CN111066257B - 用于通过反向散射生成波束成形信号的通信节点和方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

用于通过反向散射生成波束成形信号的通信节点和方法
技术领域
本发明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。
背景技术
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“Passive WiFi:Bringing Low Power to Wi-Fi Transmissions(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IEEE 802.11b标准的高功效半无源设备。在Ensworth J.F.、Reynolds M.S.的“Every smart phone is abackscatter reader:Modulated backscatter compatibility with Bluetooth 4.0LowEnergy(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。
发明内容
因此，本发明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。
根据本发明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。
根据本发明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。
根据本发明的实施例，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***中的发射机相比，无源Wi-Fi***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，本发明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发明的实施例的示例，这些附图是：
图1是示出其中可以实现本发明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是示出根据本发明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(beamforming pattern)；
图5是示出将天线单元与反射放大器和能量收集(energy scavenging)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发明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***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***(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点。RF生成器110可以是任何在足够高的功率级别和正确频率下发送RF信号以由半无源设备130用于RF反射的设备。IoT设备130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(例如接收机120)发送数据。虚线指示反向散射的无线电波。
作为开发本发明的实施例的一部分，将首先描述与现有技术相关的半无源设备和通过反向散射生成RF载波的原理。
图2示出半无源设备200的基本发射机架构。半无源设备200包括4个天线阻抗(被标记为Z1至Z4)以及一个开关210。每个阻抗向反射信号赋予不同的相移。通过调谐这些阻抗，能够例如从4相移键控(PSK)星座(被标记为4PSK＝{0,π/2,π,3π/2})获得任何所需相移。表1示出天线阻抗与相移之间的关系的一个示例。
表1
Figure BDA0002407199470000051
开关具有4个状态，对应于4个阻抗。数据生成器220基于要发送的数据，生成到开关210的控制信号。因此，通过调制开关的状态，能够简单地通过以波特率改变开关的状态来采用4-PSK以发送数据。
总的来说，给定数据符号
Figure BDA0002407199470000052
开关选择天线阻抗Zi，以使得具有频率fc的传入RF载波信号cos(2πfc t)产生反射无线电波
Figure BDA0002407199470000053
可以修改或扩展该理念，并且可以通过反向散射来生成更通用的调制，包括M元正交调幅(M-QAM)。具有双状态开关和两个阻抗的更简单的发射机足以生成二元PSK(BPSK)或开关键控(OOK)。
现在将参考图3描述用于在无线通信网络100中借助反向散射来生成波束成形信号的无线通信节点的实施例的示例。
根据一个实施例，无线通信节点300包括多个(A个)天线310，被配置为接收具有载波频率(fc)的射频(RF)信号。
无线通信节点300进一步包括多个(A个)开关320，每个开关具有多个(M个)状态。
无线通信节点300进一步包括多个阻抗矩阵330，每个阻抗矩阵包括多个(M个)阻抗Z1、Z2…。每个天线通过多个(A个)开关中的一个开关耦合到阻抗矩阵中的一个阻抗矩阵。
无线通信节点300进一步包括基带信号生成器340，被配置为基于要发送的数据符号
Figure BDA0002407199470000062
来生成第一基带信号。
无线通信节点300进一步包括多个(A个)开关控制器350。每个开关控制器被配置为通过将第一基带信号相移天线特定的相位θa(a＝1,…A)来针对多个(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多个(M个)阻抗之中选择。因此，在每个天线处接收的RF信号由具有其特定相位θa的第一基带信号进行调制并且被反射。因此，波束成形信号是通过多个(A个)天线反射来自每个天线的调制后的RF信号来生成的。
在图3中所示的示例实施例中，半无源或无源设备设置有多个(A个)反射天线。每个天线(或者更一般地说一组天线或一组天线端口)借助开关耦合到可变阻抗。开关能够处于M个状态(对应于M个不同的阻抗)中的任何一个。在图3中示出M＝4的一个示例。
注意，基带信号生成器340耦合到开关控制器350，以基于要发送的数据符号来实施相移，以及基于波束成形权重来实施要在每个天线上应用的相移。下文将详细解释相移。
假设期望以给定波特率发送数据符号
Figure BDA0002407199470000061
通过选择合适的权重θa(a＝1,…,A)对数据进行波束成形。注意，每个天线端口具有一个权重。波束成形权重的选择在本领域中是公知的，并且在此将不讨论。
根据一个实施例，波束成形权重被限制为属于MPSK星座，MPSK＝{0,2π/M,2*2π/M,…,(M-1)*2π/M}：
θa∈MPSK,a＝1,…,A。
对于每个天线端口，将数据符号
Figure BDA0002407199470000071
相移θa，从而根据以下表达式生成新的MPSK符号αk,a：
Figure BDA0002407199470000072
在第k个信令间隔内，开关将第a个(a＝1,…,A)天线的阻抗设置为值Zi，该值产生相移αk,a。这是可能的，因为αk,a∈MPSK。参考图3，基带信号生成器340以要发送的数据或码比特作为输入，并将它们映射到MPSK符号序列
Figure BDA0002407199470000073
对于每个天线端口，这些符号由开关控制器350进一步变换以生成MPSK符号序列{αk,a:k＝1,…,K；a＝1,…,A}，即，开关控制信号。开关控制信号a(即，序列{αk,a:k＝1,…,K})被馈送给连接到天线端口a的开关a，以控制开关a的状态。开关a以波特率改变状态，确保天线具有阻抗，从而导致来自天线a的反射波在第k个信令周期内具有相位αk,a。
作为一个具体示例，考虑可以从一个天线生成4PSK＝{0,π/2,π,3π/2}信号的4状态开关，如上所述。表1示出给定数据符号
Figure BDA0002407199470000074
和波束成形权重θa的值，开关如何设置每个天线端口处的阻抗。
表1结合用于数据传输的PSK数据符号
Figure BDA0002407199470000075
和用于同相的相移θa两者的开关状态的调制的示例
Figure BDA0002407199470000076
Figure BDA0002407199470000081
忽略反射信号的大小，在第k个信令周期内从第a个天线反射的无线电波具有以下形式：
r(t)＝cos(2πfct+αk,a)
具体地说，所反射的波束成形信号的载波频率是fc，与传入RF信号的载波频率相同。
概括地说，要发送的用户数据借助于PSK进行加密(keyed)。这意味着数字波的相位周期性地改变，可能相位的数量是有限的，并且每个相位对相同数量的比特进行编码。每个比特模式形成与该特定比特模式相对应的待发送数据符号。任何给定天线处的反射波的相位由对应的天线阻抗确定，对应的天线阻抗又可以由开关320改变，并且每个开关由开关控制器350控制。基带信号生成器340以数据比特作为输入，并且生成PSK符号序列。PSK符号序列被复制，并且副本被馈送给同步操作的开关控制器350。注意，在每个天线处，用于修改反射波的相位或大小的唯一手段是通过改变天线阻抗。因此，通过在每个天线处选择阻抗来实现波束成形，以使得既发送期望的PSK数据符号，并且来自所有天线的所有反射的叠加又在某个或某些期望方向上产生相长干涉。开关控制器350的目的是修改传入的PSK符号序列，并且输出可能不同的PSK符号序列。通过修改输入序列来获得输出PSK序列，以使得借助相移键控的数据传输和波束成形两者同时完成。这可以例如通过表查找来实现，如表2中所示。每个开关控制器350拥有它自己的天线端口特定的波束成形相位，并且从基带信号生成器340接收PSK符号序列。每对PSK符号和波束成形相位对应于表2的第一和第二列中的相应条目。来自开关控制器350的输出是第三列(或者备选地第四列)中的对应条目。开关控制器350和开关320的同步操作是必不可少的，以便确保根据需要对反射波进行波束成形。因此，所有开关控制器350以相同的速率同时产生输出，并且同样，开关320以相同的速率同时改变状态。通常通过本领域中公知的方法，在训练阶段内确定表2的第二列中的波束成形相移。作为例示，在训练阶段内，入射RF波有时从一个天线端口散射。即，它首先在第一时段内从第一天线散射，然后在第二时段内从第二天线散射，依此类推。接收机能够确定应该向每个反射赋予的相位以便最大化接收SNR，并且向发出散射的设备反馈该信息。
在上述实施例中，由RF生成器110生成的信号具有与由IoT设备反射的信号相同的载波频率。此外，RF生成器的输出功率大于反射信号的功率。因此，取决于路径损耗，接收机120可能经历来自RF生成器的高干扰级别。注意，RF生成器发送不携带任何有用信息的RF载波。因此，可以通过在RF生成器110处应用波束成形来缓解该问题，如图4中所示。在接收机120的方向上设置零信号(null)，因此减轻来自RF生成器110的干扰。
根据一个实施例，波束成形的反射波可以具有与来自RF生成器的入射或传入RF信号的载波频率不同的载波频率。
用于以与传入RF信号的频率不同的频率生成波束成形反射波的无线通信节点具有与图3(具有M＝4的示例)中所示相同的结构。即，半无源或无源设备具备多个(A个)反射天线310。每个天线(或者更一般地说一组天线或天线端口310)借助开关320耦合到可变阻抗330。开关320可以处于M个状态(对应于M个不同的阻抗)中的任何一个状态。
但是，根据本发明的一个实施例，具有M＝2个状态的更简单的开关可能便已足够。将假设可以通过切换开关的两个状态，从反射天线生成BPSK信号。下表示出来自单个天线的天线阻抗、相移、基带信号与反射波之间的关系。注意，基带信号仅采取两个可能值，即+1和-1。假设入射RF载波的形式为cos(2πfct)，其中fc是载波频率。
表3使用反向散射和具有一个天线端口的双状态开关生成BPSK的示例
Figure BDA0002407199470000101
使用这些假设，从一个天线反射的信号r(t)可以被表示为以下形式
r(t)＝x(t)·cos(2πfct)。
用于r(t)的该表达式强调以下事实：即使没有混频器或其它相关RF电路，也能够通过将RF载波cos(2πfct)与基带信号x(t)相混合来生成反射。相反，具有控制天线阻抗的双状态开关，但是反射波r(t)可以被表示为两个信号的相乘。
基带信号x(t)可以被选择为采取值+1和-1的任意方波。实际上，开关的切换速度将限制合适的方波的种类，即，限制Δf的范围。例如，给定频率Δf和相位β，可以生成基带信号，其是周期为Δf-1并且相位为β的方波，如下所示：
x(t)＝sign(cos(2πΔft+β))
在此，
Figure BDA0002407199470000102
为了有助于直观化，可以定义
e(t):＝x(t)-cos(2πΔft+β)
以使得
x(t)＝cos(2πΔft+β)+e(t)，
其中，项e(t)小于x(t)的总信号能量的20％。因此，作为粗略近似，可以将x(t)看作频率为Δf并且相位为β的音调。混合x(t)与cos(2πfct)产生两个音调，一个音调以fc-Δf为中心，另一个音调以fc+Δf为中心，两者均具有相移β。
假设需要以符号周期T发送数据符号
Figure BDA0002407199470000111
通过选择合适的权重θa(a＝1,…,A)对数据进行波束成形。注意，每个天线端口具有一个权重。基带信号生成器产生以下基带信号：
Figure BDA0002407199470000112
然后，对于每个天线a＝1,…,A，为基带信号给出天线端口特定的相移θa，从而产生天线端口特定的基带信号xa(t)，即，特定开关控制信号(a＝1,…,A)，其由下式给出
Figure BDA0002407199470000113
注意，每个开关控制信号xa(t)具有值+1或-1，并且根据表1在时间t调制开关a的状态。以这种方式，能够在每个天线端口处使用双状态开关对通过反向散射生成的信号进行波束成形。
概括地说，基带信号生成器340生成数字波，即基带信号。该波的频率与入射RF载波的频率一起确定了反射无线电波的频率中心。产生两个反射图像，一个反射图像的频率高于入射RF载波的频率，另一个反射图像的频率低于入射RF载波的频率。用户数据借助PSK进行加密。这意味着数字波的相位周期性地改变，可能相位的数量是有限的，并且每个相位对相同数量的比特进行编码。基带信号的副本被馈送给同步操作的多个开关控制器350。通过根据天线端口特定的相移进一步改变每个副本的相位，实现波束成形。每个开关控制器350将相移赋予传入基带信号。该天线特定的相移不向接收机传送任何信息。其目的是在某些期望方向上产生相长干涉模式。通常通过本领域中公知的方法，在训练阶段内确定这些波束成形相移。作为例示，在训练阶段内，入射RF波有时从一个天线端口散射。即，它首先在第一时段内从第一天线散射，然后在第二时段内从第二天线散射，依此类推。接收机能够确定应该向每个反射赋予的相位，以便最大化接收的SNR，并且向发出散射的设备反馈该信息。开关控制器将相移后的数字波馈送给开关控制器的相应开关，这些开关又根据传入的相移后的数字波的值来切换天线阻抗。开关的同步操作是必不可少的，以便确保在一个或多个期望方向上对反射波进行波束成形。
如在任何多天线***中，在天线之间将存在耦合，但因为再辐射的能量仅是传入能量的一小部分(例如在2.4GHz下低于30dB)，这不应构成实际困难。
根据本发明的某些实施例，每个天线单元可以被配备有反射放大器以进一步增强反射信号。使用反射放大器进行反向散射能够获得大约10dB的增益。
反射放大器可以从电池或能量收集单元500供电，如图5中所示，这能够容易地扩展到具有任何数量天线的结构。图5示出用于通过使用2个天线单元510以及使用与RF能量收集相组合的反射放大器520进行反向散射来实现波束成形的可能架构。
RF能量收集单元500包括RF到DC功率转换器(RF到DC)530，其可以从与用于反向散射的RF载波相同的RF载波来供电，因为然后当天线不反射信号时，RF载波为电容器532充电。使用一组开关540来控制图5中的结构。
还可以从另一个可用RF载波向RF能量收集供电，但在这种情况下，将很可能需要另一组天线。
对于图5中的结构，使用波束成形和具有反射放大器两者都具有信号增益。因为所有天线单元可以共享相同的能量收集单元，所以添加该能量收集单元的成本几乎恒定，或者至少不随天线数量而线性增长。
因此，根据本发明的某些实施例，无线通信节点130可以进一步包括多个(A个)反射放大器520，它们分别耦合到多个(A个)天线。
根据本发明的某些实施例，无线通信节点130可以进一步包括能量收集单元500，被配置为向多个(A个)反射放大器供电。
根据本发明的某些实施例，能量收集单元530包括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。该组天线可以与用于生成波束成形信号的多个(A个)天线相同，然后无线通信节点可以进一步包括一组开关540，其被配置为控制多个(A个)天线以进行反向散射和能量收集。
根据本发明的实施例，参考图6描述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。该方法包括以下动作，这些动作可以以任何合适的顺序来执行。
动作610
无线通信节点300在多个(A个)天线处接收具有载波频率(fc)的射频RF信号。多个阻抗矩阵分别通过多个(A个)开关耦合到多个(A个)天线，每个阻抗矩阵包括多个(M个)阻抗。
动作620
无线通信节点300基于要发送的数据符号
Figure BDA0002407199470000131
在基带信号生成器中生成第一基带信号。
动作630
无线通信节点300通过在多个(A个)开关控制器中将第一基带信号相移天线特定的相位θa(a＝1,..A)，针对多个(A个)开关中的每一个开关生成特定开关控制信号。
动作640
无线通信节点300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)阻抗之中选择以由具有其特定相位θa的第一基带信号对在每个天线处接收的RF信号进行调制。
动作650
无线通信节点300通过反射来自每个天线的调制后的RF信号，生成波束成形信号。
根据某些实施例，该方法可以进一步包括：通过分别耦合到多个(A个)天线的多个(A个)反射放大器来增强所生成的波束成形信号。
根据某些实施例，该方法可以进一步包括：通过能量收集单元向多个(A个)反射放大器供电。
根据某些实施例，该方法可以进一步包括：在能量收集单元中，将在一组天线处接收的RF信号的功率转换为DC功率。
根据某些实施例，该组天线与用于生成波束成形信号的多个(A个)天线相同，并且该方法可以进一步包括：由一组开关控制多个(A个)天线以进行反向散射和能量收集。
在上面的讨论中，仅讨论了如何获得波束成形能力。对此有用的主要部分当然涉及如何确定在哪个方向上操纵波束。因为反向散射发射机通常将是成本非常低的设备，以及可以应用于不同天线的不同相位的粒度，所以设想与使用波束成形时相比，训练通常将具有更少的复杂性。用于进行波束成形训练的一种简单手段是仅使用不同的波束成形向量来发送信号，并且基于来自预期接收机的反馈，可以在后续传输中使用所评估的波束方向中的最佳方向。
如果非常简单的设备发送少量数据，并且可能仅发送很小一组可能的波束成形向量，则甚至可以设想设备使用不同的波束成形向量来重复发送数据。
无论如何，对于本领域的技术人员而言，认为用于实现有效波束成形的不同手段是已知的。相反，用于执行波束成形的任何已知方式均适用于本发明的实施例。
当使用单词“包括”或“包含”时，其将被解释为非限制性的，即意味着“至少由…组成”。
本发明的实施例并不限于上述优选实施例。可以使用各种替代物、修改物和等效物。因此，上述实施例不应被视为限制由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (10)

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
Figure FDA0002407199460000011
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个天线相同，并且所述无线通信节点进一步包括被配置为控制所述A个天线以进行反向散射和能量收集的一组开关。
6.一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，所述方法包括：
在多个即A个天线处接收(610)具有载波频率(fc)的射频RF信号，其中，多个阻抗矩阵分别通过A个开关耦合到所述A个天线，每个阻抗矩阵包括M个阻抗；
基于要发送的数据符号
Figure FDA0002407199460000021
在基带信号生成器中生成(620)第一基带信号；
通过在A个开关控制器中将所述第一基带信号相移天线特定的相位(θa，a＝1，..A)，针对所述A个开关中的每一个开关生成(630)特定开关控制信号；
基于每个开关的特定开关控制信号来控制(640)每个开关的状态，以使得每个天线阻抗在所述M个阻抗之中选择以由具有其特定相位(θa)的所述第一基带信号对在每个天线处接收的RF信号进行调制；以及
通过反射来自每个天线的调制后的RF信号，生成(650)所述波束成形信号。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：通过分别耦合到所述A个天线的A个反射放大器来增强所生成的波束成形信号。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：通过能量收集单元向所述A个反射放大器供电。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：在所述能量收集单元中，将在一组天线处接收的RF信号的功率转换为DC功率。
10.根据权利要求9所述的方法，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个天线相同，并且所述方法进一步包括：由一组开关控制所述A个天线以进行反向散射和能量收集。
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