CN108700644A - 用于与至少一个邻近设备通信的设备和方法 - Google Patents

用于与至少一个邻近设备通信的设备和方法 Download PDF

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J.诺兰
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Abstract

本发明涉及用于与一个或多个邻近设备（11）通信的设备（1）。设备（1）包括：发送器（3），其用于将数据信号传输到一个或多个邻近设备（11）；和/或接收器（5），其用于从一个或多个邻近设备（11）接收数据信号。设备（1）进一步包括处理器（7）。处理器（7）被配置成确定相对于设备（1）到一个或多个邻近设备的距离和/或方向。使用除接收器（5）之外的至少一个传感器（9）来确定该距离和/或方向。处理器（7）被进一步配置成依赖于确定的距离和/或方向来配置发送器（3）和/或接收器（5）。处理器（7）还被配置成使用发送器（3）以将数据信号传输到一个或多个邻近设备（11）中的至少一个和/或使用接收器（5）从一个或多个邻近设备（11）中的至少一个接收数据信号。本发明进一步涉及由设备执行的方法和使得计算机***能够执行该方法的计算机程序产品。

Description

用于与至少一个邻近设备通信的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于与至少一个邻近设备通信的设备，并且涉及一种包括这样的设备的车辆。
本发明进一步涉及一种与至少一个邻近设备通信的方法。
本发明还涉及一种使得计算机***能够执行这样的方法的计算机程序产品。
背景技术
US2010/0214085公开了用于使用车辆对车辆合作通信用于交通碰撞避免的方法和***。一个设备检测“情况”（诸如人行横道内的行人），其中，“违反对象”在道路特征中或在道路特征附近，这可能导致碰撞。检测车辆经由无线通信通知第二车辆检测车辆的地理位置、检测的对象的地理位置和道路特征的（例如，人行横道边界）的地理位置。接收车辆接收该数据并且采取适当的避免动作。
该设备和方法的缺点在于，在更复杂的情况中，设备之间的干扰变成问题。例如，车辆网络实质上可能是非常密集并且非常动态的。车辆可能正在不断地移动并且大量的车辆可能存在于相对小的区域中。此外，大量的数据可以在各个车辆以及车辆和基站之间交换。
发明内容
如将由本领域技术人员理解的那样，本发明的各方面可以被实现为设备、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例（包括固件、驻留软件、微代码等）或者组合软件和硬件方面的实施例的形式，其全部通常可以在本文中被称为“电路”、“模块”或“***”。在本公开中描述的功能可以被实现为由计算机的处理器/微处理器执行的算法。此外，本发明的各方面可以采取在具有在其上实现（例如，存储）的计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中实现的计算机程序产品的形式。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子的、磁的、光的、电磁的、红外的或半导体***、装置、或设备或前述内容的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例可以包括但不限于以下各项：具有一个或多个线的电连接、便携式计算机软磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式压缩盘只读存储器（CD-ROM）、光存储设备、磁存储设备或者前述内容的任何合适的组合。在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是可以包含或存储用于由指令执行***、装置或设备使用或结合指令执行***、装置或设备使用的程序的任何有形介质。
计算机可读信号介质可以包括具有在其中实现的计算机可读程序代码的传播数据信号（例如，在基带中或作为载波的部分）。这样的传播信号可以采取多种形式中的任何形式，包括但不限于电磁的、光的或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是不是计算机可读存储介质并且可以传送、传播或传输程序用于由指令执行***、装置或设备使用或结合指令执行***、装置或设备使用的任何计算机可读介质。
在计算机可读介质上实现的程序代码可以使用任何适当的介质来传输，所述任何适当的介质包括但不限于无线、有线线路、光纤、电缆、RF等或前述内容的任何合适的组合。用于执行针对本发明的各方面的操作的计算机程序代码可以以一个或多个编程语言的任何组合来写，所述一个或多个编程语言包括面向对象的编程语言（诸如Java(TM)、Smalltalk、C++或者诸如此类）和常规程序编程语言（诸如“C”编程语言或者类似的编程语言）。程序代码可以完全地在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上、作为独立软件包、部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上或完全地在远程计算机或服务器上执行。在后者的情况下，远程计算机可以通过包括局域网（LAN）或广域网（WAN）的任何类型的网络被连接到用户的计算机，或者可以对外部计算机进行连接（例如，通过使用因特网服务提供商的因特网）。
以下参考根据本发明的实施例的方法、装置（***）和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述本发明的各方面。将理解，流程图图示和/或框图中的每个块以及流程图图示和/或框图中的块的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器（特别是微处理器或者中央处理单元（CPU））以产生机器，使得经由计算机、其他可编程数据处理装置或者其他设备的处理器执行的指令创建用于实现在流程图和/或一个或多个框图块中指定的功能/动作的构件。
这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中，其可以引导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式运转，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现在流程图和/或一个或多个框图块中指定的功能/动作的指令的制品。
计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上以使得一系列可操作步骤在计算机、其他可编程装置或其他设备上被执行以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在流程图和/或一个或多个框图块中指定的功能/动作的过程。
图中的流程图和框图图示了根据本发明的各种实施例的设备、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在该方面中，流程图或框图中的每个块可以表示模块、段或代码的部分，其包括用于实现指定的（一个或多个）逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意，在一些替代的实现中，在块中指出的功能可以脱离在图中指出的次序发生。例如，取决于涉及的功能，连续示出的两个块实际上可以基本上同时地被执行，或者块有时可以以相反的次序来执行。还将注意，框图和/或流程图图示的每个块以及在框图和/或流程图图示中的块的组合可以通过执行指定功能或动作的基于专用硬件的***或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
本发明的第一目标是提供一种用于与至少一个邻近设备通信的设备，其减少设备间通信中的干扰。
本发明的第二目标是提供一种与至少一个邻近设备通信的方法，其减少设备间通信中的干扰。
根据本发明，第一目标被实现在于，设备包括：用于将数据信号传输到至少一个邻近设备的发送器和用于从至少一个邻近设备接收数据信号的接收器中的至少一个；以及处理器，其被配置成确定相对于所述设备到至少一个邻近设备的距离和方向中的至少一个，使用除所述接收器之外的至少一个传感器来确定所述距离和所述方向中的所述至少一个；依赖于所述距离和所述方向中的所述至少一个来配置所述发送器和所述接收器中的所述至少一个中的至少一个；以及使用所述发送器和所述接收器中的所述至少一个，所述发送器被用于将数据信号传输到所述至少一个邻近设备中的至少一个，并且所述接收器被用于从靠近所述设备的所述至少一个邻近设备中的至少一个接收数据信号。当由发送器和/或接收器使用的部件（例如，天线阵列）被配置时，这被认为是配置发送器和/或接收器本身。
例如，设备可以是移动的。邻近设备通常是在至少一个传感器的传感器范围内（例如，在视线内）的设备。优选地，至少一个邻近设备中的至少一个是移动的设备。在实施例中，所有的至少一个邻近设备是移动设备。例如，可以使用除所述至少一个传感器之外的其他的部件来确定所述距离和所述方向中的所述至少一个。当至少一个邻近设备包括多个邻近设备时，距离/方向的多个对可以被确定并且被用于将至少一个发送器和/或至少一个接收器配置成例如形成多个波束成形束。
发明人已认识到，基于确定的距离和/或方向来配置发送器和/或接收器（例如，通过使用波束成形）减少了设备间通信中的干扰。发明人已进一步认识到，波束成形可以受益于使用除接收器之外的至少一个传感器来确定距离和/或方向。使用从比如GPS的定位***获得并且从邻近设备接收的地理坐标而不是使用这样的传感器或者这样的多个传感器可能不胜任工作，因为除了其他之外，在其中设备在相对接近度中的情况下，地理坐标的粒度是太粗的。此外，得到例如在设备的前面的车辆的GPS坐标不一定是简单的。第一，设备可能必须标识车辆、与其通信并且然后得到其位置。当通信时，已经造成干扰。此外，往返延迟可能太大并且该方法可能不能很好地衡量。
使用常规的天线阵列训练技术（例如，基于到达的方向技术）可能也未很好地工作，因为这些训练算法需要反馈和若干迭代以收敛到稳定的天线阵列系数的集合。当设备和邻近设备中的至少一个正相对于另一个移动时，这可能变得越来越困难。例如，如果邻近设备在设备的附近出现，则设备可能需要与该邻近设备通信，并且如果接收器必须被用于确定附加的波束成形束是否必须被配置用于与该邻近设备通信，则代替使用本发明，除了用于通信的波束成形模式之外，接收器还必须实现用于获取新设备的扫描/广播模式。这样的扫描/广播模式的使用可能减少波束成形必须使干扰（由设备造成的干扰和由设备接收到的干扰）最小化的优点。
所述处理器可以被配置成确定相对于所述设备到至少一个邻近设备的距离，并且将所述发送器配置成依赖于相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的所述距离来适配其功率，优选地仅在邻近设备的方向上的发送功率。如果到至少一个邻近设备的距离是已知的，则功率可以小于最大值（例如，小于由于法律要求允许的最大值或者关于使用的硬件的可能的最大值）以便减少由其他设备受到的干扰。
所述处理器可以被配置成确定相对于所述设备到至少一个邻近设备的方向，并且将所述发送器和所述接收器中的所述至少一个配置成依赖于相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的所述方向来适配其方向性。通过适配发送器的方向性，发送器的传输可以被仅引导到设备想要向其传输的邻近设备，从而减少由其他设备受到的干扰。通过适配接收器的方向性，接收器可以更好地区分来自相关邻近设备的信号与来自其他设备的信号，从而减少由这些其他设备造成的干扰。
所述设备可以包括所述至少一个传感器。虽然使用不是设备的部分的至少一个传感器是可能的，例如，一个或多个基站的一个或多个传感器可以确定到至少一个邻近设备的距离和/或方向，但是这将需要将距离和/或方向数据从相对于（基站）传感器的位置的数据转换为相对于设备的位置的数据。
所述至少一个传感器可以使用LIDAR、雷达、声纳、图像识别、结构光和3D视觉中的至少一个来确定相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的所述距离和所述方向中的所述至少一个。这些技术可以全部被用于在不依赖于由这些邻近设备传输的数据的情况下确定到邻近设备的距离和方向并且因此适于复杂的情况（例如，非常密集和动态的车辆网络）。所述至少一个传感器可以附加地或者替代地使用其他技术。例如，不同的技术和/或传感器可以被用于确定距离和方向。例如，处理器可能能够组合多个传感器输入以确定相对于设备到至少一个邻近设备的距离和方向。
所述处理器可以被配置成确定相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的距离和方向二者。在该情况下，所述处理器可以被进一步配置成根据相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的所述距离和所述方向来确定深度图。确定相对于设备到至少一个邻近设备的距离和方向二者并且相应地配置发送器和/或接收器的设备比仅确定到邻近设备的距离或者仅确定到邻近设备的方向的设备减少了更多干扰。确定深度图的优点在于，深度图已经被标准化和正在被标准化并且用于创建深度图和利用深度图工作的现有方法和工具可以被重新使用。
所述处理器可以被进一步配置成确定相对于所述设备的所述至少一个邻近设备的移动速度和移动方向中的至少一个，以及依赖于所述移动速度和所述移动方向中的所述至少一个来配置所述发送器和所述接收器中的所述至少一个。在已知这些邻近设备的移动速度和/或移动方向时，发送器的方向性和功率以及接收器的方向性可以针对移动的邻近设备来更佳地配置。例如，当邻近设备（或者如果发送功率不能按邻近设备来设置时，则最远的邻近设备）正朝向设备移动时发送器功率可以被减少，并且当（最远的）邻近设备移动远离设备时可能必须被增加，直到可能到达最大发送器功率阈值。此处，最远的邻近设备是对于从/向设备传输仍然相关的最远离的邻近设备（例如，在可以随着设备的移动方向和/或移动速度变化的某个邻近区域内）。
所述发送器和所述接收器中的所述至少一个可以被耦合到天线的阵列。这允许波束成形被用于适配发送器和/或接收器的方向性和/或发送器的发送功率。例如，如果发送器被用于向多个邻近设备传输，则针对附近设备将一个波束成形束设置在低功率处并且针对（相对）遥远设备将另一波束成形束设置在高功率处可以是可能的。
所述处理器可以被进一步配置成确定天气状况并且依赖于所述天气状况来配置所述发送器和所述接收器中的所述至少一个。天气状况可能对RF通信具有不可忽视的影响。例如，在60GHz频带中，当存在雾时传播条件变得更坏。当存在雾时，附加的发送功率可以被用于天线方向图的主瓣。使用至少一个传感器（例如，如果其是LIDAR传感器）来确定天气状况可以是可能的。
根据本发明，第二目标被实现在于，方法包括以下步骤：确定相对于设备到至少一个邻近设备的距离和方向中的至少一个，使用除由所述设备使用来从所述至少一个邻近设备接收数据信号的接收器之外的至少一个传感器来确定所述距离和所述方向中的所述至少一个；依赖于所述距离和所述方向中的所述至少一个来配置发送器和所述接收器中的至少一个；以及使用所述发送器和接收器中的所述至少一个，所述发送器被用于将数据信号从所述设备传输到所述至少一个邻近设备中的至少一个，并且所述接收器被用于从靠近所述设备的所述至少一个邻近设备中的至少一个接收数据信号。所述方法可以由在可编程设备上运行的软件来执行。该软件可以作为计算机程序产品来提供。
所述至少一个传感器可以使用LIDAR、雷达、声纳、图像识别、结构光和3D视觉中的至少一个来确定相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的所述距离和所述方向中的所述至少一个。
确定相对于设备到至少一个邻近设备的距离和方向中的至少一个的步骤可以包括确定相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的所述距离和所述方向。
确定相对于设备到至少一个邻近设备的距离和方向中的至少一个的步骤可以包括根据相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的所述距离和所述方向来确定深度图。
确定距离和方向中的至少一个的步骤可以包括确定相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的距离，并且配置发送器和所述接收器中的至少一个的步骤可以包括将所述发送器配置成依赖于相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的所述距离来适配其功率。
确定距离和方向中的至少一个的步骤可以包括确定相对于所述设备到至少一个邻近设备的方向，并且配置发送器和所述接收器中的至少一个的步骤可以包括将所述发送器和所述接收器中的所述至少一个配置成依赖于相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的所述方向来适配其方向性。
方法可以进一步包括确定相对于所述设备的所述至少一个邻近设备的移动速度和移动方向中的至少一个的步骤，并且依赖于所述距离和所述方向中的所述至少一个来配置发送器和所述接收器中的至少一个的步骤可以进一步包括依赖于所述移动速度和所述移动方向中的所述至少一个来配置所述发送器和所述接收器中的所述至少一个。
方法可以进一步包括确定天气状况的步骤，并且依赖于所述距离和所述方向中的所述至少一个来配置发送器和所述接收器中的至少一个的步骤可以进一步包括依赖于所述天气状况来配置所述发送器和所述接收器中的所述至少一个。
在本发明的另一方面中，一种用于与至少一个邻近设备通信的设备，所述设备包括：用于将数据信号传输到至少一个邻近设备的发送器和用于从至少一个邻近设备接收数据信号的接收器中的至少一个；以及处理器，其被配置成：确定相对于所述设备到至少一个邻近设备的距离和方向中的至少一个，使用至少一个传感器来确定所述距离和所述方向中的所述至少一个，所述至少一个传感器感测与由所述接收器使用来从所述至少一个邻近设备接收所述数据信号的频带不同的频带内的电磁信号；依赖于所述距离和所述方向中的所述至少一个来配置所述发送器和所述接收器中的所述至少一个中的至少一个；以及使用所述发送器和所述接收器中的所述至少一个，所述发送器被用于将数据信号传输到所述至少一个邻近设备中的至少一个，并且所述接收器被用于从靠近所述设备的所述至少一个邻近设备中的至少一个接收数据信号。
在本发明的其他方面中，一种与至少一个邻近设备通信的方法，包括以下步骤：确定相对于设备到至少一个邻近设备的距离和方向中的至少一个，使用至少一个传感器来确定所述距离和所述方向中的所述至少一个，所述至少一个传感器感测与由所述设备使用来从所述至少一个邻近设备接收数据信号的频带不同的频带内的电磁信号；依赖于所述距离和所述方向中的所述至少一个来配置发送器和所述接收器中的至少一个；以及使用所述发送器和接收器中的所述至少一个，所述发送器被用于将数据信号从所述设备传输到所述至少一个邻近设备中的至少一个，并且所述接收器被用于从靠近所述设备的所述至少一个邻近设备中的至少一个接收数据信号。
此外，提供了一种用于执行在本文中描述的方法的计算机程序，以及一种存储计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质。计算机程序可以例如由现有设备下载或者被上传到现有设备或者在制造这些设备或者***时被存储。
一种非暂时性计算机可读存储介质，其存储至少一个软件代码部分，当由计算机执行或者处理时，软件代码部分被配置成执行可执行操作，包括：确定相对于设备到至少一个邻近设备的距离和方向中的至少一个，使用除由所述设备使用来从所述至少一个邻近设备接收数据信号的接收器之外的至少一个传感器来确定所述距离和所述方向中的所述至少一个；依赖于所述距离和所述方向中的所述至少一个来配置发送器和所述接收器中的至少一个；以及使用所述发送器和接收器中的所述至少一个，所述发送器被用于将数据信号从所述设备传输到所述至少一个邻近设备中的至少一个，并且所述接收器被用于从靠近所述设备的所述至少一个邻近设备中的至少一个接收数据信号。
附图说明
根据附图，本发明的这些和其他方面是明显的，并且参考附图通过示例的方式将进一步阐明本发明的这些和其他方面，在附图中：
• 图1是本发明的设备的框图；
• 图2是设备的实施例的框图；
• 图3是在设备的实施例中使用的天线的阵列的框图；
• 图4图示了确定到邻近设备的距离和/或方向的设备的实施例；
• 图5图示了从邻近设备传输和/或接收到邻近设备的设备的实施例；
• 图6是本发明的方法的流程图；
• 图7是在设备的第二实施例中使用的天线的阵列的框图；
• 图8是由实施例中的设备使用的天线方向图的示例；以及
• 图9是用于执行本发明的方法的示例性数据处理***的框图。
附图中的对应的元件由相同参考标号来表示。
具体实施方式
本发明的设备1包括用于将数据信号传输到至少一个邻近设备11的发送器3，和/或用于从至少一个邻近设备11接收数据信号的接收器5，参见图1。设备1进一步包括处理器7。处理器7被配置成确定相对于设备1到至少一个邻近设备11的距离和/或方向。使用除接收器5之外的至少一个传感器9来确定距离和/或方向。处理器7被进一步配置成依赖于距离和/或方向来配置发送器3和/或接收器5。处理器7还被配置成使用发送器3将数据信号传输到至少一个邻近设备11中的至少一个和/或使用接收器5从至少一个邻近设备11中的至少一个接收数据信号。至少邻近设备11中的一个、多个或全部可以是移动的。设备1可以仅正接收数据信号（例如，当设备1是道路基础设施的部分时），或者设备1可以仅正传输数据信号（例如，当设备1是在其驾驶车道中向前发送请求该车道中的车辆从路中让开的信息的救急车或者通知车辆速度限制或者速度建议的道路基础设施）。如果设备1是普通汽车，则其优选地既接收数据信号又传输数据信号。例如，当设备1是道路基础设施的部分时，可以采用设备1通过监听由在该道路上行进的车辆发送出的信息来确定道路上的拥塞（或者其他事件）和/或将数据（例如，通过交通灯的最大速度和最佳速度的建议）发送到在该道路上行进的汽车。
在实施例中，设备1包括如在图1中示出的至少一个传感器9。例如，设备1可以是车辆或者要包含在车辆中的模块。例如，邻近设备11可以是另一车辆。至少一个传感器9可以是重新使用的现有传感器，例如由自动驾驶车辆使用来检测对象的至少一个传感器。例如，至少一个传感器9可以替代地是基站的部分，例如如果设备1是车辆。例如，设备1本身可以是基站而不是车辆。该基站可以将环境的实时3D地图传播到在道路上行进的车辆。这样的3D地图然后可以由车辆使用来获取情境感知。
在图2中示出的设备1的实施例中，发送器3和接收器5被耦合到天线的阵列13。在该实施例中，发送器3和接收器5是收发器15的部分并且至少一个传感器9是设备1的部分。在图3中示出的实施例中，天线的阵列13包括七个天线17a-g。天线阵列13的天线17a-g可以以例如线性配置、矩形配置或者圆形配置来布置。替代地，天线阵列元件17a-g可以以例如三维配置来布置。
处理器7被配置成配置天线阵列13的各个天线17a-g用于传输和/或接收（例如，通过针对天线阵列13的元件17a-g中的每个元件来设置信号的幅度和相位）。在该实施例中，天线阵列13可以被用于例如到设备1的附近的邻近设备11的数据信号的传输和接收二者。在另一实施例中，设备1可能仅能够传输数据信号、可能仅能够接收数据信号或者可以使用不同的天线/天线阵列用于传输和接收。例如，天线阵列元件17a-g之间的间距可以是以用于通信的电磁波的波长的次序的。虽然在图3中示出的天线阵列13的实施例包括七个天线17a-g，但是天线阵列13可以替代地包括更多或更少天线。
由发送器3提供的天线阵列13的输入信号由输入信号21表示。输入信号21通过针对7个阵列元件中的每个阵列元件的阵列系数来处理。阵列系数可以由w 1,...,w N 表示（N是天线的数量，在该实施例中N是7）。为了定义天线阵列13的操作，可以针对输入信号21采用复数正弦。原因在于，天线阵列的主要操作是线性的，并且任何输入信号可以通过例如傅里叶变换被分解为复数正弦信号的和。天线阵列13的无线输出然后等于天线阵列13对输入信号21的组成正弦信号的响应的叠加。对于复数正弦输入而言，天线阵列的第i个元件的无线输出可以被写作，其中，w i (f)是表示针对第i个天线的阵列系数的复数。输入信号21因此乘以阵列系数以获得无线输出。w i 通常是频率的函数。
提供给接收器5的天线阵列的输出信号由输出信号20表示。如之前那样，阵列的操作可以根据复数正弦信号来定义。在第i个天线处接收到的无线信号可以被写作。此处，R i 是表示接收到的幅度的复数并且φ(i)是取决于天线元件的空间位置的附加相移。这些信号中的每个信号可以乘以阵列系数，并且将结果求和以生成输出信号20。
替代地，可以使用其他波束成形架构。众所周知的架构是求和与延迟（sum-and-delay）波束成形架构。乘以复数正弦信号的阵列系数有效地实现了这些正弦信号的相移。在传输或者接收信号是窄带的情况下，相移可以由时间延迟替换，这产生了求和与延迟架构。阵列系数的选择确定生成的天线方向图。存在许多方法来选择这些系数。此外，当设计阵列系数时，可以考虑若干约束。在1988年4月的IEEE ASSP Magazine的B.D. Van Veen等的“Beamforming: A Versatile Approach to Spatial Filtering”中给出了若干方法的概述。
在设备1的实施例中，至少一个传感器9使用LIDAR、雷达、声纳、图像识别、结构光和3D视觉中的至少一个来确定相对于设备1到至少一个邻近设备11的距离和方向中的至少一个。确定相对于设备1到邻近设备11a、11b和11c的距离和/或方向的设备1的示例借助于图4来图示。图4示出了具有设备1和邻近设备11a-c的二维图。邻近设备11a-c中的一个、多个或全部可以是移动的。设备1可以是移动的。替代地，如果至少一个传感器9使用LIDAR，则所述至少一个传感器9被用于获取点云或者深度图（例如，使用飞行时间（time-of-flight）技术）。深度图是例如在其中像素的颜色和/或强度不表示在图像中捕获的对象的颜色和/或强度而表示到该对象的距离的图像。例如，该深度图可以包括多个部分，每个部分针对某个方向，或者可以是至少一个传感器9的环境的360度全景图。该深度图因此包括到邻近设备的距离和方向。
LIDAR是可以被有利地用于测量到邻近设备的距离和方向的技术。LIDAR通过利用激光照射目标并且分析反射光来测量距离。对于照射点而言，飞行时间根据可以从其导出从点到LIDAR传感器的距离来测量。通过针对多个方向（并行地和/或顺序地）重复这样多次，可以检测多个邻近设备。通过将每个测量的距离与激光瞄准的对应的方向相关联，可以形成深度图或者点云。声纳和雷达是与LIDAR类似的技术，但是分别使用声音和无线电（或者微）波而不是激光。例如，有源声纳发射声音的脉冲并且监听回波。例如，声音的这些脉冲可以在超声频率内。
结构光涉及在某个方向上投影已知图案（例如，网格）并且通过当照（strike）表面（例如，通过使用照相机）时分析已知图案的变形来确定在该方向上的对象的深度和表面信息。3D视觉涉及使用一个或多个照相机来从不同的角度捕获相同场景并且比较捕获的图像以便确定场景中的对象的深度。例如，可以使用立体照相机。例如，多个立体照相机可以被用于检测设备周围360度的邻近设备。例如，具有图像识别的单个照相机（例如，不具有3D的普通照相机）可以被用于找到对象的方向。许多汽车已经具有照相机，例如用于检测交通标志。这些照相机可能不能够找到距离，但是汽车可能能够使用传感器融合使用多个传感器来建立它们周围环境的地图。接收器5（例如，使用天线区域13）可以在该传感器融合中提供输入（用于方向）。
根据由至少一个传感器9测量的数据，处理器7标识设备1的近环境中的其他感兴趣的设备。感兴趣的设备可以是能够与设备1通信的邻近设备。存在可以根据传感器数据检测邻近设备的若干方式。在一些情况下，设备的类型是已知的（例如，车辆）。在这样的情况下，图像处理技术可以被用于检测这些邻近设备。此外，实际的天线阵列还可以在邻近设备上检测。另一选项是利用代码来标记设备以使设备更可识别。
在相同的实施例中或者在不同的实施例中，处理器7被进一步配置成确定相对于设备1的至少一个邻近设备11的移动速度和/或移动方向，以及依赖于移动速度和/或移动方向来配置发送器3和/或接收器5。邻近设备11a-c的移动的速度和方向可以是根据传感器数据可确定的。替代地，邻近设备可以传输（例如，广播）包括该信息的数据分组。
在设备1的实施例中，当处理器7被配置成确定相对于设备1到至少一个邻近设备11的方向，处理器7被进一步配置成将发送器3和接收器5中的至少一个配置成依赖于相对于设备1到至少一个邻近设备11的方向来适配其方向性。例如，天线阵列13基于从如由（例如LIDAR）传感器9测量的深度图标识的设备来配置。这允许天线阵列13创建仅向标识的设备传输和/或从标识的设备接收的选择性天线方向图。
图5示出了设备1和其收发器15。收发器15包括发送器3和接收器5，并且被耦合到天线阵列13，如在图2中示出的那样。图5进一步示出了图4的三个邻近设备11a、11b和11c。邻近设备11a-c中的一个、多个或全部可以是移动的。在图5中示出的示例中，设备1决定传输和/或接收仅来自邻近设备11a和11c的信息，并且抑制从邻近设备11b发送和/或接收到的任何信息，例如因为邻近设备11b正在与设备1相反的方向上移动远离。天线方向图19因此可以被非常精确地被适合于存在于设备1的环境中的设备。此外，当设备中的任何设备正在移动时，非常迅速地调节天线方向图19是可能的。
当接收器5依赖于到邻近设备11a-c的方向来配置时，天线阵列13的系数可以被选择以导致针对设备1将想要从其接收信息的邻近设备11a和11c的最大传递函数，并且导致针对可能干扰的邻近设备11b的最小传递函数。当发送器3依赖于到邻近设备11a-c的方向来配置时，天线阵列13的系数可以被选择以导致针对设备1将想要向其传输信息的邻近设备11a和11c的最大传递函数，并且导致针对邻近设备11b的最小传递函数，否则邻近设备11b可能受到干扰。
当处理器7被配置成确定到邻近设备11a-c的距离时，对应于天线方向图19的方向中的每个方向的发送功率可以基于从设备1到存在于该特定方向上的邻近设备的距离来选择。以该方式，仅与到达这些设备所需的一样多的发送功率被使用。这可以降低对其他邻近设备造成的干扰并且减小频谱污染。
例如，一旦已经标识了邻近设备，就可以直接地计算阵列系数，例如，（接近）实时地计算阵列系数。替代地，例如，设备1可以维持预计算天线方向图的数据库。一旦根据至少一个传感器数据检测到设备，就可以从数据库选择合适的天线方向图。
在相同的实施例中或者不同的实施例中，处理器7被进一步配置成确定天气状况并且依赖于天气状况来配置发送器3和/或接收器5。例如可以从LIDAR数据提取天气状况。示例是雾的存在，其可以干扰RF通信。众所周知的是，在60GHz频带内，当存在雾时传播条件变得更坏。处理器7可以基于天气状况来设置天线阵列系数和发送功率。当存在雾时，附加的发送功率可以被用于天线方向图的主瓣。此外，旁瓣将附加地由雾衰减，其造成较少干扰。
本发明的方法包括至少三个步骤，参见图6。步骤21包括确定相对于设备到至少一个邻近设备的距离和/或方向，使用除由设备使用来从至少一个邻近设备接收数据信号的接收器之外的至少一个传感器来确定距离和/或方向。步骤23包括依赖于距离和/或方向来配置发送器和/或接收器。步骤25包括：使用发送器以将数据信号从设备传输到至少一个邻近设备中的至少一个的步骤26，和/或使用接收器以从靠近设备的至少一个邻近设备中的至少一个接收数据信号的步骤27。在步骤21中使用的至少一个传感器可以使用LIDAR、雷达、声纳、图像识别、结构光和3D视觉中的至少一个来确定相对于设备到至少一个邻近设备的距离和方向中的至少一个。
在方法的实施例中，步骤21包括使用（例如，LIDAR）传感器数据获取深度图的步骤35。获取的深度图被用于标识（主）设备的近环境中的设备。这些是在设备的视线内和可以从设备接收通信的设备。优选地，仅选择从其接收信息是期望的那些设备。
在该实施例中，步骤23可以包括步骤31：将发送器配置（例如，通过配置其使用的天线阵列）成选择性地传输到对应于深度图中的标识的设备的子集或全部的方向中和/或将接收器配置（例如，通过配置其使用的天线阵列）成选择性地从深度图中的标识的设备的子集或全部接收。可以配置发送器使得发送功率对于对应于不在标识的设备的（子）集中的设备的方向而言是非常低的（例如，空）。此外，还可以考虑从设备到邻近设备中的每个邻近设备的距离。在步骤33中，这可以通过例如基于距离针对每个方向选择发送功率来实现。步骤31和33可以并行或者以任何期望的次序一个接一个地执行。
如果发送器根据步骤23来配置，则在步骤25中发送器利用在步骤23中配置的天线方向图将数据传输到标识的设备。否则，发送器使用其默认或者不同地配置的天线方向图19来传输数据。在图5中示出的实施例中，相同天线方向图被用于将数据传输到标识的设备中的每个设备。在替代的实施例中，第一天线方向图被用于将数据传输到标识的设备的第一子集，并且第二方向图被用于将数据传输到标识的设备的第二子集。不同的天线方向图可以甚至被用于（主）设备将数据传输到其的每个不同的检测设备。
如果接收器根据步骤23来配置，则在步骤27中接收器利用在步骤23中配置的天线方向图19来接收数据。否则，接收器使用其默认或者不同地配置的天线方向图来接收数据。在图5中示出的实施例中，相同天线方向图被用于从标识的设备中的每个设备接收数据。在替代的实施例中，第一天线方向图被用于从标识的设备的第一子集接收数据并且第二方向图被用于从标识的设备的第二子集接收数据。不同的天线方向图可以甚至被用于（主）设备从其接收数据的每个不同的检测设备。例如当标识的设备使用时分多址或者频分多址并且设备1知道标识的设备使用哪个时隙或者频率时，这是有益的。例如，设备1可以在使用针对其该信息是已知的标识的设备的专用天线方向图与针对其他标识的设备的全向方向图之间切换。
在相同的实施例中或者不同的实施例中，方法进一步包括确定相对于设备的至少一个邻近设备（例如，图5的邻近设备11a和11c）的移动速度和/或移动方向的步骤37，并且步骤23进一步包括依赖于该移动速度和/或该移动方向来配置发送器和/或接收器。
在相同的实施例中或者不同的实施例中，方法进一步包括确定天气状况的步骤39并且步骤23进一步包括依赖于该天气状况来配置发送器和/或接收器。步骤37和39可以与步骤21并行执行和/或彼此并行执行。步骤21、37和39中的一些或全部可以以任何期望的次序按顺序执行。
现在参考图7描述在步骤23中天线阵列13的系数可以被如何计算的基本示例。图7示出了具有设备1和邻近设备11的环境。在该示例中，设备1具有天线阵列，所述天线阵列具有以矩形配置布置的十六个天线元件17a-p。天线元件的间距是d，即，所有水平相邻的天线之间的间距是d，并且所有垂直相邻的天线元件之间的间距也是d。
在该示例中，在步骤35中获取深度图并且该深度图包括邻近设备11的坐标。出于该示例的目的，使用其中原点41与设备1的位置重合的坐标系。原点41由（0,0）表示，并且邻近设备11的位置43由（x,y）表示。扩展到三维是简单的。
当设备1使用波束成形将数据传输到邻近设备11时，可以假定设备1传输来自天线阵列13的元件17a-p中的每个元件的正弦信号。在实际的通信***中，例如可以使用其中调制载波信号类似正弦信号的窄带通信。此外，在使用多载波技术（诸如OFDM）的情况下，调制载波中的每个调制载波也可以是正弦信号。相移通常按天线元件来配置。
波束成形被用于获得从设备1的天线阵列13到邻近设备11的最大传递。这可以通过确保从天线元件17a-p传输的正弦信号中的每个正弦信号在邻近设备1的位置处同相来完成。由于设备1从深度图知道邻近设备11的坐标（x,y），因此设备1可以计算针对从天线元件中的每个天线元件传输的正弦信号的在（x,y）处的相位。
如在图7中描绘的那样，方形天线阵列的元件可以由整数坐标（i,j）来索引。例如，天线元件17a、17b、17c、17d、17e、17f、17g、17h、17i、17j、17k、17l、17m、17n、17o和17p可以分别地由坐标（0,0）、（1,0）、（2,0）、（3,0）、（0,1）、（1,1）、（2,1）、（3,1）、（0,2）、（1,2）、（2,2）、（3,2）、（0,3）、（1,3）、（2,3）、（3,3）来索引。i和j二者可以从0运行到K-1，其中阵列元件的数量是N=K 2。相对于被定义为设备1的天线阵列13的中心的原点41（0,0），天线阵列元件17a-p中的每个天线阵列元件到（x,y）的距离可以如在等式1中定义的那样来表达：
（等式1）
其中x a (i)和y a (j)分别是阵列元件（i,j）的x和y坐标。
在K是偶数的情况下，x a (i)和 y a (j)可以如在等式2和3中定义的那样来表达：
（等式2）
（等式3）
针对从（x,y）处的阵列元件(i,j)传输的正弦信号的相位中的移位现在可以如在等式4中定义的那样来表达：
（等式4）
其中λ = c/f 表示正弦波的波长，c表示光的速度，并且f表示正弦波的频率。
给定这些相移，针对天线元件(i,j)的系数w(i,j)现在可以如在等式5中定义的那样来选择：
（等式5）
其对邻近设备11的位置处的相移有效地补偿。
考虑另一示例，所述另一示例与先前的示例不同在于设备1采用具有总数64的天线（K = 8）与d=0.075 m的天线间距的矩形阵列。设备1可以使用例如2 GHz的正弦载波。设备1可以检测邻近设备11存在于坐标（x,y）=（5,8）处并且计算针对64阵列元件中的每个阵列元件的产生的相移。
针对阵列元件中的每个阵列元件的相移可以利用以下Python脚本来计算：
利用该Python脚本计算的针对天线元件中的每个天线元件的产生的相位在下表中示出：
表1：针对具有64个元素的矩形阵列的以度为单位的计算的相移
这些相位然后可以被用于如在等式6中定义的那样设置阵列系数：
（等式6）
在图8中示出了产生的天线方向图。天线方向图示出了从设备1朝向邻居设备11的位置的实现的方向性。
用于从邻近设备11接收数据的系数的计算与在先前的段落中描述的用于将数据传输到邻近设备11的系数的计算类似。这是由于电磁波的传播的互易性。因此，为了实现针对传输和接收的特定方向性，可以使用相同的阵列系数。当例如考虑噪声、存在多个设备和/或天线方向图的旁瓣被抑制时，存在许多其他方法来计算阵列系数。
图9描绘了图示可以执行如参考图6描述的方法的示例性数据处理***的框图。
如在图9中示出的那样，数据处理***100可以包括至少一个处理器102，所述至少一个处理器102通过***总线106耦合到存储器元件104。因此，数据处理***可以将程序代码存储在存储器元件104内。此外，处理器102可以执行经由***总线106从存储器元件104访问的程序代码。在一个方面中，数据处理***可以被实现为适用于存储和/或执行程序代码的计算机。然而，应当理解，数据处理***100可以以能够执行在该说明书内描述的功能的包括处理器和存储器的任何***的形式来实现。数据处理***100可以进一步包括例如本发明的设备的发送器和接收器中的至少一个。替代地，图1的设备1可以包括例如图9的数据处理***100。
存储器元件104可以包括一个或多个物理存储器设备，诸如例如本地存储器108和一个或多个大容量存储设备110。本地存储器可以指代随机存取存储器或者通常在程序代码的实际执行期间使用的（一个或多个）其他非持久存储器设备。大容量存储设备可以被实现为硬盘驱动器或者其他持久数据存储设备。处理***100还可以包括一个或多个高速缓存存储器（未示出），所述一个或多个高速缓存存储器提供至少一些程序代码的暂时存储以便减少在执行期间程序代码必须从大容量存储设备110被取回的次数。
描绘为输入设备112和输出设备114的输入/输出（I/O）设备可选地可以被耦合到数据处理***。输入设备的示例可以包括但不限于键盘、指示设备（诸如鼠标）或者诸如此类。输出设备的示例可以包括但不限于监视器或者显示器、扬声器或者诸如此类。输入和/或输出设备可以直接地或者通过中间I/O控制器被耦合到数据处理***。
在实施例中，输入和输出设备可以被实现为组合的输入/输出设备（在图9中以包围输入设备112和输出设备114的虚线来图示）。这样的组合设备的示例是触敏显示器，有时还被称为“触摸屏显示器”或者简称“触摸屏”。在这样的实施例中，对设备的输入可以由触摸屏显示器上或触摸屏显示器附近的物理对象（诸如例如触控笔（stylus）或者用户的手指）的移动来提供。
网络适配器116还可以被耦合到数据处理***以使得其能够通过中间私有或公共网络变得耦合到其他***、计算机***、远程网络设备和/或远程存储设备。网络适配器可以包括：数据接收器，其用于接收由所述***、设备和/或网络传输到数据处理***100的数据；以及数据发送器，其用于将数据从数据处理***100传输到所述***、设备和/或网络。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡是可以与数据处理***100一起使用的不同的类型的网络适配器的示例。
如在图9中描绘的那样，存储器元件104可以存储应用118。在各种实施例中，应用118可以被存储在本地存储器108、一个或多个大容量存储设备110中或者与本地存储器和大容量存储设备分离。应当理解，数据处理***100可以进一步执行可以促进应用118的执行的操作***（未在图9中示出）。被以可执行的程序代码的形式实现的应用118可以由数据处理***100（例如，由处理器102）执行。响应于执行应用，数据处理***100可以被配置成执行在本文中描述的一个或多个操作或者方法步骤。
本发明的各种实施例可以被实现为供计算机***使用的程序产品，其中程序产品的（一个或多个）程序定义实施例的功能（包括在本文中描述的方法）。在一个实施例中，（一个或多个）程序可以被包含在多种非暂时性计算机可读存储介质上，其中，如在本文中使用的那样，表达“非暂时性计算机可读存储介质”包括所有计算机可读介质，其中唯一例外是暂时性的传播信号。在另一实施例中，（一个或多个）程序可以被包含在多种暂时性计算机可读存储介质上。说明性计算机可读存储介质包括但不限于：（ⅰ）信息被永久地存储在其上的不可写存储介质（例如，计算机内的只读存储器设备，诸如由CD-ROM驱动器可读的CD-ROM盘、ROM芯片或者任何类型的固态非易失性半导体存储器）；以及（ⅱ）可变信息被存储在其上的可写存储介质（例如，闪存、软磁盘驱动器内的软盘或硬盘驱动器或任何类型的固态随机存取半导体存储器）。计算机程序可以在本文中描述的处理器102上运行。
在本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且不旨在是对本发明的限制。如在本文中使用的那样，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解，当在该说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括了”指定陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或者添加。
在以下的权利要求中的所有构件或者步骤加功能元件的对应的结构、材料、动作和等同物旨在包括用于与如具体地要求保护的其他要求保护的元件组合地执行功能的任何结构、材料或者动作。本发明的实施例的描述已经被提供用于说明的目的，但是不旨在是穷尽的或者限于以公开的形式的实现。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变型对本领域普通技术人员而言将是明显的。实施例被选择和描述以便最好地解释本发明的原理和一些实际的应用，并且使得本领域的其他的普通技术人员能够针对具有如适于考虑的特定用途的各种修改的各种实施例来理解本发明。

Claims (17)

1.一种包括用于与至少一个邻近设备（11）通信的设备（1）的车辆，设备（1）包括：
用于将数据信号传输到至少一个邻近设备（11）的发送器（3）和用于从至少一个邻近设备（11）接收数据信号的接收器（5）中的至少一个，以及
处理器（7），其被配置成确定相对于所述设备（1）到至少一个邻近设备的距离和方向中的至少一个，使用除所述接收器（5）之外的至少一个传感器（9）来确定所述距离和所述方向中的所述至少一个；依赖于所述距离和所述方向中的所述至少一个来配置所述发送器（3）和所述接收器（5）中的所述至少一个中的至少一个；以及使用所述发送器（3）和所述接收器（5）中的所述至少一个，所述发送器（3）被用于将数据信号传输到所述至少一个邻近设备（11）中的至少一个，并且所述接收器（5）被用于从所述至少一个邻近设备（11）中的至少一个接收数据信号。
2.如权利要求1中要求保护的车辆，其中车辆是汽车。
3.如权利要求1或2中要求保护的车辆，其中所述处理器（7）被配置成确定相对于所述设备（1）到所述至少一个邻近设备的距离并且将所述发送器（3）配置成依赖于相对于所述设备（1）到所述至少一个邻近设备（11）的所述距离来适配其功率。
4.如权利要求1至3中的任一项中要求保护的车辆，其中所述处理器（7）被配置成确定相对于所述设备（1）到至少一个邻近设备的方向并且将所述发送器（3）和所述接收器（5）中的所述至少一个配置成依赖于相对于所述设备（1）到所述至少一个邻近设备（11）的所述方向来适配其方向性。
5.如权利要求1至4中的任一项中要求保护的车辆，其中所述设备（1）包括所述至少一个传感器（9）。
6.如权利要求1至5中的任一项中要求保护的车辆，其中所述至少一个传感器（9）使用LIDAR、雷达、声纳、图像识别、结构光和3D视觉中的至少一个来确定相对于所述设备（1）到所述至少一个邻近设备（11）的所述距离和所述方向中的所述至少一个。
7.如权利要求1至6中的任一项中要求保护的车辆，其中所述处理器（7）被配置成确定相对于所述设备（1）到所述至少一个邻近设备（11）的距离和方向。
8.如权利要求7中要求保护的车辆，其中所述处理器（7）被进一步配置成根据相对于所述设备（1）到所述至少一个邻近设备（11）的所述距离和所述方向来确定深度图。
9.如权利要求1至8中的任一项中要求保护的车辆，其中所述处理器（7）被进一步配置成确定相对于所述设备（1）的所述至少一个邻近设备（11）的移动速度和移动方向中的至少一个，并且依赖于所述移动速度和所述移动方向中的所述至少一个来配置所述发送器（3）和所述接收器（5）中的所述至少一个。
10.如权利要求1至9中的任一项中要求保护的车辆，其中所述发送器（3）和所述接收器（5）中的所述至少一个被耦合到天线（17a-g）的阵列（13）。
11.如权利要求1至10中的任一项中要求保护的车辆，其中所述处理器（7）被进一步配置成确定天气状况并且依赖于所述天气状况来配置所述发送器（3）和所述接收器（5）中的所述至少一个。
12.一种与至少一个邻近设备通信的方法，包括以下步骤：
确定（21）相对于设备到至少一个邻近设备的距离和方向中的至少一个，其中设备被包括在车辆中，使用除由所述设备使用来从所述至少一个邻近设备接收数据信号的接收器之外的至少一个传感器来确定所述距离和所述方向中的所述至少一个；
依赖于所述距离和所述方向中的所述至少一个来配置（23）发送器和所述接收器中的至少一个；以及
使用（25）所述发送器和所述接收器中的所述至少一个，所述发送器被使用（26）来将数据信号从所述设备传输到所述至少一个邻近设备中的至少一个，并且所述接收器被使用（27）来从靠近所述设备的所述至少一个邻近设备中的至少一个接收数据信号。
13.如权利要求12中要求保护的方法，其中车辆是汽车。
14.如权利要求12或13中要求保护的方法，其中所述至少一个传感器使用LIDAR、雷达、声纳、图像识别、结构光和3D视觉中的至少一个来确定相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的所述距离和所述方向中的所述至少一个。
15.如权利要求12至14中的任一项中要求保护的方法，其中确定（21）相对于设备到至少一个邻近设备的距离和方向中的至少一个的步骤包括确定相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的所述距离和所述方向。
16.如权利要求15中要求保护的方法，其中确定（21）相对于设备到至少一个邻近设备的距离和方向中的至少一个的步骤包括根据相对于所述设备到所述至少一个邻近设备的所述距离和所述方向来确定（35）深度图的步骤。
17.一种计算机程序或计算机程序的套件，包括至少一个软件代码部分或者存储至少一个软件代码部分的计算机程序产品，当在计算机***上运行时，软件代码部分被配置用于执行权利要求12至15中的任一项所述的方法。
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