本发明涉及通信网络中的感知，尤其涉及从极化信号中提取信息以通过极化感知推断环境信息。
背景技术：
1、移动电信技术发展迅速，已经从以语音为中心的通信使用方式转变为主要以数据为中心的服务使用方式。下一代电信技术将进一步追求增加数据信道容量和增大覆盖范围，以前所未有的规模服务于更多用户，同时还将包括新型服务，例如，感知。
2、传统上，感知技术是通过雷达等专用系统或基于图像处理的系统设计为独立功能的。然而，感知与通信集成的概念最近引起了人们的极大关注。
3、将感知功能和通信功能结合起来的目标是实现互惠互利，前景可期。一方面，通信信号可以用于感知目的，有助于实现高精度定位、活动感知或环境侦察。另一方面，感知功能可以通过实现更好的干扰降低、信道预测或波束控制/聚焦/对准来提高服务质量和通信性能。
4、迄今为止，无线通信信号的波形设计及其处理主要关注于信号在经过天线处理后的质量和电平。这种方法促使人们将包括传播和天线在内的无线信道视为一个黑盒子，通过探测信号(导频)为该黑盒子推断一种模型。目的是获取有助于解码嵌入信息的状态信息。这种策略的重点是经过模数转换器(analogue to digital converter，adc)之前的信噪比。在感知应用中，大量与环境相关的信息被忽略、扭曲或完全被无用信息掩盖。造成这种情况的首要原因是，射频(radio frequency，rf)信号作为三维向量在场域中传播。环境和rf信号之间的所有相互作用都涉及场域(一般是电场)。在无线通信设备中使用的大多数天线中，这些相互作用被削弱，这是因为这些相互作用被转换为由电流或电压表示的单维信号。
5、为无线通信设备配备感知应用需要硬件和算法工具来测量入射电场。极化是实现这类应用的重要能力。
6、这类感知能力一般都嵌入到特定的图像设置中，或嵌入到部署在位置和方位上可控的装置中。
7、许多现有技术都依赖于用于控制无线电波发射和接收天线的极化模式的设备，以产生足够的极化分集状态来检测两个设备之间是否存在视距。因此，这类技术需要特定的硬件支持和配置，才能在极化模式之间切换，而且必须以不同的极化模式发射多个信号，才能达到所需的极化分集状态。
8、由于大多数商业现货(consumer off-the-shelf，cots)无线设备都具有固定的极化辐射，因此这类方法只能有益于一小部分无线设备。
9、一般而言，将新的感知功能集成到无线通信设备中会对生产成本、运行时能耗产生不利影响，从而影响感知或通信的性能。
10、因此，cots无线通信设备一般无法实现极化感知。这种功能通常使用专用设备和设置来实现，其中，位置和方位是固定的，或者需要专用硬件组件来执行极化感知。
11、移动设备一般不具备这类功能，因为这类设备可以放置在任何位置和任何方位上。
12、希望开发出一种解决这类问题的方法。
技术实现思路
1、根据第一方面，提供了一种接收器。所述接收器用于：接收极化电磁辐射、发射所述极化电磁辐射的发射器的方位的指示以及所述发射器的极化配置，其中，所述接收器具有已知方位和极化配置；根据所述接收器的所述极化配置、所述发射器的所述极化配置、所述接收器的所述已知方位和所述发射器的所述方位中的至少一个，将所述极化电磁辐射变换到参考坐标系以形成变换后的信号；向处理器发送所述参考坐标系、所述发射器的所述方位、所述接收器的所述方位、所述发射器的所述极化配置和所述接收器的所述极化配置中的至少一个的指示以及所述变换后的信号，其中，所述处理器用于推断所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的一条或多条路径的信息。
2、根据另一方面，提供了一种发射器。所述发射器用于：向接收器发射极化电磁辐射；从所述接收器接收测量到的极化信号、所述接收器的方位的指示以及所述接收器的极化配置，其中，所述发射器具有已知方位和极化配置；根据所述接收器的所述极化配置、所述发射器的所述极化配置、所述接收器的所述方位和所述发射器的所述方位中的至少一个，将所述测量到的极化信号变换到参考坐标系以形成变换后的信号；向处理器发送所述参考坐标系、所述发射器的所述方位、所述接收器的所述方位、所述发射器的所述极化配置和所述接收器的所述极化配置中的至少一个的指示以及所述变换后的信号，其中，所述处理器用于推断所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的一条或多条路径的信息。
3、这样可以在各种设备(包括那些不具备多极辐射的单极化配置设备)上实现极化感知，而且可以不需要事先了解环境的几何结构。这项技术有多种应用，包括视距路径区分、物体检测和反射表面的材料识别。
4、所述极化电磁辐射的所述一条或多条路径的所述信息可以包括所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的所述路径中的一条或多条路径上存在障碍物的指示和/或所述障碍物的一种或多种材料的成分和/或属性的指示。这样可以实现视距路径区分、物体检测和/或反射表面的材料识别。
5、所述发射器的所述方位和所述接收器的所述方位可以是相对于公共向量确定的。例如，所述公共向量可以是地球中心方向上的一个向量。
6、所述接收器的所述方位和/或所述发射器相对于所述接收器的所述方位可以是固定的。例如，所述接收器和/或所述发射器可以是静态的。它们可以放置在固定的建筑物或塔楼上。所述接收器和/或所述发射器可以是电信网络中的基站。这样可以在现有通信网络中实现该项技术。
7、所述接收器可以用于向所述发射器发送所述变换后的信号以供所述处理器处理。这样，所述处理器可以从所述变换后的信号中推断环境信息。可替代地，所述接收器可以用于向远程设备发送所述变换后的信号以供所述处理器处理。所述接收器可以包括收发器，所述收发器用于向所述处理器发射所述变换后的信号。可替代地，所述接收器可以包括所述处理器，所述接收器可以推断所述信息。
8、所述接收器和所述发射器都可以是基站、用户设备和具有通信功能的飞行器中的一个。这样，该项技术可以用于各种不同的网络配置，包括静态端点或移动端点。
9、所述接收器可以用于接收所述发射器的请求，以接收所述发射器发射的所述极化电磁辐射。所述接收器可以用于响应于接受所述请求而接收所述极化电磁辐射。这样，所述接收器可以进入一种感知模式，在这种模式下，所述接收器预测来自所述发射器的感知信号。
10、所述接收器还可以用于接收一个或多个信号，其中，所述一个或多个信号包括所述极化电磁辐射、所述发射器的所述方位的所述指示以及所述发射器的所述极化配置的所述指示，所述一个或多个信号还包括一个或多个传输参数。这样，所述接收器可以获知所述发射器的传输参数。
11、所述一个或多个传输参数可以包括所述一个或多个信号的频率信道和所述一个或多个信号的选定带宽中的一个或多个。这样，所述接收器可以在合适带宽的合适信道上接收所述极化电磁辐射。
12、所述一个或多个信号可以是射频信号。这样可以在多个设备用于发射和/或接收射频信号的电信网络中使用该方法。
13、所述接收器还可以用于计算一种用于变换后续从所述发射器接收到的极化电磁辐射的模型。这样可以提高感知流程的效率。
14、所述接收器可以包括用于确定所述接收器的所述已知方位的至少一个方位传感器。例如，所述接收器可以包括陀螺仪。这可能是一种便捷的实现方式，因为这类方位传感器是移动电话和其它用户设备中的常见组件。
15、根据又一方面，提供了一种在具有已知方位和极化配置的接收器处实现的方法。所述方法包括：接收极化电磁辐射、发射所述极化电磁辐射的发射器的方位的指示以及所述发射器的极化配置；根据所述接收器的所述极化配置、所述发射器的所述极化配置、所述接收器的所述已知方位和所述发射器的所述方位中的至少一个，将所述极化电磁辐射变换到参考坐标系以形成变换后的信号；向处理器发送所述参考坐标系、所述发射器的所述方位、所述接收器的所述方位、所述发射器的所述极化配置和所述接收器的所述极化配置中的至少一个的指示以及所述变换后的信号，其中，所述处理器用于推断所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的一条或多条路径的信息。
16、根据又一方面，提供了一种在具有已知方位和极化配置的发射器处实现的方法。所述方法包括：向接收器发射极化电磁辐射；从所述接收器接收测量到的极化信号、所述接收器的方位的指示以及所述接收器的极化配置；根据所述接收器的所述极化配置、所述发射器的所述极化配置、所述接收器的所述方位和所述发射器的所述方位中的至少一个，将所述测量到的极化信号变换到参考坐标系以形成变换后的信号；向处理器发送所述参考坐标系、所述发射器的所述方位、所述接收器的所述方位、所述发射器的所述极化配置和所述接收器的所述极化配置中的至少一个的指示以及所述变换后的信号，其中，所述处理器用于推断所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的一条或多条路径的信息。
17、这些方法可以在各种设备(包括那些不具备多极辐射的单极化配置设备)上实现极化感知，而且可以不需要事先了解环境的几何结构。
18、根据又一方面，提供了一种处理器。所述处理器用于处理来自接收器的数据，其中，所述数据包括变换后的信号，所述变换后的信号是通过根据所述接收器的方位、发射器的方位、所述接收器的极化配置和所述发射器的极化配置中的至少一个，将所述接收器从所述发射器接收到的极化电磁辐射变换到参考坐标系而形成的，以推断所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的一条或多条路径的信息。
19、所述极化电磁辐射的所述一条或多条路径的所述信息可以包括所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的所述路径中的一条或多条路径上存在障碍物的指示和/或所述障碍物的一种或多种材料的成分和/或属性的指示。这样可以实现视距路径区分、物体检测和/或反射表面的材料识别。
20、所述处理器用于将所述变换后的信号分解为两条或两条以上路径，并且估计所述变换后的信号的每条路径的极化，以推断所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的所述路径的信息。
21、所述处理器用于计算所述极化电磁辐射的一条或多条路径中的每条路径相对于所述发射器发射的极化的去极化程度，并且根据所述去极化程度推断环境信息。极化电磁辐射在与不同材料相互作用和/或在不同角度从物体反射出来时，可能会发生不同程度的去极化。因此，通过计算极化程度，所述处理器可以有效地推断环境信息。
22、所述处理器还可以用于形成所述发射器和所述接收器之间的环境地图。例如，通过这种地图，移动设备可以避免与周围环境中的障碍物发生碰撞。
23、所述处理器可以用于估计所述变换后的信号中的电场极化方向垂直于入射平面的分量(即对于所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的所述路径上的障碍物而言)与所述变换后的信号中的电场极化方向平行于所述入射平面的分量之比(即所述变换后的信号的s极化与p极化之比)。这样，所述处理器可以推断所述接收器和所述发射器周围的环境信息，包括环境中反射物体的材料。
24、所述处理器可以用于向存储介质发送所述推断出的信息以及一个或多个对应标签。所述一个或多个对应标签可以包括捕获时间、路径标识、障碍物存在和性质、到达角和相对延迟中的一个或多个。这样，所述处理器可以有效地绘制环境。
25、所述处理器位于所述接收器、所述发射器以及远离所述接收器和所述发射器的位置中的一个中。这样可以实现处理灵活性。
26、根据又一方面，提供了一种在处理器处实现的方法。所述方法包括：处理来自接收器的数据，其中，所述数据包括变换后的信号，所述变换后的信号是通过根据所述接收器的方位、所述发射器的方位、所述接收器的极化配置和所述发射器的极化配置，将所述接收器从发射器接收到的极化电磁辐射变换到参考坐标系而形成的，以推断所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的一条或多条路径的信息。
27、根据又一方面，提供了一种通信系统。所述通信系统包括：发射器，用于发射极化电磁辐射、所述发射器的方位的指示以及所述发射器的极化配置的指示；接收器，具有已知方位和极化配置，并且用于接收所述极化电磁辐射、所述发射器的所述方位的所述指示以及所述发射器的所述极化配置的所述指示；一个或多个处理器，用于：根据所述接收器的所述极化配置、所述发射器的所述极化配置、所述接收器的所述已知方位和所述发射器的所述方位中的至少一个，将所述接收器接收到的所述极化电磁辐射变换到参考坐标系以形成变换后的信号；根据所述参考坐标系、所述发射器的所述方位、所述接收器的所述方位、所述发射器的所述极化配置和所述接收器的所述极化配置的指示中的至少一个，处理所述变换后的信号以推断所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的一条或多条路径的信息。
28、所述接收器可以包括所述一个或多个处理器，和/或所述发射器可以包括所述一个或多个处理器。可替代地或此外，所述一个或多个处理器可以位于远离所述发射器和所述接收器的实体中。这样可以在变换辐射和推断环境信息方面实现处理灵活性。
29、所述接收器的所述方位可以是绝对方位。所述发射器的所述方位可以是绝对方位。
30、所述接收器的所述方位可以是相对方位。所述方位可以相对于所述接收器在接收前一信号时的方位来测量。所述发射器的所述方位可以是相对方位。所述方位可以相对于所述发射器在发射前一信号时的方位来测量。
31、所述接收器和所述发射器可以是通信网络中的无线设备。通过启用极化感知，通信网络中的无线设备可以具备更强的能力来测量电场域中的射频传播路径。这样可以在各种设备(包括那些不具备多极辐射的单极化配置设备)上实现极化感知，而且可以不需要事先了解环境的几何结构。
32、根据又一方面，提供了一种存储有计算机可读指令的计算机可读存储介质。所述计算机可读指令在由计算机系统执行时，使得所述计算机系统执行上述方法。所述计算机系统可以包括一个或多个处理器。所述计算机可读存储介质可以是非瞬时性计算机可读存储介质。
1.一种接收器(602、902)，其特征在于，用于：
2.根据权利要求1所述的接收器(602、902)，其特征在于，所述极化电磁辐射的所述一条或多条路径的所述信息包括所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的所述路径中的一条或多条路径上存在障碍物的指示和/或所述障碍物的一种或多种材料的成分和/或属性的指示。
3.根据权利要求1或2所述的接收器(602、902)，其特征在于，所述发射器的所述方位和所述接收器的所述已知方位是相对于公共向量确定的。
4.根据上述权利要求中任一项所述的接收器(602)，其特征在于，所述接收器的所述方位和/或所述发射器相对于所述接收器的所述方位是固定的。
5.根据上述权利要求中任一项所述的接收器(602、902)，其特征在于，
6.根据上述权利要求中任一项所述的接收器(602、902)，其特征在于，
7.根据权利要求5或6所述的接收器(602、902)，其特征在于，所述接收器包括收发器，所述收发器用于向所述处理器发射所述变换后的信号。
8.根据上述权利要求中任一项所述的接收器(602、902)，其特征在于，所述接收器和所述发射器都是基站、用户设备和具有通信功能的飞行器中的一个。
9.根据上述权利要求中任一项所述的接收器(602、902)，其特征在于，所述接收器用于接收所述发射器的请求，以接收所述发射器发射的所述极化电磁辐射；
10.根据上述权利要求中任一项所述的接收器(602、902)，其特征在于，
11.根据权利要求10所述的接收器(602、902)，其特征在于，所述一个或多个传输参数包括所述一个或多个信号的频率信道和所述一个或多个信号的选定带宽中的一个或多个。
12.根据权利要求10或11所述的接收器(602、902)，其特征在于，所述一个或多个信号是射频信号。
13.根据上述权利要求中任一项所述的接收器(602、902)，其特征在于，
14.根据上述权利要求中任一项所述的接收器(602、902)，其特征在于，所述接收器包括用于确定所述接收器的所述方位的至少一个方位传感器。
15.根据上述权利要求中任一项所述的接收器(602、902)，其特征在于，所述接收器的所述方位和所述发射器的所述方位是绝对方位或相对方位。
16.一种在具有已知方位和极化配置的接收器(602、902)处实现的方法(1300)，其特征在于，所述方法包括：
17.一种处理器(501、551)，其特征在于，用于处理来自接收器(602、902)的数据，其中，所述数据包括变换后的信号，所述变换后的信号是通过根据所述接收器的方位、发射器(601、901)的方位、所述接收器的极化配置和所述发射器的极化配置中的至少一个，将所述接收器从所述发射器接收到的极化电磁辐射变换到参考坐标系而形成的，以推断所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的一条或多条路径的信息。
18.根据权利要求17所述的处理器(501、551)，其特征在于，所述极化电磁辐射的所述一条或多条路径的所述信息包括所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的所述路径中的一条或多条路径上存在障碍物的指示和/或所述障碍物的一种或多种材料的成分和/或属性的指示。
19.根据权利要求17或18所述的处理器(501、551)，其特征在于，
20.根据权利要求17至19中任一项所述的处理器(501、551)，其特征在于，
21.根据权利要求17至20中任一项所述的处理器(501、551)，其特征在于，
22.根据权利要求17至21中任一项所述的处理器(501、551)，其特征在于，
23.根据权利要求17至22中任一项所述的处理器(501、551)，其特征在于，
24.根据权利要求23所述的处理器(501、551)，其特征在于，所述一个或多个对应标签包括捕获时间、路径标识、障碍物存在和性质、到达角和相对延迟中的一个或多个。
25.根据权利要求17至24中任一项所述的处理器(501、551)，其特征在于，所述处理器位于所述接收器、所述发射器以及远离所述接收器和所述发射器的位置中的一个中。
26.根据权利要求17至25中任一项所述的处理器(501、551)，其特征在于，所述接收器的所述方位和所述发射器的所述方位是绝对方位或相对方位。
27.一种在处理器(501、551)处实现的方法，其特征在于，所述方法包括：处理来自接收器(602、902)的数据，其中，所述数据包括变换后的信号，所述变换后的信号是通过根据所述接收器的方位、发射器(601、901)的方位、所述接收器的极化配置和所述发射器的极化配置，将所述接收器从所述发射器接收到的极化电磁辐射变换到参考坐标系而形成的，以推断所述极化电磁辐射在所述发射器和所述接收器之间的一条或多条路径的信息。
28.一种发射器(601、901)，其特征在于，用于：
29.一种在具有已知方位和极化配置的发射器(601、901)处实现的方法(1400)，其特征在于，所述方法包括：
30.一种通信系统，其特征在于，包括：
31.一种存储有计算机可读指令的计算机可读存储介质(502、552)，其特征在于，所述计算机可读指令在由计算机系统执行时，使得所述计算机系统执行根据权利要求16、27或29所述的方法。
