CN117321446A - 基于多径信道的基于射频的感测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有第一节点(10)和RF信号扩散器(40)的RF系统(100)。第一节点(10)被配置用于发射RF信号(30)。RF信号扩散器(40)被配置用于在多个方向上反射RF信号(30)，以便基于RF信号(30)生成用于多径信道的附加路径(38)。RF信号扩散器(40)和第一节点(10)以彼此相距一段距离(50)布置，并且被配置成使得多径信道的附加路径(38)中的至少一个具有足够的传输功率以用于在感测区域(60)中执行基于RF的感测。RF系统(100)被配置用于基于包括附加路径(38)中该至少一个的多径信道的至少两个路径(36，38)执行基于RF的感测。

Description

基于多径信道的基于射频的感测

技术领域

本发明涉及用于执行基于RF的感测的射频(RF)系统、对应的方法以及对应的计算机程序产品。具体地，本发明涉及基于多径信道执行基于RF的感测。

背景技术

US2019/0178980 A1示出了用于实时检测和监测生命体征的方法、装置和系统。在一个示例中，公开了一种用于监测场地中的重复运动的系统。该系统包括发射器、接收器和重复运动监视器。发射器位于场地中的第一位置处并且被配置用于通过受场地中对象的重复运动影响的无线多径信道来发射无线信号。发射器可以经由多天线阵列发射无线信号，该多天线阵列可以形成多个波束，其中每个波束指向不同的方向。接收器位于场地中的第二位置处，并且被配置用于：通过受场地中对象的重复运动影响的无线多径信道来接收无线信号，以及基于无线信号获得无线多径信道的信道信息(CI)的时间序列。

Hu Jingzhi等人公开了用于人体姿势识别的射频(RF)感测技术。常规的RF感测技术受到其无线电环境的约束，这限制了携带关于人体姿势的多维信息的传输信道的数量。取代被动地适应环境的是，Hu Jingzhi等人设计了一种用于基于可重构智能表面(RIS)进行姿势识别的RF感测系统。所提出的系统可以主动地定制环境以提供期望的传播特性和多样化的传输信道。然而，实现高识别精度要求RIS配置的优化，这是一个具有挑战性的问题。为了应对该挑战，优化问题被构想，将其分解为两个子问题并且提出了解决它们的算法。

发明内容

可以被看作本发明的一个目的的是，提供一种允许基于多径信道改善基于RF的感测的RF系统、方法、计算机程序产品和计算机可读介质。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于在感测区域中执行基于RF的感测的RF系统。RF系统包括第一节点和RF信号扩散器。第一节点被配置用于发射RF信号。RF信号扩散器被配置用于在多个方向上反射RF信号，以便基于RF信号生成用于多径信道的附加路径。RF信号扩散器和第一节点以彼此相距一段距离被布置在RF系统中，并且被配置成使得多径信道的附加路径中的至少一个具有足够的发射功率以用于在感测区域中执行基于RF的感测。RF系统被配置用于基于多径信道的至少两个路径来执行基于RF的感测，该多径信道包括附加路径中的该至少一个附加路径。

由于RF信号扩散器在多个方向上反射RF信号，因此通过生成附加路径来增加路径数量。无线能量可以基本上均匀地分布在附加路径之中。换句话说，RF系统可以提供均匀平衡的无线多径信道以用于改善的基于RF的感测。这允许整个感测区域的均匀性能，因为可以确保遍及感测区域的三维分布的路径或入射波集合。特别地，这允许通过减少感测区域中盲点的数量来提高基于RF的感测覆盖范围，并且改善跨越感测区域的不同子区域的占用检测一致性。由于路径数量增加，每个单独路径的贡献可能减少，使得更少路径或没有路径偏离或过度偏置例如通过基于RF的感测算法(比如基于RF的感测占用检测算法)执行的基于RF的感测。

此外，可以启用或改善诸如生命体征检测(例如呼吸率检测或心率检测)之类的高价值功能。通过使用RF信号扩散器，空间丰富度可以在感测区域的水平处得到增强和/或微调。

由于RF信号扩散器在多个方向上反射RF信号以便生成用于多径信道的附加路径，因此第一节点可以发射指向RF信号扩散器的单个波束，而不是分别全向或各向同性地发射，同时能够基于多径信道执行基于RF的感测。换句话说，第一节点不需要通过多天线阵列发射RF信号以便生成多径信道的路径。与通过多天线阵列发射RF信号相比，更简单或至少可替代的结构可以被提供用于生成用于多径信道的路径。

RF信号扩散器可以被配置用于在多个预定方向上将RF信号反射到感测区域中，以便基于RF信号生成用于多径信道的附加路径。这可以允许提高在由RF信号扩散器将RF信号反射到的感测区域的预定子区域处的检测性能。

RF信号扩散器可以布置在被配置用于发射RF信号的第一节点的远场中。例如，可以选择RF信号扩散器和第一节点之间的距离，使得RF信号扩散器布置在第一节点的远场中。该距离可以指例如第一节点的天线到RF信号扩散器的表面的距离。可替代地，该距离也可以指第一节点的中心到RF信号扩散器的中心之间的距离，例如，如果它们布置在规则网格中。

RF系统可以包括多个节点，例如，用于发射RF信号的第一节点和用于接收RF信号以便执行基于RF的感测的接收节点。

基于RF的感测允许对感测区域(即特定空间或特定体积，比如建筑物中的房间、建筑物或任何其他空间)中发生的各种感测事件的检测。感测算法或感测分析算法可以检测并分析感测区域内的诸如对象或用户之类的有形实体如何影响RF信号。RF信号用于发射RF消息，比如特别适用于执行基于RF的感测的RF感测消息，即不包括用于节点之间的数据交换或通信的信息而仅用于执行基于RF的感测的RF消息。基于RF的感测可以用作对感测事件(比如在家庭、办公室等中的用户活动)进行检测和分类的手段。例如，根据由智能灯形式的节点发射和接收的基于RF的感测消息(例如基于RF的WiFi感测消息)，基于RF的感测可以确定房间中的运动并且自动开灯或关灯，WiFi路由器形式的节点可以估计人的呼吸率等。

基于RF的感测的基本原理是：空间中RF信号的失真既是其中有形实体(例如移动对象)的函数，也是RF信号频率的函数。RF信号或无线电波分别通过电磁辐射传播，并且通过反射、折射、衍射、吸收、偏振和散射与环境相互作用。在由基于RF的感测应用所使用的典型频率范围内，对于不同材料而言，无线衰减是不同的。因此，感测区域的特性，例如感测区域中存在的房间的构造形式、空间布置和每种材料类型的整体表面积，可以影响感测区域的RF多径信号特性。具体地，由于RF信号扩散器布置在RF系统中，因此为多径信道生成附加路径。

为了执行基于RF的感测，一个节点(即第一节点)充当发射节点，其将RF信号发射到充当接收节点的另一节点。然后可以分析接收到的RF信号。如果RF信号分别在节点之间它们的路径或传输路径上与一个或多个有形实体(例如对象或人)相互作用，RF信号受到诸如散射、吸收、反射或其任意组合之类的干扰。RF信号的干扰可以被分析且用于执行基于RF的感测。被干扰和/或反射的RF信号可以包括基于诸如介电常数和磁化率的实部和虚部之类的信号参数的基于RF的感测指纹。

RF信号可以从第一节点行进到有形实体并且被干扰且反射到接收节点。这些路径在下文中被表示为原始路径。另外，RF信号可以在与有形实体相互作用之前在RF信号扩散器处被反射，即被有形实体干扰并反射到接收节点。这些路径是由RF信号扩散器生成的附加路径。添加附加路径允许增加由第一节点经由RF信号发射的信息被接收RF信号的接收节点正确接收的概率，即信息传输的概率。例如，如果使用附加路径，堵塞的风险降低。

传输功率对应于由第一节点用于发射RF信号的功率量。更高的传输功率允许增加信息传输的概率。例如，如果以一定传输功率发射RF信号，使得由接收节点接收的RF信号等于或低于由接收节点接收的感测区域中的噪声水平，则信息可能由于噪音而丢失。通过第一节点增加RF信号的传输功率可以允许甚至在噪声环境中接收信息。

第一节点可以被配置用于以一定传输功率发射RF信号，使得至少一个原始路径(即不是由RF信号扩散器生成的路径)和由RF信号扩散器生成的多径信道的一个附加路径具有足够的传输功率用于执行基于RF的感测。

第一节点可以被配置用于以基于RF信号扩散器与第一节点之间的距离选择的传输功率发射RF信号，使得多径信道的附加路径中的至少一个具有足够的传输功率用于执行基于RF的感测，例如用于目标感测功能和/或目标置信水平。这可以允许增加RF信号具有用于执行基于RF的感测的足够的传输功率的最大路径长度，其中最大路径长度在发射RF信号的节点到接收RF信号以用于执行基于RF的感测的节点之间延伸。

例如，节点可以包括可以增加传输功率的ZigBee或WiFi无线电。还可以基于用于执行基于RF的感测的通信技术(例如，波长)来增加传输功率。例如，对于60GHz WiFi，可以应用比针对2.4GHz WiFi更高的传输功率，因为空气中60GHz WiFi信号的吸收比针对2.4GHz WiFi信号更强，使得对60GHz WiFi而言，需要更高的传输功率以便确保发射节点与接收节点之间的信息传输。

第一节点可以被配置用于定向地或全向地发射RF信号。由第一节点分别全向地或各向同性地发射RF信号降低了每个路径的传输功率，因为在RF信号在RF信号扩散器处被反射之前将传输功率分散在不同路径之间。这然后可能导致各种路径没有足够的传输功率用于执行基于RF的感测，例如，因为传输功率低于噪声水平，使得RF信号不能经由该路径被正确地接收。

第一节点可以被配置用于在RF信号扩散器的方向上定向发射RF信号。这允许限制感测区域中路径的数量并且可以允许分别减少不同RF信道或无线信道之间的干扰。此外，它允许增加信息传输的概率。第一节点可以被配置用于对RF信号进行波束成形，以便在RF信号扩散器的方向上定向发射它。例如，第一节点可以被配置用于在定向到RF信号扩散器的单个波束中发出RF信号，或者通过在与RF信号扩散器相同的平面中发出RF信号，以便在RF信号扩散器的方向上定向发射RF信号。如果RF信号在平面中发出，可以在该平面中发出两个或更多个波束。例如，第一节点和RF信号扩散器可以布置在房间的天花板处。在这种情况下，该平面可以是例如天花板平面。

第一节点可以被配置用于发射包括RF感测消息的RF信号。

RF信号扩散器可以具有预定尺寸、预定形状或预定材料成分。预定尺寸、预定形状和预定材料成分可以被优化以用于在预定方向上反射RF信号，例如被调整以适应在其中基于RF的感测将由RF系统执行的感测区域。这可以允许提供用于生成附加路径的RF信号扩散器的简单构造。

RF信号扩散器可以例如形成RF系统的节点之一的外壳的一部分。RF信号扩散器可以被形成为例如节点的外壳的外表面的一部分。

RF信号扩散器可以在其表面上包括反射材料(例如金属)以用于反射RF信号。反射材料可以例如是诸如铝(Al)之类的电磁材料。例如，RF信号扩散器可以涂有反射材料，例如金属。这可以允许近乎完美的RF信号反射。

RF信号扩散器可以具有定制的形状，其适于基于感测区域的三维(3D)模型优化感测区域中附加路径的分布。这可以允许改善感测区域中基于RF的感测性能，例如检测性能。例如，RF信号扩散器的定制形状可以被调适，使得感测区域中附加路径的分布优化基于RF的感测性能，例如感测分辨率和/或感测灵敏度。例如，盲点的数量可以得到减少，基于RF的感测性能可以在整个感测区域上均匀地分布，或者特定的感兴趣区域的基于RF的感测覆盖范围可以得到改善。例如，如果感测区域是房间，在人工作的房间中的桌子处所需的基于RF的感测覆盖范围可能比在房间的角落处更高。房间中的桌子可能是感兴趣的区域，其需要附加的基于RF的感测覆盖范围。RF信号扩散器的定制形状可以被调适，使得附加路径覆盖感兴趣的区域。换句话说，可以通过调适RF信号扩散器的定制形状来优化附加路径的分布，使得更多附加路径被定向至感兴趣的区域。另外的感兴趣区域可以包括例如人睡觉的床，例如用于呼吸率识别和/或睡眠监测。

可以基于3D打印RF信号扩散器的表面来提供定制形状。例如，RF系统可以基于RF系统布置在其中的诸如房间之类的感测区域的建筑信息模型(BIM)来优化感测区域中附加路径的分布。这可以允许进一步改善基于RF的感测性能。

RF系统可以被提供有感测区域的3D地图。可以例如使用利用用户的移动电话执行的激光雷达感测来生成感测区域的3D地图。RF信号扩散器的定制形状可以基于感测区域的3D地图确定和生成。此外，可以基于感测区域的3D地图选择RF信号扩散器的材料成分、位置和/或尺寸。这可以允许改善基于RF的感测性能，特别是在感兴趣的区域中。具体地，可以针对特定的感兴趣区域选择性地添加附加路径。换句话说，第一节点和RF信号扩散器可以被布置且配置成使得生成附加路径，以使得在用于执行基于RF的感测的最感兴趣的感测区域的子区域中实现优化的基于RF的感测性能，比如感测分辨率和/或感测灵敏度。

RF信号扩散器可以被配置用于提供时变附加路径。RF信号扩散器的形状可以是例如随时间变化的，例如随时间膨胀和收缩，例如周期性地膨胀和收缩。RF信号扩散器可以是或者包括例如周期性地充气和放气的气球。另外或可替代地，RF信号扩散器可以沿着轴旋转以用于生成时变附加路径。当RF信号随着时间的推移在不同方向上被反射时，这可以允许改善感测区域的覆盖范围。如果RF信号扩散器旋转，例如每分钟完整旋转一次，则RF信号通过感测区域被动态反射。当RF信号扩散器处于第一静态位置时，感测区域的第一子区域可以具有有限的覆盖范围，即第一子区域可能是盲点。一旦RF信号扩散器开始旋转并且RF信号扩散器的表面的角度例如相对于传入RF信号连续改变，基于反射的RF信号生成的附加路径将相应地在感测区域之上转动。这可以允许确保例如在一秒的时间帧内在至少10ms期间先前的盲点被基于RF的感测覆盖。旋转RF信号扩散器对应于随着时间的推移在感测区域中执行多个部分重叠的测量。RF信号扩散器的形状以及该形状随时间相对于传入RF信号的调适可以被优化，以便优化感测区域中的感测覆盖范围。例如，可以相应地调适相对于传入RF信号随时间调整形状的参数，例如膨胀和收缩速度或旋转速度。

RF信号扩散器可以包括配置用于反射RF信号的多个反射元件。反射元件中的每一个可以具有适应于用于执行基于RF的感测的RF信号的波长的尺寸。这允许无线能量更均匀地分布在多径信道的路径之中。反射元件的尺寸可以例如在0.05和0.2之间，例如在用于执行基于RF的感测的RF信号的波长的0.1倍与0.2倍之间。这允许避免一个或多个RF信号的路径的相位失真。当反射元件与入射RF信号的波长相当或大于该波长时，可能会发生波变化。对于在2.4GHz处的WiFi形式的RF信号(其具有12cm的波长)，反射元件的尺寸可以是例如1cm至2cm。

反射元件中的一个或多个可被配置用于提供时变附加路径。例如，反射元件中的该一个或多个可以随时间调适其在RF信号扩散器(例如RF信号扩散器的表面)上的形状或取向。例如，反射元件中的该一个或多个的形状可以例如基于压电效应在凸形和凹形之间进行调适。例如，可以通过在RF信号扩散器的表面上旋转反射元件中的该一个或多个来调整反射元件中的该一个或多个的取向。例如，反射元件中的该一个或多个可以在垂直指向和水平指向之间改变其取向。反射元件中的该一个或多个的形状或取向可以例如根据预定规则(例如周期性地)进行调适。反射元件可以彼此独立地或以协调一致的方式调适它们的形状或取向，例如所有反射元件或反射元件组随时间调适它们的形状或取向。

RF信号扩散器可以例如具有二十面体形状，例如具有布置在二十面体的表面上的64个反射元件的正二十面体形状。这允许15到100个路径被接收节点接收以用于执行基于RF的感测。换句话说，在这种情况下，15到100个路径可以促成基于RF的感测。

RF信号扩散器还可以具有例如散热器、带有反射元件的筒灯装饰环、或者嵌入式安装筒灯的特殊弹簧结构的形式。散热器可以是例如专门设计的热LED散热器，例如包括可以充当扩散器结构的崎岖3D金属表面。在RF系统布置在建筑物房间形式的感测区域中并且散热器形式的RF信号扩散器布置在接收节点周围的情况下，散热器可以例如被设计为朝向地板而不是天花板暴露。这可以允许将用于接收RF信号的接收节点的天线暴露于地板，使得它能够接收由房间中的对象反射的RF信号，而由第一节点发射的RF信号被RF信号扩散器反射以生成用于多径信道的附加路径。

可替代地，接收节点的天线和RF信号扩散器也可以布置在稍微不同的位置处，例如就像RF信号扩散器的反射元件布置在筒灯的装饰环处的情况。RF信号扩散器可以被布置成例如距离天线数厘米。这允许确保RF信号可以被天线接收，同时可以生成用于多径信道的附加路径。

又可替代地，RF信号扩散器还可以布置在第一节点的位置与接收节点的位置之间。例如，RF信号扩散器可以具有镜球状(discoball-like)的形状，即反射元件例如均匀地分布在其上的球形表面。具有镜球状形状的RF信号扩散器可以被配置用于沿着轴(例如轴向轴)旋转，以用于生成时变附加路径。这可以允许进一步改善基于RF的感测。具体地，可以改善感测区域的覆盖范围。

具有镜球状形状的RF信号扩散器也可以被包括在接收节点中，例如布置在接收节点周围或作为接收节点的一部分。在这种情况下，球形表面可以包括具有用于反射RF信号的反射元件的区域以及不具有用于允许RF信号到达布置在RF信号扩散器内部的接收节点的天线的反射元件的区域。可替代地，接收节点的天线也可以布置在镜球状形状的RF信号扩散器的外部。

此外，在其他实施例中，RF信号扩散器可以具有另一种形状，例如抛物面镜状形状，其中RF信号在第一方向上进入RF信号扩散器并且在一个或多个其他方向上离开它。这可以允许改善附加路径的生成，特别是通过调整RF信号扩散器的形状以适应感测区域，使得针对盲点或感兴趣区域改善基于RF的感测覆盖范围。

RF信号扩散器的形状可以取决于RF信号扩散器与第一节点之间的距离。可替代地或此外，RF信号扩散器的形状可以取决于RF系统的节点的空间布置。可替代地或此外，RF信号扩散器的形状可以取决于由第一节点发射的RF信号的方向性。RF信号扩散器的形状还可以取决于接收RF信号的接收节点的方向性。接收节点的方向性可以涉及接收RF信号的接收天线的方向性。

RF信号扩散器可以布置在例如房间的天花板处。第一节点可以例如在远场中以吊灯的形式提供，其以在垂直方向上一定距离布置在RF信号扩散器下方的天花板处。RF信号可以由第一节点在垂直方向上发射到RF信号扩散器。

RF信号扩散器可以针对到第一节点的特定距离进行优化，并且可以相应地布置在距第一节点特定距离处。RF信号扩散器可以具有优化的反射区域，且/或接收节点可以具有优化的天线有效区域。例如，可以根据RF系统中的节点和RF信号扩散器的空间布置来优化RF信号扩散器。这在像办公室和停车场那样的专业环境中可能是特别有益的，这些专业环境仅使用节点之间的几个明确定义的标准化间距，即节点之间具有预定距离。节点之间的预定距离可以对应于例如发射节点的发射天线与接收节点的接收天线之间的距离。这可以启用以限制根据RF系统中的节点和RF信号扩散器的空间布置优化的不同RF信号扩散器的数量。RF信号扩散器可以基于感测区域的BIM模型来配置。例如，RF信号扩散器的形状以及RF信号扩散器和/或RF系统的节点的布置可以基于诸如房间之类的感测区域的BIM模型进行优化。

反射元件的数量、反射元件的尺寸、反射元件的材料、反射元件的空间取向或其任意组合可以取决于RF信号扩散器与第一节点之间的距离、传输角、或距离和传输角。

传输角涉及到达RF信号扩散器的RF信号相对于RF信号扩散器的取向的空间取向。换句话说，传输角对应于由第一节点发射的RF信号相对于RF信号扩散器的方向性。例如，RF信号扩散器可以被定向为使得RF信号经由掠射角到达RF信号扩散器的表面。例如，可以相应地调整反射元件的空间取向，以便改善在预定方向上的附加路径的生成。

反射元件的数量、反射元件的尺寸、反射元件的材料、反射元件的空间取向或其任何组合可以可替代地或另外取决于RF系统的节点的空间布置。反射元件的数量、反射元件的尺寸、反射元件的材料、反射元件的空间取向或其任何组合可以可替代地或另外取决于接收RF信号的接收节点的方向性。

RF系统可以被配置用于基于包括预定义的啁啾(chirp)的RF信号执行基于RF的感测。这允许灵敏度的改善，这可以使得基于RF的感测能够从较低的信号水平以及在具有更多噪声的情况下提取运动信息。基于包括预定义的啁啾的RF信号执行基于RF的感测对于由于被RF信号扩散器(例如，被空气中的氧气强烈吸收的60GHz WiFi)更广泛地传播而具有降低的RF感测信号水平的RF信号而言可能是特别有益的。

RF系统可以被配置用于基于用于将诸如RF感测消息之类的数据编码为变频啁啾的啁啾扩频(CSS)调制技术调制RF信号。RF系统可以被配置用于通过利用由接收节点的两个不同天线同时接收的RF信号的两个路径的比率执行基于RF的感测。天线可以共享相同的时钟并且因此具有相同的载波频率偏移(CFO)和相同的采样频率偏移(SFO)。因此，利用由接收节点的两个不同天线同时接收的RF信号的两个路径的比率允许去除可能由于第一节点和接收节点时间不同步而发生的变化的随机频率偏移。此外，对于反射RF信号的远处移动对象(比如人)，反射的RF信号变弱并且可以容易淹没在噪声中。两个路径的比率允许抵消噪声并获得示出对应于远处对象的移动的改善的变化图案的比率。这可以允许增加基于RF的感测范围。利用两个路径的比率可以允许准确地跟踪移动对象的距离和方向。

RF系统可以包括RF感测算法，其被配置用于利用包括啁啾的RF信号内的正交性执行基于RF的感测。例如，RF系统可以被配置用于执行基于RF的感测以用于呼吸率识别。RF感测算法可以被配置用于利用包括啁啾的RF信号内的正交性来寻找相关性并且由此检索由呼吸运动导致的RF信号的路径，否则该RF信号将被噪声抑制。这可以允许在更长的距离上执行基于RF的感测，并且可以允许甚至穿过墙壁执行基于RF的感测。此外，较低传输功率RF信号可以用于执行基于RF的感测。

RF系统可以被配置用于使用配置用于利用包括啁啾的RF信号内的正交性的RF感测算法执行基于RF的感测。对于所提出的RF信号扩散器显著降低到达接收节点处的RF感测信号的传输功率的特定情况，这可能是特别有益的。这可以允许提高接收节点的灵敏度，例如实现基于RF的感测以用于从较低传输功率RF信号中提取运动信息。

例如，RF系统可以被配置用于基于如在由F.Zhang等人在Proc.ACMInteract.Mob.Wearable Ubiquitous Technol.,Vol.4,No.2,Article68中发表的“Exploring LoRa for Long-range Through-wall Sensing”(其通过引用合并于此)的第2部分中公开的用于根据基于啁啾的LoRa信号执行基于RF的感测的方法来执行基于RF的感测。

RF信号扩散器可以被配置用于反射第一波长的RF信号并且用于吸收第二波长的RF信号。这允许RF信号扩散器对于RF信号的特定波长是选择性的，并且因此对于特定的通信技术(例如2.4GHz WiFi或60GHz WiFi)是选择性的。这可以允许抑制由对其而言RF信号扩散器没有选择性的通信技术的RF信号提供的噪声，同时改善对其而言RF信号扩散器具有选择性的通信技术的RF信号。第一波长可以例如对应于第一频率，例如2.4GHz，并且第二波长可以例如对应于第二频率，例如60GHz WiFi。RF信号扩散器可以包括例如配置用于反射第一波长并吸收第二波长的材料。该材料可以在RF信号扩散器的表面的至少一部分上形成涂层。

RF系统可以被配置用于基于信道状态信息(CSI)执行基于RF的感测，即基于CSI的感测。可替代地，RF系统可以被配置用于基于接收的信号强度指示(RSSI)执行基于RF的感测，即基于RSSI的感测。

RSSI和CSI两者都是从在RF信道上传输的RF消息中提取的度量，并且因此是RF消息的函数。RSSI是两个节点之间无线通信链路总体衰减的测量。换句话说，RSSI是当节点开始接收RF消息时节点估计的功率量的粗略测量，即RSSI对应于RF消息的平均功率量。CSI，例如WiFi CSI，表示RF信号如何在发射节点与接收节点之间的RF信道中以某些载波频率沿多个空间路径传播，并且其表示有形实体沿不同频率具有的影响。换句话说，CSI是从用于调制和解调RF消息(例如WiFi RF消息)的子载波中提取的度量。这些子载波表示RF信道本身的频谱的不同部分，其导致与RSSI相比每个RF消息的更多数据点。CSI捕获附近环境的RF特性，因为CSI的幅度和相位受到包括RF信号的幅度衰减和相移的多径效应影响。

多个CSI测量的时间序列捕获RF信号如何在时间、频率和空间域中穿过周围有形实体(例如物理对象和人类)。通过多径信道发射RF信号并使用分析算法(例如人工智能分析算法)来分析多个CSI测量的时间序列可以实现广泛范围的不同无线感测应用。例如，时域中的CSI幅度变化对于不同的人类、活动、姿势等可以具有不同的图案，其可以用于人类存在检测、运动检测、活动识别、姿势识别和人类识别。

在空间域和频域(即发射/接收天线和载波频率)中观察到的CSI相移与信号传输延迟和到达方向有关，这可以用于利用基于RF的感测--除了占用和活动检测之外--还可以用于跨感测区域(例如建筑空间)的人类定位和跟踪。

时域中的CSI相移可以具有不同的主频分量，其例如可以用于在执行基于CSI的感测时估计呼吸率。

由于基于CSI的感测和基于RSSI的感测两者可以依赖于相同的物理无线电，例如如果两者都是从相同协议(例如WiFi)中提取的，并且由于可以对两者分析相同的RF消息以探测感测区域，所以两种基于RF的感测方法的信号传播的物理学可以是相同的，即感测区域内的多径信道不会仅仅因为CSI数据或RSSI数据从无线电中被提取而改变。

此外，基于RSSI的感测和基于CSI的感测两者分析两个节点之间的RF信道的时间序列。与基于RSSI的感测算法相比，基于CSI的感测算法可以从不同的WiFi子载波中每一个提取度量，这些度量可以与感测区域(例如布置在RF系统中的物理建筑空间或RF信号扩散器)的多径特性相关。

CSI幅度和相位受到来自感测区域内多个路径而不是单个RF路径的RF信号的影响。例如，RSSI是由任何RF无线电出于“持家(house-keeping)”目的而自然执行的简单测量。相比之下，为了使用WiFi执行基于CSI的感测，必须首先从由WiFi微控制器提供的测量的原始CSI数据中导出多径信息。例如，20MHz WiFi信道可能有64个CSI子载波频率。由于这些子频率中的每一个与诸如材料对象(例如，房间的砖墙或沙发的装饰)之类的有形实体的相互作用不同，因此对64个子成分如何整体表现的分析(例如它们的相对差异)可以指示感测区域的多径行为。

RF系统可以包括配置用于执行基于RF的感测的第二节点。第二节点可以包括RF信号扩散器。这允许提供改善的RF系统以用于执行基于RF的感测。第二节点可以被配置用于接收多径信道的至少两个路径以用于执行基于RF的感测。在这种情况下，第二节点可以充当接收节点。

RF系统可以包括第三节点，其被配置用于接收多径信道的至少两个路径以用于执行基于RF的感测。在这种情况下，第三节点可以充当接收节点。可替代地或另外，第二节点和/或第一节点可以充当接收节点。第一节点、第二节点和第三节点可以被布置在不同的位置处。

RF系统的节点可以以到它们各自最近邻居节点预定距离被布置在规则网格中。这可以允许提供散射的RF波束的网格，其为基于RF的感测创建丰富的多径环境。相应节点到它们的各自最近邻居节点的预定距离可以对应于节点的相应天线阵列之间的距离。规则网格的节点可以具有预定数量的最近邻居节点。在规则网格的边缘或角落处的节点可以比在规则网格的中心处的节点具有更少数量的最近邻居节点。规则网格可以是例如方形网格。在这种情况下，处于规则网格中心的节点具有四个最近邻居节点，处于边缘的节点具有三个最近邻居节点，并且处于角落的节点具有两个最近邻居节点。可替代地，规则网格可以是例如三角形网格，或者可以具有任何其他规则网格几何形状。规则网格可以是二维(2D)或3D网格。

RF系统的节点中的每一个可以包括RF信号扩散器，其被配置用于在多个方向上反射RF信号，以便基于该RF信号生成用于多径信道的另外的附加路径。这可以允许进一步增加用于多径信道的路径的数量并且可以进一步改善基于RF的感测性能。

节点可以被布置(例如安装)在感测区域(例如房间)的天花板处。节点还可以布置在任何其他高度上，例如安装在墙壁等处。

RF系统可以被配置用于基于例如2.4GHz WiFi或5.925GHz至7.125GHz WiFi(即WiFi6E)执行基于RF的感测。第一节点可以被配置为用于在RF信号扩散器上以无线波束的形式定向发射(例如聚焦)RF信号。RF信号扩散器可以由具有不规则形状的金属制成，并且金属子表面形式的反射元件可以被配置(例如定向)以将RF信号反射到感测区域中的不同方向。以更高的频率执行基于RF的感测允许使用更小的反射元件并且减少第一节点与RF信号扩散器之间的距离，同时使它们保持在彼此的远场中。

在本发明的另一方面中，提出了一种用于操作用于在感测区域中执行基于RF的感测的RF系统的方法。该方法包括以下步骤：

-布置第一节点，其被配置用于发射RF信号，

-布置RF信号扩散器，其被配置用于在多个方向上反射RF信号以便基于距第一节点一段距离的RF信号生成用于多径信道的附加路径；并且配置RF信号扩散器和第一节点，使得多径信道的附加路径中的至少一个具有足够的传输功率以用于在感测区域中执行基于RF的感测，以及

-由RF系统基于包括附加路径中的至少一个的多径信道的至少两个路径来执行基于RF的感测。

该方法可以包括下述步骤中的一个或多个：

-基于RF信号扩散器与第一节点之间的距离选择用于RF信号的传输功率，使得多径信道的附加路径中的至少一个具有足够的传输功率用于执行基于RF的感测，

-以基于RF信号扩散器与第一节点之间的距离选择的传输功率发射RF信号，使得多径信道的附加路径中的至少一个具有足够的传输功率用于执行基于RF的感测，

-由第一节点在RF信号扩散器的方向上定向发射RF信号，

-为RF信号扩散器提供定制形状，该定制形状适于基于感测区域的三维模型优化感测区域中附加路径的分布，

-为RF信号扩散器提供配置用于反射RF信号的多个反射元件，

-提供反射元件中的每一个具有适应于用于执行基于RF的感测的RF信号的波长的尺寸，

-基于RF信号扩散器与第一节点之间的距离、传输角、或距离和传输角，为RF信号扩散器提供反射元件的数量、反射元件的尺寸、反射元件的材料、反射元件的空间取向或其任意组合，

-基于包括啁啾的预定义的RF信号执行基于RF的感测，

-配置RF信号扩散器用于反射第一波长的RF信号且用于吸收第二波长的RF信号，

-提供配置用于利用RF信号扩散器执行基于RF的感测的第二节点，

-将RF系统的节点以到它们各自最近邻居节点预定距离布置在规则网格中，以及

-为节点中的每一个提供RF信号扩散器，该RF信号扩散器被配置用于在多个方向上反射RF信号以便基于RF信号生成用于多径信道的另外的附加路径。

在本发明的另一方面中，提出了一种用于在感测区域中执行基于RF的感测的计算机程序产品。该计算机程序产品包括程序代码构件，用于当该计算机程序产品在处理器上运行时促使处理器实施根据权利要求12、权利要求13的方法或该方法的任何实施例。

在另一方面中，提出了一种存储有权利要求14的计算机程序产品的计算机可读介质。可替代地或另外，计算机可读介质可以具有根据所存储的计算机程序产品的任何实施例的计算机程序产品。

应当理解，权利要求1的RF系统、权利要求12的方法、权利要求14的计算机程序产品以及权利要求15的计算机可读介质具有相似和/或相同的优选实施例，特别是如在从属权利要求中所限定。

应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或上述实施例与相应独立权利要求的任意组合。

本发明的这些和其他方面根据下文描述的实施例将是显然的，并且将参照这些实施例进行阐述。

附图说明

在下面的附图中：

图1示意性且示例性地示出了RF系统的第一实施例；

图2示意性且示例性地示出了RF系统的第二实施例；

图3示意性且示例性地示出了RF系统的第三实施例；

图4示出了用于操作用于执行基于RF的感测的RF系统的方法的实施例。

具体实施方式

图1示意性且示例性地示出了连接的照明(CL)系统100形式的RF系统的第一实施例。

CL系统100包括第一照明器10形式的第一节点、第二照明器10a形式的第二节点以及RF信号扩散器40。在该实施例中，第二照明器10a包括RF信号扩散器40。在其他实施例中，RF信号扩散器也可以与第二照明器分开布置。

CL系统100被布置在感测区域60中。CL系统100的照明器10和10a可以在感测区域60中提供照明。此外，CL系统100可以用于在感测区域60中执行基于RF的感测，以便检测与用户70形式的有形实体相关联的感测事件。感测事件可以包括运动检测、呼吸检测、占用检测或任何其他感测事件。

对于基于RF的感测，例如基于CSI的WiFi感测，期望的是在充当基于RF的感测对的两个节点之间创建尽可能多的空间不同路径。CL系统100可用于增加多径信道的路径数量，因为RF信号扩散器40可以通过反射入射的RF信号生成附加路径。

此外，期望的是，RF信号的传输功率在各种路径间均匀分布，以便实现良好的感测覆盖范围，即通过去除盲点，以及跨感测区域的不同子区域实现一致的感测事件检测，例如占用检测。例如，在具有两个入口的房间形式的感测区域中，跨多径信道的不同路径的非均匀分布的传输功率可能导致基于RF的感测对来自经由第一入口进入的用户的运动比针对第二入口的更敏感。这可能导致入口之间的不一致的检测延迟。跨多径信道的路径非均匀分布的传输功率也可能导致针对与例如心率检测或呼吸检测相关的更先进的基于RF的感测特征的覆盖范围问题。

CL系统100使用RF信号扩散器40以用于在感测区域60的水平处(例如在房间水平处)生成附加路径。可以生成该附加路径，使得它们中的每一个具有用于执行基于RF的感测的足够的传输功率。这允许减少或去除盲点。

在下文中，进一步详细描述CL系统100以及特别地其功能。

第一照明器10充当CL系统100的发射节点并且第二照明器10a充当CL系统100的接收节点。第一照明器10将经由不同路径36和38行进的RF信号30发射到第二照明器10a。在其他实施例中，RF系统还可以包括另外的节点，例如第三节点，并且第三节点可以充当接收节点。

在该实施例中，RF信号扩散器40形成第二照明器10a的外表面。多个反射元件42布置在外表面上，反射元件中的每一个反射RF信号30以便基于RF信号30生成用于多径信道的附加路径，比如附加路径38。在其他实施例中，反射元件中的每一个可以具有适应于用于执行基于RF的感测的RF信号的波长的尺寸。该尺寸可以例如在用于执行基于RF的感测的RF信号的波长的0.1倍和0.2倍之间。反射元件的数量、反射元件的尺寸、反射元件的材料、反射元件的空间取向或其任意组合可以取决于RF信号扩散器与第一节点之间的距离、传输角、或距离和传输角。RF信号扩散器以及特别地反射元件还可以被配置用于反射第一波长或第一波长范围的RF信号并且吸收第二波长或第二波长范围的RF信号。

此外，RF信号扩散器40包括孔44。在其他实施例中，RF信号扩散器的表面中可以包括多于一个孔。

RF信号扩散器40被布置在距第一照明器10的距离50处。在该实施例中，距离50对应于第一照明器10的天线阵列20的端部与RF信号扩散器40的外表面之间的距离。也可以考虑例如发射天线与接收天线之间的其他距离(未示出)。距离50被选择，以使得RF信号扩散器40被布置在第一照明器10的远场中。此外，RF信号扩散器40与第一照明器10之间的距离50被选择且RF信号扩散器40和第一照明器10被配置成使得多径信道的至少一个附加路径具有用于执行基于RF的感测的足够的传输功率。换句话说，第一照明器10和RF信号扩散器40的距离以及另外的配置参数两者都被调适，以使得多径信道的至少一个附加路径(例如附加路径38)具有用于执行基于RF的感测的足够的传输功率。例如，第一照明器10可以以基于RF信号扩散器40与第一照明器10之间的距离50选择的传输功率发射RF信号30，使得附加路径38具有用于执行基于RF的感测的足够的传输功率。

第一照明器10包括控制单元12和通信接口14。第二照明器10a也包括控制单元和通信接口(未示出)。此外，照明器10和10a两者都包括具有用于提供照明的照明元件的照明单元(未示出)。第二照明器10a的照明元件被布置成使得其通过孔44提供光(未示出)。

控制单元12包括处理器16和存储器18形式的计算机可读介质。

控制单元12的存储器18存储用于操作CL系统100的计算机程序产品。计算机程序产品包括程序代码构件，其用于当计算机程序产品在处理器16上运行时促使处理器16实施用于执行基于RF的感测的方法，例如如图4中所示的用于执行基于RF的感测的方法的实施例。存储器18进一步包括计算机程序产品，其用于分别操作第一照明器10和第二照明器10a，以及可选地还操作整个CL系统100，例如用于控制CL系统100的照明器的功能，例如以便执行针对由基于RF的感测检测到的事件做出反应的动作，比如提供照明以及用于执行基于RF的感测。

通信接口14包括天线阵列20和WiFi收发器22形式的收发器。代替天线阵列的是，单个天线、两个天线或任何其他数量的天线也可以被包括在通信接口中。

WiFi收发器22用于发射和接收RF信号，包括基于WiFi的RF消息，即WiFi RF消息。在其他实施例中，通信接口还可以基于一种或多种其他通信协议交换数据，例如Thread、Zigbee、蜂窝无线电、蓝牙、BLE或任何其他通信协议。通信接口还可以包括配置用于基于不同通信协议交换数据的两个或更多个收发器。

通信接口14使用天线阵列20来分别向CL系统100的节点发射RF信号以及从CL系统100的节点接收RF信号，以用于在节点之间无线地交换包括RF消息的数据并且用于执行基于RF的感测。发射的RF信号可以是啁啾RF信号，即它们可以包括预定义的啁啾。

在图1所示的情况下，第一照明器10经由各种路径向第二照明器10a发射RF信号30。图1中示出了由RF信号扩散器40生成的原始路径36和附加路径38。原始路径36包括子路径32和34。原始路径对应于不包括由RF信号扩散器40反射的子路径的RF信号30的路径。附加路径38包括子路径31、33和34。

在下文中，描述第一照明器10如何将RF信号30发射到第二照明器10a以便在CL系统100中执行基于RF的感测。

在该实施例中，第一照明器10在多个方向上发射RF信号30。在其他实施例中，第一节点可以被配置用于例如基于波束成形在RF信号扩散器的方向上定向发射RF信号。从多个方向，示出了子路径31和32。在子路径31中，第一照明器10在RF信号扩散器40的方向上发射RF信号30。RF信号扩散器40在多个方向上反射RF信号30，以便基于RF信号30生成附加路径。从RF信号扩散器40被反射到用户70的子路径33被示出。在子路径32中，第一节点10将RF信号30发射到用户70。

用户70干扰经由子路径32和33接收的RF信号30并且将其沿着子路径34散射。子路径34从用户70延伸到第二照明器10a中的孔44。在孔44中，RF信号30被第二照明器10a的接收天线阵列接收并且被其控制单元分析以用于执行基于RF的感测。

在该实施例中，第二照明器10a的控制单元基于原始路径36和附加路径38执行基于RF的感测。基于由RF信号扩散器生成的附加路径中的至少一个(例如附加路径38)执行基于RF的感测允许改善基于RF的感测性能，例如基于RF的感测灵敏度。在其他实施例中，RF系统可以基于另外的路径、具体地基于包括附加路径中的至少一个的多径信道的至少两个路径执行基于RF的感测。

在其他实施例中，RF信号扩散器可以具有定制形状。定制形状可以适于基于感测区域的3D模型(例如BIM模型)优化感测区域中附加路径的分布。

RF信号扩散器还可以被配置用于提供时变附加路径。例如，RF信号扩散器的形状可以随时间改变，例如周期性地膨胀和收缩，比如针对气球。另外或可替代地，RF信号扩散器还可以沿着轴旋转以用于提供时变附加路径。

图2示出了CL系统200形式的RF系统的第二实施例，该CL系统200用于在房间62中的感测区域60中执行基于RF的感测且用于在房间62中提供照明。在该实施例中，CL系统200包括照明器10形式的第一节点、照明器10a形式的第二节点和照明器10b形式的第三节点。节点10、10a和10b被以到它们各自最近邻居2m的预定距离50a布置在规则网格中。预定距离50a对应于节点的相应天线阵列之间的距离。在其他实施例中，节点可以被以其他预定距离布置。

在该实施例中，第二照明器10a包括RF信号扩散器40a以用于反射由第一照明器10发射的RF信号。在图2中示出的情况下，第一照明器10充当发射节点并且第二照明器10a充当接收节点。

如针对CL系统100所描述，第一照明器10沿着包括原始路径36和附加路径38的多个路径发射RF信号。原始路径包括子路径32和34，而附加路径38包括子路径31、33和34。在图2中示出的情况下，用户70与照明器10a之间的距离52是1.5m。

在下文中，我们评估对RF信号扩散器40a而言促成基于RF的感测所需的条件。换句话说，我们确定由第一照明器10发射的RF信号的传输功率，该传输功率是允许在第二照明器10a处执行基于RF的感测所需的。因此，在下文中，在数学上展示了由第一照明器10发射、由RF信号扩散器40a散射、并且然后由用户70干扰的RF信号最终仍然可以在具有足够的剩余传输功率以允许执行基于RF的感测的第二照明器10a的位置处被接收。

为了计算，做出以下假设，即照明器10、10a和10b是天花板安装的照明器并且它们在相邻照明器之间具有2m的预定距离50a。RF信号扩散器40因此分别布置在发射RF信号的第一照明器10的远场中或第一照明器10的发射天线中。此外，假设第一照明器10以20dBm的传输功率发射RF信号。

下面针对两种不同WiFi通信技术，即2.4GHz和5GHz，列出了第一照明器的传输参数：

参数	2.4GHz处的值	5GHz处的值
			传输频率	2.4GHz	5GHz
传输功率	20dBm	20dBm
			波长	12.5m	6.25m

也可以针对其他通信技术(例如Zigbee等)执行相同的计算。

由于RF信号将被第二照明器中的RF信号扩散器反射，因此RF信号扩散器可以被理解为新类型的发射器，其中传输功率的量由反射RF信号的反射元件的尺寸和传入RF信号到达RF信号扩散器的传输角来确定：

反射元件的尺寸对应于用于执行基于RF的感测的RF信号波长的0.2倍。这允许避免相位失真。假设最坏情况场景传输角。在2m距离处的RF信号扩散器(即作为接收器)的功率密度(Rx)基于天线理论计算确定。在2m距离处的RF信号扩散器(即作为发射器)的功率密度(Tx)基于单站雷达方程确定。

RF信号被RF信号扩散器反射，并且被在距第二照明器1.5m距离处的用户干扰。RF信号被用户反射回来并且返回到达第二照明器以对其进行处理，以便执行基于RF的感测。这意味着，按照与以前相同的方式，RF信号离开用户以：

在1.5m距离处用户(即作为接收器)处的功率密度(Rx)基于天线理论计算确定。来自在1.5m距离用户(即作为发射器)的功率密度(Tx)由单站雷达方程确定。

由用户反射的RF信号最终被第二照明器接收，其中：

接收天线有效区域被假设为全向天线。在1.5m距离处的第二照明器(即作为接收器)的功率密度(Rx)基于天线理论计算确定。

下面将接收到的传输功率与针对示例性集成电路(IC)假设的接收器灵敏度进行比较：

我们可以从该计算推断出：由于由第二照明器接收的RF信号的传输功率高于接收器的灵敏度，因此RF消息可以被第二照明设备正确地解码。换句话说，我们的评估证明RF信号扩散器通过为多径信道提供附加路径促成基于RF的感测。

可以利用节点之间的其他预定距离、以及用户和不同的传输角、以及不同的到达条件来重复上述计算，以便基于第一照明器与RF信号扩散器之间的距离来确定足够用于执行基于RF的感测的第一照明器的传输功率。可替代地，第三照明器10b也可以用作接收节点。

接收节点的控制单元可以基于经由多个路径接收到的RF信号执行基于RF的感测。例如，控制单元可以确定RF信号的信号质量参数，并且特别地确定RF消息的信号质量参数。这允许基于丰富的多径信息执行基于RF的感测。

在另一实施例中，例如，RF系统可以被配置用于基于在RF信号扩散器的方向上定向发射RF信号来执行基于60GHz WiFi的基于RF的感测。这可以允许限制感测区域中的路径的数量并且可以允许减少不同无线信道之间的干扰。

例如，60GHz WiFi可以利用发射节点和/或接收节点的波束成形限制感测区域中路径的数量。在60GHz处，由发射节点的发射天线发出的图案本质上变得更具方向性。此外，与2.4GHz相比，在60GHz处，由于空气中的氧气的高信号吸收，较长距离信号传播变得更加困难。

为了考虑更高的信号吸收，例如为了基于60GHz WiFi执行基于RF的感测，可以使用不提供通信作用的特定RF感测消息，以便提高信噪比(SNR)。使用特定RF感测消息可以允许在没有针对通信消息的传输功率限制的情况下调适传输功率。增加的传输功率可以补偿RF信号扩散器在许多不同的空间方向上分散60GHz RF信号，并且由此可以增加点对点通信上从发射节点到接收节点的可接受的最大路径长度。由于反射元件的尺寸对于60GHz WiFi而言可能比对于2.4GHz WiFi而言更小，因此RF信号扩散器可以是紧凑的，轻松实现反射元件在节点以及特别地在照明器中的不显眼的集成。

图3示出了CL系统300形式的RF系统的第三实施例，用于在房间62中的感测区域60中执行基于RF的感测并且用于在房间62中提供照明。

CL系统300包括第一照明器10、第二照明器10a和第三照明器10b形式的三个节点。照明器10、10a和10b中的每一个包括RF信号扩散器40b以用于在多个方向上反射RF信号，以便基于RF信号生成用于多径信道的另外的附加路径。照明器10、10a和10b被以到它们各自的邻居节点预定距离50a布置在规则网格中。在本实施例中，预定距离50a对应于节点10、10a和10b的天线阵列(未示出)之间的距离，并且预定距离50a是2m。在其他实施例中，节点可以被以到它们各自的邻居节点另一预定距离布置。规则网格可以提供散射的RF波束的网格，其为基于RF的感测创建丰富的多径环境。

在该实施例中，RF信号扩散器40b具有抛物线形状，其中反射元件42布置在RF信号扩散器40b的抛物面上。RF信号扩散器40b具有带有在反射元件42之间的孔44的网格结构，以便允许来自更多方向的RF信号进入RF信号扩散器40。

在其他实施例中，其他RF信号扩散器设计可以用于生成附加路径。RF信号扩散器的形状和尺寸可以被优化以用于生成尽可能多的不同信号反射和信号散射，以便为感测区域中的多径信道提供大量不同的路径。例如，可以应用镜球状结构。分段的照明器集成RF信号扩散器可以例如形成镜球状RF信号扩散器，其反射和/或散射传入RF信号。在其他实施例中，RF感测扩散器可以例如被实现为智能设计的照明器外壳、具有反射元件的筒灯的装饰环、嵌入式安装的筒灯的特殊弹簧结构或专门设计的照明器散热器。

图4示出了用于操作用于在感测区域中执行基于RF的感测的RF系统(例如图1、2或3中所示的CL系统100、200或300中的一个)的方法400的实施例。

在步骤402中，布置照明器形式的第一节点。第一节点被配置用于发射RF信号。

在步骤404中，布置照明器形式的第二节点。第二节点被配置用于接收RF信号。

在步骤406中，配置用于在多个方向上反射RF信号以便基于RF信号生成用于多径信道的附加路径的RF信号扩散器被以到第一节点一定距离布置。此外，在本实施例中，RF信号扩散器以到第二节点相同距离布置。在其他实施例中，RF信号扩散器可以被包括在第二节点中。

在本实施例中，该距离对应于节点的天线阵列与RF信号扩散器的反射表面之间的距离。此外，该距离被选择并且RF信号扩散器以及第一节点和第二节点被配置成使得多径信道的附加路径中的至少一个具有足够的传输功率以用于在感测区域中执行基于RF的感测。

可以可选地提供RF信号扩散器，使得其反射第一波长的RF信号并吸收第二波长的RF信号。例如，为了以这种方式提供RF信号扩散器，可以相应地选择RF信号扩散器的表面的材料。

RF信号扩散器的形状，例如定制形状，可以可选地适于优化感测区域中附加路径的分布。该分布可以基于例如BIM模型或感测区域的任何其他3D模型。3D模型可以包括例如关于形状、尺寸、材料以及感测区域中的固定对象的信息。

RF信号扩散器可以设有多个反射元件，其配置用于反射RF信号以便在多个方向上反射RF信号并且用于生成附加路径。反射元件中的每一个可以被提供适应于用于执行基于RF的感测的RF信号的波长的尺寸，例如在用于执行基于RF的感测的RF信号的波长的0.1倍和0.2倍之间。可替代地或另外，例如可以调适反射元件的取向以便调适由RF信号扩散器生成的附加路径的分布。

可以基于RF信号扩散器与第一节点之间的距离、传输角、或距离和传输角提供反射元件的数量、反射元件的尺寸、反射元件的材料、反射元件的空间取向或其任意组合。

在本实施例中，RF信号扩散器首先布置在第一节点的远场中。然后，基于第一节点与RF信号扩散器之间的距离来选择确保多径信道的附加路径中的至少一个具有用于执行基于RF的感测的足够的传输功率所需的RF信号的传输功率。

在步骤408中，第一节点以选择的传输功率发射RF信号。第一节点可以可选地执行波束成形，例如以便在RF信号扩散器的方向上定向发射RF信号。

RF信号被发射到第二节点，其经由原始路径以及基于与RF信号扩散器相互作用的RF信号生成的附加路径接收RF信号。

在步骤410中，由RF系统基于包括附加路径中至少一个的多径信道的至少两个路径执行基于RF的感测。在该实施例中，第二节点通过分析经由多个原始路径和附加路径接收的RF信号来执行基于RF的感测。

在其他实施例中，基于RF的感测可以基于包括啁啾的预定义的RF信号来执行。因此，第一节点可以将基于RF的感测作为啁啾RF信号、例如作为包括啁啾的RF信号来发射。

另外或可替代地，RF系统可以包括多个节点。RF系统的节点可以以到它们各自最近邻居节点预定距离在规则网格中提供。节点中的每一个可以设有RF信号扩散器，其被配置用于在多个方向上反射RF信号，以便基于RF信号生成用于多径信道的另外的附加路径。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应被认为是说明性或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。例如，有可能的是，在其中RF信号扩散器被用在建筑物管理系统(BMS)、加热通风空调(HVAC)系统或任何其他RF系统中的实施例中操作本发明。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，可以理解并实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求书中，词语“包括”和“包含”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

单个单元、处理器或设备可以完成权利要求书中列举的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施这一事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。

由一个或若干单元或设备执行操作(例如，布置配置用于发射RF信号的第一节点、布置配置用于在多个方向上反射RF信号以便基于与第一节点相距一段距离的RF信号生成用于多径信道的附加路径的RF信号扩散器，以及配置RF信号扩散器和第一节点以使得多径信道的附加路径中的至少一个具有足够的传输功率用于在感测区域中执行基于RF的感测、由RF系统基于包括附加路径中该至少一个的多径信道的至少两个路径执行基于RF的感测、等等)可以由任何其他数量的单元或设备执行。这些操作和/或方法可以被实现为计算机程序的程序代码构件和/或被实现为专用硬件。

计算机程序产品可以存储/分布在适当的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分发，例如经由因特网、以太网或其他有线或无线电信系统。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

本发明涉及一种具有第一节点和RF信号扩散器的RF系统。第一节点被配置用于发射RF信号。RF信号扩散器被配置用于在多个方向上反射RF信号，以便基于RF信号生成用于多径信道的附加路径。RF信号扩散器和第一节点被布置成彼此相距一段距离，并且被配置成使得多径信道的附加路径中的至少一个具有足够的传输功率以用于在感测区域中执行基于RF的感测。RF系统被配置用于基于包括附加路径中的该至少一个的多径信道的至少两个路径来执行基于RF的感测。

Claims (13)

1.一种配置用于在感测区域(60)中执行基于射频的感测的射频系统(100；200；300)，该射频系统(100；200；300)包括：

-第一节点(10)，其被配置用于发射射频信号(30)，以及

-射频信号扩散器(40；40a；40b)，其被配置用于在多个方向上反射所述射频信号(30)以便基于所述射频信号(30)生成用于多径信道的附加路径(38)，

其中所述射频信号扩散器(40；40a；40b)和所述第一节点(10)以彼此相距一段距离(50；50a)被布置在所述射频系统(100；200；300)中，并且被配置成使得所述多径信道的所述附加路径(38)中的至少一个具有足够的传输功率以用于在所述感测区域(60)中执行基于射频的感测，并且

其中所述射频系统(100；200；300)被配置用于基于包括所述附加路径(38)中所述至少一个的所述多径信道的至少两个路径(36，38)执行基于射频的感测；

其中所述射频系统(100；200；300)包括配置用于执行基于射频的感测的第二节点(10a)，并且其中所述第二节点(10a)包括所述射频信号扩散器(40；40a；40b)，并且其中所述节点(10，10a，10b)中的每一个包括射频信号扩散器(40b)，其被配置用于在多个方向上反射所述射频信号(30)以便基于所述射频信号(30)生成用于所述多径信道的另外的附加路径(38)。

2.根据权利要求1所述的射频系统(100；200；300)，其中所述第一节点(10)被配置用于以基于所述射频信号扩散器(40；40a；40b)与所述第一结点(10)之间的距离(50；50a)选择的传输功率发射所述射频信号(30)，使得所述多径信道的所述附加路径(38)中的所述至少一个具有足够的传输功率以用于执行基于射频的感测。

3.根据权利要求1或2所述的射频系统(100；200；300)，其中所述第一节点(10)被配置用于在所述射频信号扩散器(40；40a；40b)的方向上定向地发射所述射频信号。

4.根据权利要求1至3中的至少一项所述的射频系统(100；200；300)，其中所述射频信号扩散器(40；40a；40b)具有定制形状，其适于基于感测区域(60)的三维模型优化所述感测区域(60)中所述附加路径(38)的分布。

5.根据权利要求1至4中的至少一项所述的射频系统(100；200；300)，其中所述射频信号扩散器(40；40a；40b)包括被配置用于反射所述射频信号(30)的多个反射元件(42)，并且所述反射元件(42)中的每一个具有适应于用于执行基于射频的感测的所述射频信号(30)的波长的尺寸。

6.根据权利要求5所述的射频系统(100；200；300)，其中所述反射元件(42)的数量、所述反射元件(42)的尺寸、所述反射元件(42)的材料、所述反射元件(42)的空间取向或其任意组合取决于所述射频信号扩散器(40；40a；40b)与所述第一节点(10)之间的所述距离(50；50a)、传输角、或所述距离(50；50a)和所述传输角。

7.根据权利要求1至6中的至少一项所述的射频系统(100；200；300)，其中所述射频系统(100；200；300)被配置用于基于包括预定义的啁啾的所述射频信号(30)执行基于射频的感测。

8.根据权利要求1至7中的至少一项所述的射频系统(100；200；300)，其中所述射频信号扩散器(40；40a；40b)被配置用于反射第一波长的射频信号(30)并且用于吸收第二波长的射频信号(30)。

9.根据权利要求1所述的射频系统(100；200；300)，其中所述射频系统(100；200；300)的所述节点(10，10a，10b)被以到它们各自的最近邻居节点(10，10a，10b)预定距离(50；50a)布置在规则网格中。

10.一种用于操作用于在感测区域中执行基于射频的感测的射频系统的方法，该方法包括以下步骤：

-布置第一节点，其被配置用于发射射频信号，

-布置射频信号扩散器，其被配置用于在多个方向上反射射频信号以便基于距第一节点一段距离的射频信号生成用于多径信道的附加路径；并且配置所述射频信号扩散器和所述第一节点，使得所述多径信道的所述附加路径中的至少一个具有足够的传输功率以用于在所述感测区域中执行基于射频的感测，以及

-由所述射频系统基于包括所述附加路径中的所述至少一个的所述多径信道的至少两个路径执行基于射频的感测；

其中射频系统(100；200；300)包括配置用于执行基于射频的感测的第二节点(10a)，并且其中所述第二节点(10a)包括所述射频信号扩散器(40；40a；40b)，并且其中所述节点(10、10a、10b)中的每一个包括射频信号扩散器(40b)，其被配置用于在多个方向上反射所述射频信号(30)以便基于所述射频信号(30)生成用于所述多径信道的另外的附加路径(38)。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法包括下述步骤中的一个或多个：

-基于射频信号扩散器与第一节点之间的距离选择用于射频信号的传输功率，使得多径信道的附加路径中的所述至少一个具有足够的传输功率以用于执行基于射频的感测，

-以基于射频信号扩散器与第一节点之间的距离选择的传输功率发射射频信号，使得多径信道的附加路径中的所述至少一个具有足够的传输功率以用于执行基于射频的感测，

-由第一节点在射频信号扩散器的方向上定向发射射频信号，

-为射频信号扩散器提供定制形状，该定制形状适于基于感测区域的三维模型优化感测区域中的附加路径的分布，

-为射频信号扩散器提供配置用于反射射频信号的多个反射元件，

-提供反射元件中的每一个具有适应于用于执行基于射频的感测的射频信号的波长的尺寸，

-基于射频信号扩散器与第一节点之间的距离、传输角、或距离和传输角，为射频信号扩散器提供反射元件的数量、反射元件的尺寸、反射元件的材料、反射元件的空间取向或其任意组合，

-基于包括啁啾的预定义的射频信号执行基于射频的感测，

-配置射频信号扩散器以用于反射第一波长的射频信号且用于吸收第二波长的射频信号，

-提供配置用于利用射频信号扩散器执行基于射频的感测的第二节点，

-将射频系统的节点以到它们各自最近邻居节点预定距离布置在规则网格中，以及

-为节点中的每一个提供射频信号扩散器，该射频信号扩散器被配置用于在多个方向上反射射频信号以便基于射频信号生成用于多径信道的另外的附加路径。

12.一种用于在感测区域(60)中执行基于射频的感测的计算机程序产品，其中所述计算机程序产品包括程序代码构件，其用于当所述计算机程序产品在处理器(16)上运行时促使所述处理器(16)实施根据权利要求10或11的方法。

13.一种计算机可读介质(18)，其存储有权利要求12的计算机程序产品。