阅读说明：本技术 利用干涉图案的mimo系统和方法 (Utilize the mimo system and method for interference figure ) 是由 安德烈斯·佩特鲁斯·克龙涅·福里 于 2017-12-05 设计创作，主要内容包括：一种通信系统10包括周期波的源装置12。源装置被配置成生成具有多个波瓣18.1至18.13的干涉波图案。每个波瓣具有从源装置处的原点22发散的主轴20以及在任何两个相邻波瓣之间的零点24。为波提供至少一个传感器装置26。传感器装置包括彼此间隔开的第一传感器28和第二传感器30。第一信号源40通过相移装置41连接至源装置12,以生成第一干涉波图案18,相比于第二传感器30,该第一干涉波图案18更多地照射第一传感器28。第二信号源42通过相移装置连接至源装置,以生成第二干涉图案46,该第二干涉图案46相对第一干涉图案有偏移,并且相比于第一传感器,该第二干涉图案46更多地照射第二传感器。(A kind of communication system 10 includes the source device 12 of period wave.Source device is configured to generate the interference wave pattern with multiple lobes 18.1 to 18.13.The main shaft 20 that there is each lobe the origin 22 from source device to dissipate and 0. 24 between any two adjacent lobes.At least one sensor device 26 is provided for wave.Sensor device includes the first sensor 28 being separated from each other and second sensor 30.First signal source 40 is connected to source device 12 by phase changer 41, and to generate the first interference wave pattern 18, compared to second sensor 30, which more irradiates first sensor 28.Second signal source 42 is connected to source device by phase changer, and to generate the second interference figure 46, which offsets with respect to the first interference figure, and compared to first sensor, which more irradiates second sensor.)

利用干涉图案的MIMO系统和方法

技术领域

本发明涉及通信系统和方法，并且更具体地，涉及不依赖于多径传播的多输入多输出(MIMO)系统。

背景技术

MIMO系统依赖于发送天线和接收天线之间的多个去相关路径，以在相同频率上发送若干数据流，从而增加信道容量。通常，在自由空间点对点无线电通信系统中，只有两个完全去相关的信道是可能的。这两个完全去相关的信道是两个正交的或相反圆极化的传输，并且可以以这些极化方案之间的无相关或低相关来生成和接收这两个完全去相关的信道。这允许在自由空间中使用2x2 MIMO系统，但是在没有信道内的反射的情况下，通常认为诸如4x4或8x8的更高阶MIMO是不可能的。因此，在实践中利用发送位置和接收位置之间的机会反射(chance reflection)来实现高于2×2的MIMO。

发明目的

因此，本发明的一个目的是提供一种在协作发送和接收天线之间的通信系统和方法，其实现去相关信道，而不依赖于或利用引起多径的反射，并且申请人认为利用其至少可以减轻上述缺点，或者其可以为已知的天线和方法提供有用的替代方案。

发明内容

根据本发明，提供了一种通信系统，该通信系统包括：

-周期波的源装置，源装置被配置成生成干涉波图案，干涉波图案包括多个波瓣，所述波瓣均具有从源装置处的原点发散的主轴和在任意两个相邻波瓣之间的零点；

-用于波的至少一个传感器装置，该传感器装置包括彼此间隔开的至少第一传感器和第二传感器；

-第一信号源，其通过相移装置被连接至源装置，以生成第一干涉波图案，相比于第二传感器，该第一干涉波图案更多地照射第一传感器；

以及

-第二信号源，其通过相移装置被连接至源装置，以生成第二干涉图案，该第二干涉图案相对第一干涉图案有偏离，并且相比于第一传感器，该第二干涉图案更多地照射第二传感器。

周期波可以具有与波长λ_c相关联的中心频率f_c，源装置可以至少包括彼此间隔距离d₁的第一波源和第二波源，在任何主轴和相邻零点之间可以存在角度θ，至少一个传感器装置可以与波源装置间隔开距离s，第一传感器和第二传感器可以彼此间隔距离d₂，使得

d₁＝λ_cs/2d₂

并且使得间隔开的传感器之间的线对着原点处的角度θ，第一信号源可以通过相移装置被连接至之间具有第一相位差的第一波源和第二波源，以共同生成第一干涉图案；第二信号源可以通过相移装置被连接至之间具有第二相位差的第一波源和第二波源，第一相位差和第二相位差之间的差在90度和270度之间，以共同生成第二干涉图案。

每个波源可以包括发送天线，并且每个传感器可以包括接收天线。

天线的基本特性是用于接收时天线的接收图案(根据方向的灵敏性)与用于发送时的天线的远场辐射图案相同。这是电磁学互易定理的结果。因此，当在本说明书中提及辐射图案时，天线可以被视为发送或接收或两者，在上下文中更方便。

第一相位差和第二相位差之间的差可以是180度。

本说明书中提及的波可以是声波或电磁波，包括射频波和光波。在本发明的优选实施方式中，射频波的频率f_c大于5GHz。

在一些实施方式中，通常可以提供多于至少一个传感器装置的点对多点系统，并且通常可以提供k(k＝2......n)个传感器装置，每个传感器装置与源装置的各自距离为s_k，并符合要求

d₁＝λ_cs_k/2d_2k

其中s_k是源装置和第k传感器装置之间的距离，d_2k是第k传感器装置的至少两个传感器之间的间距。

在其它实施方式中，源装置可以包括：至少第一定向波源和第二定向波源或以背靠背配置安装的天线，该以背靠背配置安装的天线相距小于d₁的距离，并且在使用中以相反方向发送波；以及用于波的偏转器，偏转器被间隔开距离d₁，以将波反射至至少一个传感器装置。

类似地，所述传感器装置中的至少一个可以包括：以背靠背配置安装的传感器，该以背靠背配置安装的传感器相距小于d2的距离；以及用于撞击波(impinging wave)的相关联的偏转器，该偏转器以距离d2间隔开，以将撞击波向传感器反射。

源装置的第一波源和第二波源可以位于第一基线或轴上，并且源装置进一步可以包括在与第一轴正交的第二轴上间隔开的至少第三波源和第四波源，以通过在第一方向或水平方向上具有干涉波图案以及在第二方向或垂直方向上具有干涉波图案来提供4x4MIMO去相关，这种方式提供了四个(4)去相关波路径。

类似地，至少一个传感器装置的第一传感器和第二传感器可以位于平行于第一轴的轴上，并且传感器装置可以进一步包括至少第三传感器和第四传感器，它们在与所述平行轴正交的轴上间隔开。

该系统可以包括更多的波源和传感器，使得通过传感器之间的间隔、波源之间的间隔、以及发送源或发送装置与传感器或接收器装置之间的链路距离s来实现足够的去相关性，以支持更高阶的MIMO通信。

因此，本发明进一步扩展至如上定义的系统，该系统包括在第一轴上的多个源装置，每个源装置在其各个源元件之间具有不同的间隔。

根据本发明的另一方面，提供了一种通信的方法，该方法包括：

-使用通信系统，该通信系统包括：源装置，其被配置成生成干涉波图案，所述干涉波图案包括多个波瓣，该波瓣均具有从源装置处的原点发散的主轴，在任何两个相邻的波瓣之间的零点；用于波的至少一个传感器装置，传感器装置至少包括第一传感器和第二传感器；

-利用第一信号源驱动源装置，以生成第一干涉波图案，相比于第二传感器，该第一干涉波图案更多地照射第一传感器；以及

-利用第二信号源驱动源装置，以生成第二干涉图案，该第二干涉图案相对第一干涉图案有偏移，并且相比于第一传感器，该第二干涉图案更多地照射第二传感器。

周期波可以具有与波长λ_c相关联的中心频率f_c，源装置可以包括至少第一波源和第二波源，它们彼此间隔距离d₁，在任何主轴和相邻的零点之间之间存在角度θ，传感器可以彼此隔距离d₂，使得

d₁＝λ_cs/2d₂

并且使得间隔开的传感器之间的线对着原点处的角度θ；第一信号源可以通过相移装置被连接至之间具有第一相位差的第一波源和第二波源，以共同生成第一干涉波图案；以及第二信号源可以通过相位差装置被连接至之间具有第二相位差的第一波源和第二波源，第一相位差和第二相位差之间的差在90度和270度之间，以共同生成第二干涉图案。

附图说明

现在将参照附图仅通过示例的方式进一步描述本发明，在附图中：

图1是包括源装置和传感器装置的通信系统的示例实施方式的图示；

图2是包括多个不同间隔的传感器装置的另一示例实施方式的图示；

图3是在以互逆方式使用时的图1的配置的图示，其中源装置用作传感器装置，反之亦然；以及

图4是利用紧密间隔的天线和相关联的偏转器来实现间隔的波源之间的所需距离和传感器之间的所需距离的通信系统的另一示例实施方式的图示。

具体实施方式

通信系统的示例实施方式通常由图1中的附图标记10表示。

该系统包括具有中心频率f_c的周期波的源装置12，中心频率f_c与波长λ_c相关联。源装置包括至少第一波源14和第二波源16，它们彼此间隔距离d₁，以生成干涉波图案18。干涉波图案18包括多个波瓣18.1至18.13。每个波瓣具有相应的主轴20，并且主轴从源装置处的原点22发散。在任何两个相邻波瓣之间存在零点24，并且在任何主轴和相邻零点之间存在角度θ。系统进一步包括用于波的传感器装置26，传感器装置26与波源装置12间隔开距离s。传感器装置包括至少第一传感器28和第二传感器30，它们彼此间隔距离d₂，使得

d₁＝λ_cs/2d₂

并且使得间隔开的传感器28、30之间的虚线对着原点22处的角度θ。第一信号源40通过相移装置41连接至之间具有第一相位差的第一波源14和第二波源16，以共同生成第一干涉波图案18(图1中的实线所示)，该第一干涉波图案18照射第一传感器28而不是第二传感器30。第二信号源42通过相移装置41连接至之间具有第二相位差的第一波源14和第二波源42，与第一干涉图案共同地且同时地生成第二干涉图案46(在图1中以虚线示出)，该第二干涉图案46成角度地偏离第一干涉图案18，并且照射第二传感器30，而不是第一传感器28。第一相位差和第二相位差之间的差在90度和270度之间。

来自第一信号源40的信号被分成第一路径和第二路径。至少第一路径可以包括相移装置41的相移元件(未示出)。然而，在示例实施方式中，第一路径连接至第一波源14，第二路径连接至第二波源16，使得第一相位差为零度。第一波源和第二波源共同发送信号以生成第一干涉波图案18，其理想地将波瓣峰值引导至第一传感器28并且将零点引导至第二传感器30，然而使得第一干涉图案18使第一传感器28和第二传感器30之间的信号差异最大化，使得在第一传感器28处信号比第二传感器30处大至少6dB，优选地大至少10dB。

来自第二信号源42的信号也被分成第一路径和第二路径。第一路径与第一发送信号的第一路径组合并被连接至第一波源16。第二路径包括相移装置41的180度相移元件44，使得第二相位差为180度。因此，在示例实施方式中，第一相位差和第二相位差之间的差是180度。第一波源和第二波源共同发送来自第二源42的信号，以生成第二干涉波图案46，该第二干涉波图案46理想地将波瓣峰值引导至第二传感器30并且将零点引导至第一传感器28，然而使得干涉图案46使第二传感器30和第一传感器28之间的信号差最大化，使得在第二传感器30处信号比第一传感器28处大至少6dB，优选地大至少10dB。

因此，输出40处的MIMO信号1和输出42处的MIMO信号2通过系统10同时发送，并且在天线28处而不是在天线30处接收MIMO信号1，而在天线30处而不是在天线28处接收MIMO信号2。因此，在传感器装置26处，MIMO信号被去相关并且能够通过与传感器装置26处的天线28，30相连接的电子电路(未示出)而单独恢复。

如图1所示，在一个优选实施方式中，第一信号源40和第二信号源42是二乘二(2×2)多输入多输出(MIMO)发送器的两个输出，并且两个传感器28，30可以被连接至2×2MIMO接收器(未示出)的输入。MIMO发送和接收系统已经配备有具有相关联的MIMO算法的相移和路径组合机制以及积分信号分离，以调整发送信号源40、42和波源14、16之间的相位，以针对一个信号源将第二传感器30处的信号与第一传感器28处的信号之间的差最大化，以及针对第二信号源反之亦然。通过利用上述波源和传感器配置尺寸，MIMO算法能够配置如上所述的相移装置41以及相位关系，以实现两个信号源之间的适当的去相关性，这是有效的MIMO操作所需的。

在图2中示出了类似的系统，但是具有k个传感器装置，每个传感器装置与源装置12间隔开距离s_k(k＝1，2和3)，并且符合要求

d₁＝λ_cs_k/2d_2k

其中s_k是源装置与第k传感器装置之间的距离，d_2k是第k传感器装置的至少两个传感器之间的间距。因此，d₂₂是第二传感器装置的两个传感器之间的距离，该第二传感器装置与源装置12间隔开s₂，并且d₂₃是第三传感器装置处的两个传感器之间的距离，该第三传感器装置与源装置12间隔开s₃。同样，在第2和第3传感器装置中，MIMO信号被去相关并能够通过与这些传感器装置处的天线相连接的电子电路(未示出)而单独恢复。

在图3中，示出了互逆(reciprocal)的配置。在该配置中，相比于间隔开距离d2的天线14和16而言间隔开较近距离d1的间隔天线28和30被用作发送天线，而天线14和16被用作接收天线。众所周知，对于间隔较近的天线，干涉图案的波瓣50.1至50.3较宽，而发散的主轴以较大的角度间隔开。因此，主轴和相邻零点之间的角度θ₂也大于图1的配置中的角度。如图3所示，从装置26发送的MIMO信号在装置12处也是去相关的，使得它们可以通过在装置12处连接至天线的电子电路(未示出)而单独恢复。

在图4中，系统的又一示例实施方式被示出并被标记为100。例如，系统100包括源装置112，源装置112包括诸如定向天线102的至少第一定向波源，以及以背对背配置安装的第二定向波源或天线104，二者间隔小于d₁的距离，并且在使用中以相反的方向发送波，如106和108所示。用于波的偏转器114和116被提供，并且间隔开距离d₁，以向至少一个传感器装置126反射波。类似地，至少一个传感器装置126可包括以背对背配置安装的传感器101和103，二者间隔小于d₂的距离。提供了相应的相关联的偏转器128和130，以将来自源装置112的撞击波分别朝向天线101和103反射，偏转器128和130间隔开距离d₂。

应当理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，在本文中限定和/或描述的系统和方法的细节存在许多变化。

例如，可以应用源装置处的第三MIMO信号的相位，使得在两个传感器元件之间另外生成干涉仪波束，并且两个传感器元件之间的自相关可用于增大这种中央波束(其将被两个传感器元件大致相等地接收)与上述单纯指向一个或另一个传感器元件的流之间的去相关性，从而产生额外的MIMO流。可以通过使用第三感测元件和中央感测元件、并去除由该传感器元件接收的意图针对其它两个传感器元件的残差信号来实现这种去相关，因此消除了这种“干扰”并增大了该中央波束的去相关性。

此外，可以提供中央节点，该中央节点包括在第一轴上的多个源装置，每个源装置在其各个源元件之间具有不同的间隔，并且激励中央节点的自适应控制器例如允许：利用以未知距离d2和/或到外部节点的未知链路距离s间隔的传感器元件来实现到远程外部节点的多个流。