[发明专利]一种基于分布式天线的无线虚拟现实系统

说明书

本发明涉及一种基于分布式天线的无线虚拟现实系统，包括主机和头盔，主机包括8个射频拉远单元。8个射频拉远单元分别处于两种不同的工作模式，其中1个射频拉远单元向头盔发送高清视频以及高保真音频；同时另外7个射频拉远单元轮流向头盔发送信道探测信号。当其中一个射频拉远单元与头盔之间出现障碍物时可以快速切换至其它的射频拉远单元，这样可以有效解决信号遮挡问题，保证主机和头盔之间高速的数据传输。此外，本发明中射频拉远单元采用模拟波束成形技术，头盔采用混合模拟/数字波束成形技术，用于接收信道探测信号的射频通道使用低精度的模数转换器，如此可以有效降低系统的硬件复杂度与功耗。

技术领域

本发明涉及虚拟现实领域，特别涉及一种基于分布式天线的无线虚拟现实系统。

背景技术

随着计算机科学的不断进步，人机交互技术也得到了快速的发展。在早期的DOS命令行环境中，用户只能使用键盘来输入命令。在微软视窗操作系统中，用户可以通过鼠标进行操作。而在近年来流行的智能手机中，安卓系统和苹果iOS系统均允许用户直接通过触摸屏操作。在这些系统中，虽然用户的操作越来越简单方便，但其显示设备都是基于二维平面的。实际中，人们生活在一个三维空间里。利用二维平面来描述三维空间下的物体存在着各种局限性。近年来，虚拟现实技术得到了快速的发展。虚拟现实技术能够向用户直接展示出三维空间，从而以一种更加符合人们日常生活习惯的方式完成人机交互。在一个虚拟现实系统中，用户需要戴上一个虚拟现实头盔，用来接收从计算机主机发送来的信息，从而体验到一个完全由计算机所模拟的虚拟世界。

与传统计算机不同的是，为了使用户能够采用和日常生活相同的身体姿态完成人机交互，虚拟现实系统的计算单元与显示单元位于物理空间的不同位置。这导致了一个重要的问题：如何将计算单元的结果传递给显示单元。一个可行的办法是借鉴传统计算机的做法，利用诸如HDMI、DP、USB等线缆进行数据的传输，其优点是能够保证数据的高速可靠传输，缺点是用户在使用虚拟现实系统时头盔后面要拖出一根物理的实体线与主机相连。这根线缆限制了用户的活动范围，而且有可能在用户移动时缠住或绊倒用户。

无线虚拟现实系统利用无线通信技术将数据从主机传递到头盔。由于没有了线缆的束缚，用户可以进行自由的移动，进行各种复杂的人机交互，从而显著提高了用户体验。虚拟现实系统需要传输高清视频，对带宽的要求很高。毫米波频段的带宽大，数据传输速率高。因此，无线虚拟现实系统一般采用毫米波频段进行数据的传输。但是毫米波通信的一个重要缺点是波长短，遇到障碍物时的绕射能力很差。在有直射径的情况下，毫米波通信能够提供足够传输速度来进行高清视频的传输。但在主机与头盔之间有障碍物的情况下，毫米波通信的传输速度会急剧下降。例如，用户在使用虚拟现实系统的过程中，由于头部、手臂或身体其它部位的运动，会导致用户在无意间挡住了无线信号。此外，如果有多个用户同时使用虚拟现实系统，不同用户之间也难免会出现相互遮挡的情况。如果从一个固定的位置发送无线信号，无论如何挑选发送天线的位置，都无法保证能够完全避免信号遮挡现象的发生。

专利申请号为201710085582.1提供了一种无线虚拟现实系统，可以将视频数据进行压缩后再进行无线传输，通过降低数据量，可以降低虚拟现实系统对无线传输速率的要求。但是这种方式存在的缺点是：一方面，视频压缩会降低视频的质量，从而会影响用户体验；另一方面，视频的压缩与解压缩的计算量都较大，这会增大虚拟现实头盔的功耗，对于采用电池供电的虚拟现实头盔来说，功耗的增加会缩短虚拟现实系统的使用时间，从而影响用户体验。此外，虚拟现实系统对延时有着苛刻的要求，而视频在发送端的压缩以及在接收端的解压缩都不可避免的要消耗一定的时间，这会增大系统的延时，从而导致用户在佩戴虚拟现实头盔时产生眩晕感。

发明内容

本发明提供了一种基于分布式天线的无线虚拟现实系统，包括主机和头盔；主机包括8个射频拉远单元，分别安装于房间的8个顶点；其中1个射频拉远单元用于向头盔发送高清视频以及高保真音频；同时另外7个射频拉远单元轮流向头盔发送信道探测信号。