用于通过反向散射生成波束成形信号的通信节点和方法技术

公开一种用于在无线通信网络中借助反向散射来生成波束成形信号的无线通信节点(130)以及在其中的方法。所述无线通信节点(130)在多个(A个)天线(310)处接收射频信号。每个天线通过多个(A个)开关(320)中的一个开关耦合到多个阻抗矩阵(330)中的一个阻抗矩阵。所述无线通信节点(130)基于要发送的数据符号，在基带信号生成器(340)中生成第一基带信号。基于每个开关的特定开关控制信号来控制每个开关的状态，以使得每个天线阻抗在多个(M个)阻抗之中选择，并且由此在每个天线处接收的RF信号由具有其特定相位的所述第一基带信号进行调制并被反射。所述多个(A个)天线通过反射来自每个天线的调制后的RF信号，生成所述波束成形信号。

Communication nodes and methods for beamforming signal generation by backscattering

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过反向散射生成波束成形信号的通信节点和方法
本专利技术的实施例涉及一种用于生成波束成形信号的无线通信节点以及在其中的方法。具体地说，实施例涉及通过反向散射在无源或半无源设备中生成波束成形信号。
技术介绍
半无源和无源发射机已在各种应用中使用。无源发射机完全由从传入RF信号接收的能量供电。半无源发射机具有电池并且消耗电力以执行基带处理，但缺少功率放大器和在发射机射频(RF)信号链中存在的许多其它组件。因此，无源和半无源发射机都具有高功效。半无源和无源发射机的主要理念是将RF载波的生成委托给电源供电的外部节点。这意味着在半无源或无源设备中不需要高耗电的功率放大器、滤波器、混频器和其它组件。半无源或无源设备通过以下方式来生成发送信号：使用与传入RF载波信号失配的天线，因此反射或反向散射传入无线电波，并且调制所反射的电磁波以便向接收单元发送数据。无源和半无源设备由于其功率效率而在物联网(IoT)应用中具有良好的潜力。例如，在Kellog.等人的“PassiveWiFi:BringingLowPowertoWi-FiTransmissions(无源WiFi：为Wi-Fi传输带来低功耗)”(华盛顿大学)中，展示如何实现符合IEEE802.11b标准的高功效半无源设备。在EnsworthJ.F.、ReynoldsM.S.的“Everysmartphoneisabackscatterreader:ModulatedbackscattercompatibilitywithBluetooth4.0LowEnergy(BLE)devices(每个智能手机都是反向散射读取器：与蓝牙4.0低功耗(BLE)设备的调制反向散射兼容性)”(射频标识(RFID)，2015年IEEE国际会议，2015年4月15-17日)中，展示如何修改无源RFID标签，以使得反射信号可以由普通的现成蓝牙低功耗(BLE)接收机来接收。借助反向散射来无源和半无源地生成RF信号的一个问题是反射波的功率通常相当小。在非授权频带中，这尤其是个问题，在这些频带中，RF音调生成器的发送功率受到针对短程设备的法规的限制，即，等效全向辐射功率(EIRP)被限制为30dBm或更小，具体取决于区域。因此，无源/半无源设备的范围相当有限。这限制了这些类型的设备的可用性。作为一个示例，如果RF生成器与半无源设备的距离为5米并且发送功率为14dBm，则反向散射功率约为-42dBm。作为比较，BLE规范确保BLE设备的发送功率在-20dBm与+10dBm之间变化。
技术实现思路
因此，本专利技术的实施例的一个目标是提供一种用于在无线通信网络中借助反向散射无源和半无源地生成RF信号的改进的方法和装置。根据本专利技术的实施例的第一方面，通过一种用于在无线通信网络中借助反向散射来生成波束成形信号的无线通信节点来实现该目标。所述无线通信节点包括多个(A个)天线，被配置为接收具有载波频率的射频RF信号。所述无线通信节点进一步包括多个(A个)开关，每个开关具有多个(M个)状态。所述无线通信节点进一步包括多个阻抗矩阵，每个阻抗矩阵包括多个(M个)阻抗。每个天线通过所述多个(A个)开关中的一个开关耦合到一个所述阻抗矩阵。所述无线通信节点进一步包括基带信号生成器，被配置为基于要发送的数据符号来生成第一基带信号。所述无线通信节点进一步包括多个(A个)开关控制器。每个开关控制器被配置为通过将所述第一基带信号相移天线特定的相位来针对所述多个(A个)开关中的一个开关生成特定开关控制信号。每个开关的所述状态是基于它的特定开关控制信号来控制的，以使得每个天线阻抗在所述多个(M个)阻抗之中选择，并且由此在每个天线处接收的RF信号由具有其特定相位的所述第一基带信号来调制并且被反射。因此，所述波束成形信号是通过所述多个(A个)天线反射来自每个天线的调制后的RF信号来生成的。根据本专利技术的实施例的第二方面，通过一种在无线通信节点中执行的用于在无线通信网络中借助反向散射来生成波束成形信号的方法来实现该目标。所述无线通信节点在多个(A个)天线处接收射频信号。每个天线通过多个(A个)开关中的一个开关耦合到多个阻抗矩阵中的一个阻抗矩阵。每个阻抗矩阵包括多个(M个)阻抗。所述无线通信节点基于要发送的数据符号，在基带信号生成器中生成第一基带信号。所述无线通信节点基于每个开关的特定开关控制信号来控制每个开关的状态，以使得每个天线阻抗在多个(M个)阻抗之中选择，使得在每个天线处接收的RF信号由具有其特定相位的所述第一基带信号进行调制并且被反射。所述多个(A个)天线通过反射来自每个天线的调制后的RF信号，生成所述波束成形信号。根据本专利技术的实施例，使用多个反射天线以及同相(即，波束成形)来扩展无线通信节点(即，无源或半无源设备)的发送范围。使用反射天线进行波束成形在改进覆盖方面具有优势。与传统的有源发射机不同，当天线数量增加时，功耗仅稍微增加，因为发射机链中没有功率放大器、滤波器或其它高耗电的组件。天线数量加倍使反射功率加倍。即，当天线数量加倍时，能够获得高达3dB的功率增益。此外，如果来自不同天线的反射信号的相位能够对准，则能够通过加倍天线数量来获得6dB的增益。在现有技术中已报道了与普通Wi-Fi系统中的发射机相比，无源Wi-Fi系统中的发射机消耗的功率减少几个数量级，例如减少1000倍。尽管波束成形需要增加基带处理和交换，但鉴于发送功率增益的大小，在许多IoT应用中功耗的增加应该是可容许的。因此，本专利技术的实施例提供一种用于在无源和半无源设备中生成RF信号的改进的方法和装置。附图说明将参考附图更详细地描述本专利技术的实施例的示例，这些附图是：图1是示出其中可以实现本专利技术的实施例的无线通信网络的实施例的示意框图；图2是示出半无源设备的基本发射机架构的示意框图；图3是示出根据本专利技术的实施例的无线通信节点的示意框图；图4示出在RF生成器处的用于减少接收机节点处的干扰的波束成形模式(beamformingpattern)；图5是示出将天线单元与反射放大器和能量收集(energyscavenging)相组合的示意框图；以及图6是示出在无线通信节点中的方法的一个实施例的流程图。具体实施方式图1示出其中可以实现本专利技术的实施例的无线通信网络100的一个示例。无线通信网络100可以是任何无线系统或蜂窝网络，例如长期演进(LTE)网络、任何第三代合作计划(3GPP)蜂窝网络、微波存取全球互通(Wimax)网络、无线局域网(WLAN/Wi-Fi)、LTEAdvanced或第四代(4G)网络、第五代(5G)或新无线电(NR)网络或蓝牙/蓝牙低功耗(BLE)网络等。无线通信网络100包括不同类型的无线通信节点，例如RF生成器110、接收机120、半无源或无源IoT设备130。半无源或无源IoT设备130从RF生成器110接收RF载波信号，RF生成器110是电源供电的外部节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线通信节点(300)，用于在无线通信网络中借助反向散射来生成波束成形信号，所述无线通信节点包括：/n多个即A个天线(310)，被配置为接收具有载波频率(fc)的射频RF信号；/nA个开关(320)，其中，每个开关具有M个状态；/n多个阻抗矩阵(330)，每个阻抗矩阵包括M个阻抗，并且其中，每个天线通过所述A个开关中的一个开关耦合到一个所述阻抗矩阵；/n基带信号生成器(340)，被配置为基于要发送的数据符号

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种无线通信节点(300)，用于在无线通信网络中借助反向散射来生成波束成形信号，所述无线通信节点包括：
多个即A个天线(310)，被配置为接收具有载波频率(fc)的射频RF信号；
A个开关(320)，其中，每个开关具有M个状态；
多个阻抗矩阵(330)，每个阻抗矩阵包括M个阻抗，并且其中，每个天线通过所述A个开关中的一个开关耦合到一个所述阻抗矩阵；
基带信号生成器(340)，被配置为基于要发送的数据符号来生成第一基带信号；
A个开关控制器(350)，其中，每个开关控制器被配置为通过将所述第一基带信号相移天线特定的相位(θa，a＝1，..A)来针对所述A个开关中的一个开关生成特定开关控制信号；以及其中
每个开关的所述状态是基于它的特定开关控制信号来控制的，以使得每个天线阻抗在所述M个阻抗之中改变，并且由此在每个天线处接收的RF信号由具有其特定相位(θa)的所述第一基带信号来调制并且被反射，以及
所述波束成形信号是通过所述A个天线反射来自每个天线的调制后的RF信号来生成的。


2.根据权利要求1所述的无线通信节点，进一步包括：
A个反射放大器，分别耦合到所述A个天线。


3.根据权利要求2所述的无线通信节点，进一步包括：能量收集单元，被配置为向所述A个反射放大器供电。


4.根据权利要求3所述的无线通信节点，其中，所述能量收集单元是RF到DC功率转换器，并且被配置为将在一组天线处接收的RF信号的功率转换为DC功率。


5.根据权利要求4所述的无线通信节点，其中，所述一组天线与用于生成所述波束成形信号的所述A个天...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·洛佩兹，T·奥尔松，L·维尔赫姆森，
申请(专利权)人：瑞典爱立信有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE