重复上述步骤。本发明的方法采用的搜索射频拉远单元不负责音视频信息传输，所以波束扫描可以不间断地进行，从而达到最高波束扫描频率，使当前工作射频拉远单元在用户移动时也能高速传输数据。

技术领域

本发明涉及虚拟现实领域，具体涉及一种无线虚拟现实系统中波束方位角的快速跟踪方法。

背景技术

虚拟现实系统作为一种新型的人机交互技术，近年来得到了快速的发展。传统的人机交互技术，如鼠标、键盘、触摸屏等，都是二维的。虚拟现实系统能够通过一台高性能计算机模拟出三维空间的信息并传递给用户，用户戴上专用的头盔之后就能体验到一个完全由计算机所仿真的三维世界。由于人们日常生活中所看到的物体都是三维的，虚拟现实系统极大的提高了模拟仿真的真实性，因而显著提高了用户体验。

虚拟现实系统主要包括主机和头盔两部分。主机是一台高性能计算机，用于生成高清视频和高保真音频。头盔则接收主机发出的音视频信息并播放。为了将主机生成的音视频信息传送到头盔，既可以采用有线的方式，也可以采用无线的方式。有线的方式相对简单，直接在主机与头盔之间连接一条物理的实体线缆即可。这种方法已经在许多虚拟现实系统中得到了应用。然而，这条物理的实体线限制了用户的自由移动。尤其在有多个用户时，不同用户的线缆还有可能会相互缠绕在一起。无线的方式取消了线缆，利用无线通信的技术传输音视频信息，因而用户能够自由的移动。由于主机生成的高清视频和高保真音频的数据量较大，无线虚拟现实系统一般采用毫米波通信技术。这导致无线虚拟现实系统中存在两个重要的问题：一是信号遮挡问题；二是用户移动导致的波束跟踪问题。

毫米波通信由于波长较短，信号的绕射能力很差，一旦遇到障碍物，信号质量就会急剧下降，即毫米波信号被障碍物所遮挡。为了解决这个问题，在专利申请号为CN201910809798.7的专利中，提出了一种基于分布式天线的无线虚拟现实系统。主要方法是在房间的8个顶点各布置一个射频拉远单元(remote radio units，RRUs)。如果某一个顶点的射频拉远单元与头盔之间出现了障碍物，则可以迅速的切换到其它射频拉远单元。虚拟现实系统中，时延是一个关键性指标。因为一旦时延超过20毫秒，用户就会有眩晕感。分布式天线的构架使得在切换射频拉远单元时所需的时间达到了最小。

毫米波通信由于频段高，路径损耗大，需要利用波束成形技术来提高接收信号的强度，即射频拉远单元发射一个很窄的波束对准头盔。如果用户移动了位置，则需要重新调整波束的方位角来跟踪用户位置的变化，以始终保持波束能够覆盖头盔。在无线虚拟现实系统中，用户能够自由的移动，所以无线虚拟现实系统不仅要检测障碍物，同时还要跟踪头盔位置的变化，以不断调整射频拉远单元发出的波束的方位角。用户的移动速度越快，则需要在更短的时间内完成波束方位角的更新。

上文所述的专利所提出的基于分布式天线的无线虚拟现实系统采用了传统的波束跟踪方法，即射频拉远单元要在传输数据时专门划分出一定的时频资源用于波束扫描，从而调整自己所发射的波束的方位角。波束扫描进行的越频繁，对头盔位置的跟踪就越及时、准确，但同时用于波束扫描的时频资源也就越多。为了能够有足够的时频资源用于高清视频和高保真音频的传输，波束扫描不能进行的过于频繁。这意味着在通信传输速率较高时，现有的基于分布式天线的无线虚拟现实系统会无法跟上头盔位置的快速变化。此时射频拉远单元所发射的波束会偏离最优的方向角，从而造成接收信号的强度下降，甚至有可能会完全错过头盔的位置。

发明内容

本发明提出了一种无线虚拟现实系统中波束方位角的快速跟踪方法，使得无线虚拟现实系统在用户移动时也能高速传输数据。