CN107911155A - 无线通信方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线通信设备。该无线通信设备包括预处理器、射频模块及发射模块；预处理器与射频模块及发射模块依次连接；预处理器用于对数据流进行编码以生成编码信号，且在进行编码的过程中对数据流进行数字波束赋形；射频模块接收并处理编码信号，以生成射频信号并输出；射频信号的频率大于30GHz；发射模块接收射频信号，并对射频信号进行模拟波束赋形后发送至终端。相应地，本发明还涉及一种无线通信方法。上述无线通信设备及方法，对数据流的传输而言，数字波束赋形与模拟波束赋形相结合，两次增加传输距离，提高了发射波的增益，从而实现毫米波或太赫兹频段的远距离通信，通信效果较好。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种无线通信方法及设备。
背景技术
现有的无线移动通信所使用的频段多集中在300MHz至30GHz的微波频段，频谱使用十分拥挤，限制了最大可实现的无线传输速率。毫米波及太赫兹的载波频谱，因其拥有几十、几百、甚至上千GHz的带宽，能有效的满足未来十年市场对超高传输速率的需求，能解决当前无线通信数据量激增的问题。但是，毫米波及太赫兹频段的电磁波在空气中的衰减比较严重，导致毫米波及太赫兹的电磁波的传输距离短，这严重阻碍了毫米波或太赫兹频段无线通信的发展。
发明内容
基于此，有必要针对毫米波及太赫兹频段的电磁波在空气中的衰减比较严重，导致毫米波及太赫兹的电磁波的传输距离短，这严重阻碍了毫米波或太赫兹频段无线通信的发展的问题，提供一种无线通信方法及设备。
一种无线通信设备，用于将数据流传输至终端，所述无线通信设备包括预处理器、射频模块及发射模块；所述预处理器与所述射频模块及所述发射模块依次连接；所述预处理器用于对所述数据流进行编码以生成编码信号，且在进行所述编码的过程中对所述数据流进行数字波束赋形；所述射频模块接收并处理所述编码信号，以生成射频信号并输出；所述射频信号的频率大于30GHz；所述发射模块接收所述射频信号，并对所述射频信号进行模拟波束赋形后发送至所述终端。
在其中一个实施例中，所述射频模块包括多个射频单元，各所述射频单元分别与所述预处理器连接；每个所述射频单元接收并处理对应的编码信号，以生成相应的射频信号并输出；所述发射模块包括多个发射单元，所述发射单元的数量与所述射频单元的数量相等，一个所述发射单元与对应的一个所述射频单元连接；其中，任一所述发射单元接收与该发射单元连接的射频单元所发出的射频信号，并将该射频信号进行模拟波束赋形后发送至相应终端。
在其中一个实施例中，所述发射单元包括天线和调制器，所述调制器与对应的所述射频单元和所述天线分别连接；所述调制器用于接收所述射频信号，并将所述射频信号进行模拟波束赋形后生成调制信号；所述天线将所述调制信号发送至相应终端。
在其中一个实施例中，所述调制器为模拟相位调制器或时延相位调制器。
在其中一个实施例中，所述发射单元呈阵列排布；所述无线通信设备还包括功率分配单元，所述射频单元通过所述功率分配单元与所述发射单元连接；其中，所述发射单元包括与所述调制器一一对应连接且呈阵列分布的多个所述天线；所述功率分配单元用于为与该功率分配单元连接的所述发射单元中所有的所述天线分配功率。
在其中一个实施例中，所述功率分配单元是混合器。
在其中一个实施例中，所述发射单元还包括多个功率放大器，任一所述调制器均通过一个所述功率放大器与所述天线连接；其中，所述功率放大器用于放大所述调制信号的功率；所述功率放大器用于放大所述调制信号的功率。
一种无线通信方法，用于将数据流传输至终端，所述方法包括：对所述数据流进行编码以生成编码信号，且在进行所述编码的过程中对所述数据流进行数字波束赋形；
接收并处理所述编码信号，以生成射频信号并输出；其中，所述射频信号的频率大于30GHz；
接收所述射频信号，并对所述射频信号进行模拟波束赋形后发送至所述终端。
在其中一个实施例中，通过对所述数据流的幅值或相位进行调节的方式对所述数据流进行数字波束赋形。
在其中一个实施例中，通过对所述射频信号的相位进行调节的方式对所述射频信号进行模拟波束赋形。
上述无线通信设备及方法，首先，预处理器中对数据流实施的数字波束赋形，形成窄的发射波束，可以初步增加传输距离。其次，数据流经过射频模块后转变为毫米波或太赫兹频段的模拟信号形式的射频信号，可使得信号的传输速率较快。然后，发射模块对射频信号再次进行模拟波束赋形并发射至目标终端，再次增加传输距离。对数据流的传输而言，数字波束赋形与模拟波束赋形相结合，两次增加传输距离，提高了发射波的增益，从而实现毫米波或太赫兹频段的远距离通信，使得通信速率较快且信号传输距离较远，通信效果较好。
附图说明
图1为一实施例的无线通信设备的示意图；
图2为另一实施例的无线通信设备的示意图；
图3为一实施例的无线通信方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
图1为一实施例的无线通信设备100的示意图。一种无线通信设备100，用于将数据流传输至终端。数据流是指数字编码信号序列。本实施例中，数据流包含的信息以基带电磁波为载波频谱传播。数据流是一个或多个，无线通信设备100将数据流发送给一个或多个终端。
无线通信设备100包括预处理器110、射频模块120及发射模块130。预处理器110与射频模块120及发射模块130依次连接。预处理器110用于对数据流进行编码以生成编码信号，且在进行编码的过程中对数据流进行数字波束赋形。本实施例中，预处理器110可以通过调节数据流的幅值及相位的方式对数据流进行数字波束赋形，形成窄的发射波束，提高了发射波束的增益，将能量对准目标终端，从而提高目标终端的解调信噪比、增加传输距离。预处理器110是基带数字信号处理器。预处理器110输出的编码信号是基频信号。
射频模块120接收并处理编码信号，以生成射频信号并输出。射频信号的频率大于30GHz。本实施例中，射频信号是毫米波信号或太赫兹信号。射频模块120将数字形式的编码信号转变为模拟信号，以减少信号所占的带宽，提高吞吐率；同时，射频模块120依据编码信号，将数据流的信息由基频信号转变为毫米波信号或太赫兹信号，以提高无线通信的速率。
发射模块130接收射频信号，并对射频信号进行模拟波束赋形后发送至终端。本实施例中，发射模块130通过调节射频信号的相位来实现模拟波束赋形，然后将模拟波束赋形后的射频信号发送至终端。射频信号经过模拟波束赋形后形成更窄的发射波束，提高了发射波束的增益，然后将能量对准目标终端，从而提高目标终端的解调信噪比、增加传输距离。
上述无线通信设备100，首先，预处理器110中对数据流实施的数字波束赋形，形成窄的发射波束，可以初步增加传输距离。其次，数据流经过射频模块120后转变为毫米波或太赫兹频段的模拟信号形式的射频信号，可使得信号的传输速率较快。然后，发射模块130对射频信号再次进行模拟波束赋形并发射至目标终端，再次增加传输距离。对数据流的传输而言，数字波束赋形与模拟波束赋形相结合，两次增加传输距离，提高了发射波的增益，从而实现毫米波或太赫兹频段的远距离通信，使得通信速率较快且信号传输距离较远，通信效果较好。
图2为另一实施例的无线通信设备200的示意图。如图2所示，本实施例中，无线通信设备200可以将多路数据流传输至相应的多个终端。预处理器210同时处理多路数据流，输出多路编码信号。预处理器210是基带数字处理器
本实施例中，射频模块220包括多个射频单元221，各射频单元221分别与预处理器210连接。每个射频单元221接收并处理对应的一路编码信号，以生成相应的射频信号并输出。每个射频单元221包括射频电路和数模转换器(Digital-to-Analog Converter)。数模转换器与预处理器210和射频电路分别连接，数模转换器用于将编码信号从数字信号形式转换为模拟信号形式。射频电路用于将编码信号变频至毫米波频段或太赫兹频段的射频信号。
发射模块230包括多个发射单元231，发射单元231的数量与射频单元221的数量相等，一个发射单元231与对应的一个射频单元221连接。任一发射单元231接收与该发射单元连接的射频单元所发出的射频信号，并将该射频信号进行模拟波束赋形后发送至相应终端。这样，多个发射单元231并行设置，一个终端可以接收来自一个或多个发射单元231的定向信号，可实现信道的空间复用，以将多路数据流并行传输至一个或多个终端。同时，借助于毫米波或太赫兹作为载波频谱传输信号，即可实现多用户并行超高速无线通信。
进一步地，本实施例中，发射单元231包括天线234和调制器232。调制器232与对应的射频单元221和天线234分别连接。调制器232用于接收射频信号，并将射频信号进行模拟波束赋形后生成调制信号。本实施例中，调制器232模拟相位调制器232(Analog PhaseShifter)或时延相位调制器232(Time-Delay Phase Shifter)，模拟相位调制器232或时延相位调制器232通过调节射频信号的相位达到模拟波束赋形的目的。天线234将调制信号发送至相应终端。本实施例中，天线234是毫米波天线234或太赫兹天线234，用于将毫米波频段或太赫兹频段的射频信号发送至终端，实现高速率的通信。
本实施例中，发射单元231呈阵列排布。发射单元包括与调制器一一对应连接且呈阵列分布的多个天线。具体地，天线234和调制器232的数量相等且均为多个，一个调制器232与一个天线234连接，一个发射单元231的所有天线234呈阵列排布。这样，发射单元231阵列和发射单元231内的天线阵列形成大规模的天线阵列结构，可实现空间复用，将数据流并行传输至更多终端，实现无线通信设备200与超多终端的同时通信。另外，借助于毫米波或太赫兹作为载波频谱传输信号，从而实现无线通信设备200与多个终端间的超高速远距离通信。这样，还能有效降低毫米波及太赫兹大规模天线阵列***的复杂度。
本实施例中，发射单元231还包括多个功率放大器233，任一调制器均通过一个功率放大器与天线连接。一个功率放大器233连接于对应的一个调制器232和一个天线234之间。功率放大器233用于放大调制信号的功率，使得调制信号能够有效传输至终端。
本实施例中，无线通信设备200还包括多个功率分配单元240，射频单元通过功率分配单元与发射单元连接。具体地，一个功率分配单元240连接于对应的一个射频单元221和一个发射单元231之间。功率分配单元240用于为一个发射单元231的所有天线234分配功率，以保证通信有序进行。本实施例中，功率分配单元240是混合器(Mixer)。具体地，功率分配单元240可以为所有天线234分配相等的功率，也可以为所有线形分配不等的功率，具体情况可以依据通信需求设置。另外，一个发射单元231阵列连接一个射频单元221，而不是一个天线234连接一个射频单元221，这样，可以降低天线阵列结构的硬件复杂度，降低能耗。
图3为一实施例的无线通信方法的流程示意图。一种无线通信方法，用于将数据流传输至终端。该无线通信方法可以应用于上述任一实施例的无线通信设备。该方法包括：
步骤S110，对数据流进行编码以生成编码信号，且在进行编码的过程中对数据流进行数字波束赋形。一实施例中，无线通信设备通过对数据流的幅值或相位进行调节的方式对数据流进行数字波束赋形。
步骤S130，接收并处理编码信号，以生成射频信号并输出。
其中，射频信号的频率大于30GHz。射频信号是毫米波信号或太赫兹信号。
步骤S150，接收射频信号，并对射频信号进行模拟波束赋形后发送至终端。一实施例中，无线通信设备通过对射频信号的相位进行调节的方式对射频信号进行模拟波束赋形。
上述无线通信方法，首先，无线通信设备对数据流实施的数字波束赋形，形成窄的发射波束，可以初步增加传输距离。其次，无线通信设备将编码信号转变为毫米波或太赫兹频段的模拟信号形式的射频信号，可使得信号的传输速率较快。然后，无线通信设备对射频信号再次进行模拟波束赋形并发射至目标终端。对数据流而言，数字波束赋形与模拟波束赋形相结合，形成更强的混合波束赋形，提高了发射波的增益，从而实现毫米波或太赫兹频段的远距离通信，使得通信速率较快且信号传输距离较远，通信效果较好。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种无线通信设备，用于将数据流发送至终端，其特征在于，所述无线通信设备包括预处理器、射频模块及发射模块；所述预处理器与所述射频模块及所述发射模块依次连接；
所述预处理器用于对所述数据流进行编码以生成编码信号，且在进行所述编码的过程中对所述数据流进行数字波束赋形；
所述射频模块接收并处理所述编码信号，以生成射频信号并输出；所述射频信号的频率大于30GHz；
所述发射模块接收所述射频信号，并对所述射频信号进行模拟波束赋形后发送至所述终端。
2.根据权利要求1所述的无线通信设备，其特征在于，所述射频模块包括多个射频单元，各所述射频单元分别与所述预处理器连接；每个所述射频单元接收并处理对应的编码信号，以生成相应的射频信号并输出；
所述发射模块包括多个发射单元，所述发射单元的数量与所述射频单元的数量相等，一个所述发射单元与对应的一个所述射频单元连接；
其中，任一所述发射单元接收与该发射单元连接的射频单元所发出的射频信号，并将该射频信号进行模拟波束赋形后发送至相应终端。
3.根据权利要求2所述的无线通信设备，其特征在于，所述发射单元包括天线和调制器，所述调制器与对应的所述射频单元和所述天线分别连接；所述调制器用于接收所述射频信号，并将所述射频信号进行模拟波束赋形后生成调制信号；所述天线将所述调制信号发送至相应终端。
4.根据权利要求3所述的无线通信设备，其特征在于，所述调制器为模拟相位调制器或时延相位调制器。
5.根据权利要求3所述的无线通信设备，其特征在于，所述发射单元呈阵列排布；所述无线通信设备还包括功率分配单元，所述射频单元通过所述功率分配单元与所述发射单元连接；
其中，所述发射单元包括与所述调制器一一对应连接且呈阵列分布的多个所述天线；所述功率分配单元用于为与该功率分配单元连接的所述发射单元中所有的所述天线分配功率。
6.根据权利要求5所述的无线通信设备，其特征在于，所述功率分配单元是混合器。
7.根据权利要求5所述的无线通信设备，其特征在于，所述发射单元还包括多个功率放大器，任一所述调制器均通过一个所述功率放大器与所述天线连接；
其中，所述功率放大器用于放大所述调制信号的功率。
8.一种无线通信方法，用于将数据流传输至终端，其特征在于，所述方法包括：
对所述数据流进行编码以生成编码信号，且在进行所述编码的过程中对所述数据流进行数字波束赋形；
接收并处理所述编码信号，以生成射频信号并输出；其中，所述射频信号的频率大于30GHz；
接收所述射频信号，并对所述射频信号进行模拟波束赋形后发送至所述终端。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过对所述数据流的幅值或相位进行调节的方式对所述数据流进行数字波束赋形。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过对所述射频信号的相位进行调节的方式对所述射频信号进行模拟波束赋形。
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