本發(fā)明屬于通信技術領域，尤其涉及一種可配置的全雙工無線網絡雷達通信系統(tǒng)。

背景技術：

目前，無線局域網通信技術被廣泛應用于各領域。無線局域網是通過路由器架構而成的網絡，這種網絡可以提供基于存取點的互聯(lián)網及網絡設備的連接。此外，目前也有不需要無線網絡接入點而實現(xiàn)的無線點對點通訊(Point-to-Point，P2P)。無線局域網通用的標準是802.11，它是由國際電機電子工程學會(IEEE)所定義的無線網絡通信的標準，目前市場上比較通用的是傳播在2.4GHz頻段的802.11b和802.11g，傳播在2.4GHz和5GHz頻段的802.11n和802.11ac，以及傳播在60GHz的802.11ad。

隨著無線局域網通信技術的發(fā)展，無線定位技術也有了應用的空間。通過無線定位技術，可以實現(xiàn)移動物體之間的智能防撞。例如，通過對自動駕駛汽車或無人駕駛汽車、無人機或機器人等移動物體之間的測距，避免移動過程中碰撞的發(fā)生。在采用802.11標準的無線局域網通信中，信號的發(fā)射和接收均使用同樣的頻率，因此，對于傳統(tǒng)的采用半雙工的通信方式，發(fā)射和接收不會同時工作，導致頻帶利用率低，達不到最好吞吐量且通信速度相對較慢，使得其實用性受限。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種可配置的全雙工無線網絡雷達通信系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的無線網絡通信系統(tǒng)采用半雙工的通信方式，發(fā)射和接收不同時工作，導致頻帶利用率低，達不到最好吞吐量且通信速度相對較慢的問題。

本發(fā)明實施例提供了一種可配置的全雙工無線網絡雷達通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個收發(fā)模塊，所述收發(fā)模塊的發(fā)射機和接收機各配置有獨立的數(shù)字處理模塊、自干擾消除天線、模擬自干擾消除模塊和數(shù)字自干擾消除模塊，所述收發(fā)模塊的發(fā)射機配置耦合器，且所述收發(fā)模塊的接收機混頻器配置開關；

所述收發(fā)模塊可配置，包括所述收發(fā)模塊采用的信號類型、信號處理方式、工作模式、天線的配置方式和天線的波束成型方式可配置；

當所述收發(fā)模塊工作在通信模式和第一種雷達模式時，所述接收機的接收信號經過所述模擬自干擾消除模塊與所述收發(fā)模塊的本振信號混頻，將所述接收信號轉化成基帶信號，所述基帶信號經過所述數(shù)字自干擾消除模塊再做解調，以同時實現(xiàn)信號的發(fā)送和接收；

當所述收發(fā)模塊工作在第二種雷達模式時，所述發(fā)射機的發(fā)射信號中的一部分耦合到所述接收機，并與所述接收機的接收信號混頻，以同時實現(xiàn)信號的發(fā)送和接收。

可選地，所述雷達信號包括：直接序列相位調制信號，跳頻擴頻調制信號，連續(xù)波信號或者連續(xù)波頻率調制信號；

所述系統(tǒng)擁有唯一的偽隨機噪聲編碼，用于通過該偽隨機噪聲編碼區(qū)分所述系統(tǒng)的反射信號與來自其它系統(tǒng)的信號。

可選地，所述系統(tǒng)包括一個所述收發(fā)模塊，所述收發(fā)模塊的工作頻率包括2.4GHz、5GHz或60GHz。

可選地，所述收發(fā)模塊根據(jù)外部環(huán)境條件、距離和速度的測量結果，在所述通信模式和兩種雷達模式之間切換，所述通信模式實時發(fā)送雷達測試結果。

可選地，所述系統(tǒng)包括第一所述收發(fā)模塊和第二所述收發(fā)模塊，

第一所述收發(fā)模塊和第二所述收發(fā)模塊同時工作在2.4GHz、5GHz或60GHz。

可選地，所述系統(tǒng)根據(jù)外部環(huán)境條件、距離和速度的測量結果，在所述通信模式和兩種雷達模式之間切換，所述通信模式實時發(fā)送雷達測試結果：

第一所述收發(fā)模塊工作在通信模式，同時第二所述收發(fā)模塊也工作在通信模式；或者，

第一所述收發(fā)模塊工作在通信模式，同時第二所述收發(fā)模塊工作在雷達模式；或者，

第一所述收發(fā)模塊工作在雷達模式，同時第二所述收發(fā)模塊也工作在雷達模式。

可選地，當?shù)谝凰鍪瞻l(fā)模塊工作在通信模式，同時第二所述收發(fā)模塊工作在雷達模式時，

第二所述收發(fā)模塊優(yōu)先進行工作頻率選擇，且第一所述收發(fā)模塊在進行工作頻率選擇時避名免選擇第二所述收發(fā)模塊使用的工作頻率。

可選地，所述系統(tǒng)包括兩個或兩個以上的所述收發(fā)模塊，其中，至少一個所述收發(fā)模塊工作在2.4GHz，同時至少一個所述收發(fā)模塊工作在5GHz。

可選地，第三所述收發(fā)模塊和第四所述收發(fā)模塊工作在通信模式，同時第五所述收發(fā)模塊和第六所述收發(fā)模塊也工作在通信模式；或者，

第三所述收發(fā)模塊和第四所述收發(fā)模塊工作在通信模式，同時第五所述收發(fā)模塊和第六所述收發(fā)模塊工作在雷達模式；或者，

第三所述收發(fā)模塊和第四所述收發(fā)模塊工作在雷達模式，同時第五所述收發(fā)模塊和第六所述收發(fā)模塊也工作在雷達模式。

可選地，所述系統(tǒng)根據(jù)外部環(huán)境條件、距離和速度測量結果，在所述通信模式和兩種雷達模式之間切換，所述通信模式實時發(fā)送雷達測試結果；

若第三所述收發(fā)模塊和第四所述收發(fā)模塊工作在通信模式，同時第五所述收發(fā)模塊和第六所述收發(fā)模塊工作在雷達模式，則通過第三所述收發(fā)模塊和第四所述收發(fā)模塊實時發(fā)送當前的雷達測試結果。

可選地，所述系統(tǒng)包括工作在毫米波的收發(fā)模塊和工作在厘米波的所述收發(fā)模塊；

所述工作在毫米波的收發(fā)模塊天線陣的每個單元都包括接收移相器、發(fā)射移相器、發(fā)射放大器、接收低噪聲放大器和一個收發(fā)開關。

可選地，所述系統(tǒng)根據(jù)外部環(huán)境條件、距離和速度測量結果，在所述通信模式和兩種雷達模式之間切換，所述通信模式實時發(fā)送雷達測試結果：

工作在厘米波的所述收發(fā)模塊工作在通信模式或所述第一種雷達模式，其接收信號與本振混頻，并啟動所述模擬自干擾消除模塊和所述數(shù)字自干擾消除模塊；工作在毫米波的收發(fā)模塊的有源相控陣天線進入多發(fā)射和多接收波束成形掃描，不同發(fā)射波束對或接收波束對的信號相差180度；或者，

工作在厘米波的所述收發(fā)模塊工作在所述第二種雷達模式，其與耦合過來的反射信號混頻；工作在毫米波的收發(fā)模塊的有源相控陣天線進入單發(fā)射和單接收波束成形掃描，實現(xiàn)雷達同時收發(fā)。

可選地，所述系統(tǒng)包括工作在2.4GHz，5GHz以及工作在60GHz的三個所述收發(fā)模塊，

三個所述收發(fā)模塊在所述通信模式和兩種雷達模式之間切換。

本發(fā)明實施例提供的可配置的全雙工無線網絡雷達通信系統(tǒng)為基于802.11協(xié)議且能支持MIMO的獨立多收發(fā)模塊的系統(tǒng)，具備全雙工同時收發(fā)功能，能夠工作在通信模式及多種雷達模式，使得移動物體可以通過這個系統(tǒng)測量其它物體的距離和速度并通過這個系統(tǒng)與其它物體交換信息，以實現(xiàn)自動駕駛或無人車、無人機相互之間的智能防撞。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案一的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的天線配置方式示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)的信號流程圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案一的工作流程圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案二的結構示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案二通信模式和雷達模式并存時的工作流程圖；

圖7是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案三的結構示意圖；

圖8是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案三的工作流程圖；

圖9是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案四的結構示意圖；

圖10是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案四的天線示意圖；

圖11是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案四的天線示意圖；

圖12是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案四的工作流程圖圖；

圖13是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案四的工作流程圖圖；

圖14是本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)的應用示例圖。

具體實施方式

以下描述中，為了說明而不是為了限定，提出了諸如特定系統(tǒng)結構、技術之類的具體細節(jié)，以便透徹理解本發(fā)明實施例。然而，本領域的技術人員應當清楚，在沒有這些具體細節(jié)的其它實施例中也可以實現(xiàn)本發(fā)明。在其它情況中，省略對眾所周知的系統(tǒng)、裝置、電路以及方法的詳細說明，以免不必要的細節(jié)妨礙本發(fā)明的描述。

在傳統(tǒng)的無線局域網通信系統(tǒng)中，發(fā)射端和接收端由于不同時工作，通過開關共享一個天線且共享基帶數(shù)字處理模塊，而在本發(fā)明實施例中，對上述傳統(tǒng)的無線局域網通信系統(tǒng)進行基帶和射頻的改造，并在傳統(tǒng)的半雙工方式上加入自干擾消除方案，從而減少發(fā)射端和接收端之間的信號干擾，實現(xiàn)同時同頻全雙工的方式。

所述系統(tǒng)包括至少一個收發(fā)模塊，所述收發(fā)模塊的發(fā)射機和接收機各配置有獨立的數(shù)字處理模塊、自干擾消除天線、模擬自干擾消除模塊和數(shù)字自干擾消除模塊，所述收發(fā)模塊的發(fā)射機配置耦合器，且所述收發(fā)模塊的接收機混頻器配置開關；

所述收發(fā)模塊可配置，包括所述收發(fā)模塊采用的信號類型、信號處理方式、工作模式、天線的配置方式和天線的波束成型方式可配置；

當所述收發(fā)模塊工作在通信模式和第一種雷達模式時，所述接收機的接收信號經過所述模擬自干擾消除模塊與所述收發(fā)模塊的本振信號混頻，將所述接收信號轉化成基帶信號，所述基帶信號經過所述數(shù)字自干擾消除模塊再做解調，以同時實現(xiàn)信號的發(fā)送和接收；

當所述收發(fā)模塊工作在第二種雷達模式時，所述發(fā)射機的發(fā)射信號中的一部分耦合到所述接收機，并與所述接收機的接收信號混頻，以同時實現(xiàn)信號的發(fā)送和接收。

具體地，該無線網絡通信系統(tǒng)可以工作在通信模式和雷達模式，且在雷達模式中，系統(tǒng)可以發(fā)射四種信號，分別是直接序列相位調制信號(Spread Spectrum，SS)、跳頻擴頻調制信號(Frequency Hopping，F(xiàn)H)、多個連續(xù)波信號(Continuous Wave，CW)和連續(xù)波頻率調制信號(Frequency Modulated Continuous Wave，F(xiàn)MCW)。在本發(fā)明實施例中，直接序列相位調制信號或跳頻擴頻調制信號與通信模式共享同樣的射頻電路，這是因為現(xiàn)有的無線網線通信系統(tǒng)在通信時采用的就是上述調制方式。此外，在本發(fā)明實施例中，為每一個獨立的無線網絡通信系統(tǒng)均設定一個唯一的偽隨機噪聲編碼，用于通過該偽隨機噪聲編碼區(qū)分所述系統(tǒng)的反射信號與來自其它系統(tǒng)的信號。

在本發(fā)明實施例中，當系統(tǒng)工作在雷達模式時，存在兩種不同的雷達模式：

在此，稱第一種雷達模式為抗干擾雷達模式，在該模式中，同模塊的接收信號可先經過模擬自干擾消除模塊然后與同模塊的本振信號混頻，將射頻信號轉化成基帶信號，基帶信號經過模數(shù)轉換器在數(shù)字域先經過數(shù)字自干擾消除模塊再做解調，最終得到系統(tǒng)特有的偽隨機編碼，然后與發(fā)射端基帶相同的偽隨機編碼進行自相關計算得到距離和速度信息。

稱第二種雷達模式為普通雷達模式，在該模式中，將發(fā)射信號的一部分通過發(fā)射機的天線發(fā)射出去，發(fā)射信號的另一部分耦合到接收機，和接收信號直接通過同模塊的混頻器混頻，不再需要本振，同模塊的發(fā)射信號耦合到同模塊的接收信號，經過低噪聲放大器與混頻器，混頻器輸出的差頻信號經過低通濾波器再經過模數(shù)轉換器，最終在數(shù)字域做傅立葉變換得到頻率和相位信息，通過頻率和相位即可以算出距離和速度信息。

如上文所述，在雷達模式中，系統(tǒng)可以發(fā)射四種信號，在抗干擾雷達模式中，發(fā)射機會發(fā)射直接序列相位調制信號或跳頻擴頻調制信號，可以用于復雜的環(huán)境測試；在普通雷達模式中，發(fā)射機會發(fā)射多個連續(xù)波信號或連續(xù)波頻率調制信號，可以用于近距離簡單環(huán)境測試。在本發(fā)明實施例中，選擇這四種信號是因為目前的無線局域網通信系統(tǒng)已經可以發(fā)射這四種信號，而在本發(fā)明實施例中是著重于對接收端的改造。

關于本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)，基于相同的收發(fā)模塊結構，可設計有四種不同的工作方案，以下對這四種工作方案的系統(tǒng)結構及其工作方式進行詳細闡述：

(一)第一種工作方案

第一種工作方案為單頻單模塊，此時，無線網絡通信系統(tǒng)為單頻、全雙工、單輸入單輸出的系統(tǒng)，且所述單頻可以是包括2.4GHz、5GHz或60GHz等在內的用于支持無線通信的任何頻率。

圖1示出了本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案一的結構示意圖，為了便于說明，僅示出了與本實施例相關的部分。

在圖1對應的系統(tǒng)結構中，作為一個獨立的收發(fā)模塊，其發(fā)射機和接收機工作在同一頻率，系統(tǒng)可以交替工作在雷達模式和通信模式中。

當系統(tǒng)工作在通信模式和抗干擾雷達模式時，這兩種工作模式共享同樣的射頻電路，發(fā)射機發(fā)射的信號由基帶1的信號調制模塊2輸出，依次通過數(shù)模轉換器3及放大器4，再經過混頻器5和本振11的混頻后生成載波信號，輸出到載波放大器6，載波放大器6輸出的載波信號通過天線發(fā)射出去，這與傳統(tǒng)的無線網絡通信系統(tǒng)收發(fā)模塊中發(fā)射機部分的結構和工作原理一致。與此同時，來自天線的接收信號和經過模擬自干擾消除模塊17的信號混頻后，在載波低噪聲放大器8放大，并在經過混頻器9和本振11混頻后，依次經過放大器12和數(shù)模轉換器13，從數(shù)模轉換器13輸出，與此同時，在基帶1中通過數(shù)字自干擾消除模塊15對信號調制模塊2輸出的信號進行干擾消除，最終從數(shù)模轉換器13輸出的信號在基帶1中的接收信號處理模塊14中進行信號解調。

在普通雷達模式中，發(fā)射機發(fā)射的多個連續(xù)波信號或連續(xù)波頻率調制信號會耦合到接收機，同時，接收機接收到的信號通過天線輸入到低噪聲放大器8，在經過在開關10將耦合器7耦合過來的發(fā)射信號和混頻器9混頻后，進入低噪放大器12，并經過模數(shù)轉換器13在基帶1進行相位檢測和傅立葉變換得到相位和頻率信息。

在圖1對應的系統(tǒng)結構中，上述兩種雷達模式是通過時分雙工的方式分享基帶射頻電路和天線，且這兩種雷達模式在一定的時間內交替切換。

作為本發(fā)明的一個實施例，對應于圖1所示的系統(tǒng)結構，上文所提及的天線可以有五種配置方式，如圖2所示：

配置方式一：通過180度相移器23和功分器22，發(fā)射端分為兩個天線，即發(fā)射天線18和20，這兩個發(fā)射天線與接收天線19之間均是等距的。

配置方式二：接收天線24和26通過180度相移器30和功率合成器29相接合，這兩個接收天線與發(fā)射天線25之間均是等距的。

配置方式三：發(fā)射天線31和33與接收天線32之間是不等距的，這兩個發(fā)射天線與接收天線32的距離差(即發(fā)射天線31與接收天線32的距離34，以及發(fā)射天線33與接收天線32的距離35，上述兩個距離的差值)是半個波長。

配置方式四：接收天線37和39與發(fā)射天線38之間是不等距的，這兩個發(fā)射天線與發(fā)射天線38的距離差(即發(fā)射天線37與接收天線38的距離40，以及發(fā)射天線39與接收天線38的距離41，上述兩個距離的差值)是半個波長。

配置方式五：發(fā)射天線43和45與接收天線46和44之間均是等距的，通過180度相移器49和功分器48，發(fā)射端分為兩個天線，而兩個接收天線通過180度相移器50功率合成器47相接合。

圖2中所示的天線可以為單極子天線、貼片天線、天線陣或波束賦形天線，且上述天線配置方式都是用來消除發(fā)射端與接收端之間的信號自干擾的，從而能夠實現(xiàn)同時同頻全雙工系統(tǒng)。

此外，為了解決發(fā)射端和接收端之間的信號自干擾，還可以通過模擬消除法或數(shù)字消除法來消除信號自干擾。系統(tǒng)可以在模擬電路或數(shù)字電路中加入時域和相位的延遲自適應算法，以消除發(fā)射端和接收端之間的信號自干擾，如圖1所示，其中，模擬自干擾消除模塊17和數(shù)字自干擾消除模塊15是選擇性模塊，是否選擇這兩個模塊，取決于系統(tǒng)對各種工作模式下接收機靈敏度的要求。因此，在部分模式中，系統(tǒng)可以通過選擇開關16進入模擬自干擾消除模塊17。并在基帶1中選擇數(shù)字自干擾消除模塊15，在另一部分模式下，系統(tǒng)可以略過模擬自干擾消除模塊17和數(shù)字自干擾消除模塊15，從而減小計算量，節(jié)省時間和耗電量提高效率，這也是本系統(tǒng)可配置的一個優(yōu)點。

在采用圖1所示的系統(tǒng)實現(xiàn)雷達功能時，其工作原理如下：

本系統(tǒng)擁有一個獨一無二的偽隨機編碼用來作為電子身份，系統(tǒng)通過這個編碼識別自己于來自其它物體的信號的不同，從而做出不同的反應。這個偽隨機噪聲編碼用來調制直接序列相位調制信號或跳頻擴頻調制信號，從而保障系統(tǒng)的保密性和安全性。系統(tǒng)先發(fā)射FMCW進行初步測試，如果信號好環(huán)境簡單，系統(tǒng)再發(fā)射多個連續(xù)波信號或連續(xù)波頻率調制信號進行更精確的距離速度測試。如果信號差環(huán)境復雜，系統(tǒng)再發(fā)射直接序列相位調制信號或跳頻擴頻調制信號進行更準確的距離速度測試，整個測試是個自適應的過程。直接序列相位調制信號或跳頻擴頻調制信號與無線網絡通信信號共享同樣的接收機，信號可先經過選擇性模擬自干擾消除模塊到達多級低噪聲放大器，然后通過低通濾波器最后和本振混出基帶信號，基帶信號最終在模數(shù)轉換器之后進入選擇性數(shù)字自干擾消除模塊再解調，解調之后接收自己特有的偽隨機噪聲編碼和自己發(fā)射的相同的偽隨機噪聲編碼，在將兩組編碼進行自相關運算之后得到精確的距離。多個連續(xù)波信號或連續(xù)波頻率調制信號用同樣的接收射頻電路和天線，不同于直接序列相位調制信號或跳頻擴頻調制信號，此時系統(tǒng)的工作原理是將一個收發(fā)模塊的發(fā)射信號耦合到同模塊的接收信號，經過低噪聲放大器后輸入混頻器，混頻器輸出的差頻信號經過低通濾波器再經過模數(shù)轉換器，最終在數(shù)字域算出距離和速度。如果系統(tǒng)的天線被設計為單向瓣或波束的輻射能量形狀，而且掃描的是移動天線方向，則在掃描天線的連續(xù)移動過程中，回波信號強度在幅度上隨目標天線波束的移動而變化，根據(jù)最大回波的點可以算出雷達目標的方向和角度。系統(tǒng)工作的信號流程如圖3所示，其中，系統(tǒng)的發(fā)射信號形式，接收信號處理，收發(fā)模式，收發(fā)模塊中的主要單元器件參數(shù)，天線的方向和波束賦形及極化方式都根據(jù)所采用的通信模式和雷達模式而配置。

圖1對應的系統(tǒng)結構的工作流程如圖4所示，圖4中，距離、速度和時間的判決條件都可以根據(jù)系統(tǒng)設計要求和環(huán)境而調整改變。系統(tǒng)首先工作在連續(xù)波頻率調制信號普通雷達模式，得到的距離和速度會在存儲器中存儲，系統(tǒng)將依據(jù)距離的遠近來判斷下一時刻系統(tǒng)是工作在是通信模式還是雷達模式。當存儲的距離大于100米且小于1公里，系統(tǒng)在下一時刻進入通信模式，系統(tǒng)可以點對點與外部個體通信，也可以通過接入點進行網絡通信，得到外部環(huán)境信息或進行自我信息廣播。系統(tǒng)工作在通信模式的時間不會超過2毫秒，否則系統(tǒng)自動切入雷達模式。若存儲的距離小于100米，系統(tǒng)進入抗干擾雷達模式，如果環(huán)境條件好，多個連續(xù)波信號或連續(xù)波頻率調制信號會測到精確的距離和速度；如果環(huán)境條件差，直接序列相位調制信號或跳頻擴頻調制信號會測到精確的距離和速度，測得的精確的距離和速度同樣會在存儲器中存儲，以便系統(tǒng)讀取。此時，速度決定系統(tǒng)模式，如果速度小于零，物體是朝著運行系統(tǒng)的通信設備的方向移動，系統(tǒng)仍然工作在抗干擾雷達模式；如果速度大于零，物體是背著運行系統(tǒng)的通信設備的方向移動，系統(tǒng)會切換到普通雷達模式。在完成速度判決之后，系統(tǒng)會進一步進行距離判斷，若距離大于5米且小于100米，系統(tǒng)還是工作在抗干擾雷達模式，系統(tǒng)工作在抗干擾雷達模式的時間不會超過2毫秒，否則系統(tǒng)自動切入通信模式；若距離小于5米，系統(tǒng)自動切入預警狀態(tài)。

(二)第二種工作方案

第二種工作方案為同頻MIMO全雙工的單頻多模塊系統(tǒng)，即，該系統(tǒng)可以由兩個如圖1所示的收發(fā)模塊構成。這里的同頻可以是包括2.4GHz，5GHz或60GHz等的無線通信所支持的任何頻率。在多模塊的情況下，每個模塊的工作狀態(tài)獨立于其他模塊，但工作頻率相同。

圖5示出了本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案二的結構示意圖，為了便于說明，僅示出了與本實施例相關的部分。

在圖5對應的系統(tǒng)結構中，收發(fā)模塊86和收發(fā)模塊87工作在相同的頻率，且收發(fā)模塊86和收發(fā)模塊87均采用如圖1所示的模塊結構。系統(tǒng)的兩個收發(fā)模塊可以采用分離的兩個天線也可以用合并的一個天線，當采用分離的兩個天線時，每個收發(fā)模塊的天線都有如上文所示的五種配置方式，但這兩個收發(fā)模塊對天線的選擇有一定的原則：由于是MIMO同時同頻全雙工的單頻獨立多模塊系統(tǒng)，每個收發(fā)模塊的發(fā)射天線和接收天線的信號需要盡可能在其他收發(fā)模塊的天線中被消除，以減少對其他獨立的收發(fā)模塊的干擾，因此，當采用分離的兩個天線時，每個收發(fā)模塊都可以靈活選擇系統(tǒng)的工作模式，兩個收發(fā)模塊可以同時工作在通信模式，同時工作在雷達模式，也可以一個收發(fā)模塊工作在通信模式同時另一個收發(fā)模塊工作在雷達模式。當一個收發(fā)模塊工作在通信模式而同時另一個收發(fā)模塊工作在雷達模式時，系統(tǒng)自動進行動態(tài)頻率選擇，當工作在雷達模式的收發(fā)模塊選擇了特定的頻率，工作在通信模式的收發(fā)模塊會避免用該特定的頻率作為通信信道，從而避免通信模式和雷達模式之間的信號干擾，保障通信模式和雷達模式各自的信號質量。當采用合并的一個天線時，本發(fā)明實施例設計了天線配置方式六。

配置方式六：如圖5所示，兩個收發(fā)模塊86和87的發(fā)射天線88和89之間是等距的，接收天線90和91之間也是等距的。這里無需180度相移的功率分配器和功率合成器，180度相移和功率的分配結合都可以在基帶的數(shù)字算法中完成，從而最大的優(yōu)化同時同頻全雙工系統(tǒng)。

基于基帶的數(shù)字算法的靈活性，多于兩個模塊的同時同頻全雙工系統(tǒng)也可實現(xiàn)。在該種天線模式下，兩個收發(fā)模塊的工作模式可以互相切換，當系統(tǒng)用合并的一個天線，系統(tǒng)的通信模式和雷達模式是通過時分雙工的方式共享基帶射頻電路和天線。當采用分離的兩個天線，例如兩個全雙工同頻模塊86和87用兩個分離的第五種天線配置方式，則每個模塊都可以靈活選擇自己的工作狀態(tài)，系統(tǒng)的兩個模塊可以同時工作在通信多輸入多輸出模式，同時工作在雷達多輸入多輸出模式。也可以一個模塊工作在通信模式，另一個模塊工作在雷達模式的并存的狀態(tài)。

圖5對應的系統(tǒng)結構中，當通信模式和雷達模式并存時，圖6示出了相應的工作流程圖：

圖6中，距離、速度和時間的判決條件都可以根據(jù)系統(tǒng)的設計和環(huán)境而調整改變。初始時，模塊86工作在雷達模式，模塊87工作在通信模式，模塊86工作在雷達模式有優(yōu)先頻率選擇，通信模式的模塊87通過動態(tài)頻率選擇避免功能，選擇與模塊86不同的其它工作頻率以工作在通信模式。系統(tǒng)可以點對點與外部個體通信，也可以通過接入點進行網絡通信，得到外部環(huán)境信息或進行自我信息廣播。圖5中模塊86先進入普通雷達模式，得到的距離和速度會存儲器中存儲，以便系統(tǒng)讀取。此時，系統(tǒng)將依據(jù)距離的遠近來判斷下一時刻是工作在普通雷達模式還是抗干擾雷達模式：若距離大于100米，系統(tǒng)仍然工作在普通雷達模式；若距離小于或等于100米，系統(tǒng)進入抗干擾雷達模式。如果環(huán)境條件好，多個連續(xù)波信號或連續(xù)波頻率調制信號會測到精確的距離和速度，系統(tǒng)會再通過動態(tài)頻率選擇避免功能，由模塊87選擇與模塊86不同的其它工作頻率以工作在通信模式。如果環(huán)境條件差，直接序列相位調制信號或跳頻擴頻調制信號會測到精確的距離和速度，而測得的距離和速度同樣會在儲存器中存儲，以便系統(tǒng)讀取，系統(tǒng)也會通過動態(tài)頻率選擇避免功能，由模塊87選擇與模塊86不同的其它工作頻率以工作在通信模式。在此，速度決定模塊86的雷達模式：如果速度小于零，物體是朝著運行系統(tǒng)的通信設備的方向移動，模塊86工作在抗干擾雷達模式；如果速度大于零，物體是背著運行系統(tǒng)的通信設備的方向移動，模塊86切換到普通雷達模式。在完成速度判決之后，系統(tǒng)會進一步進行距離判斷。

(三)第三種工作方案

第三種工作方案是多波段多模塊的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，有兩個或兩個以上多頻MIMO全雙工的收發(fā)模塊，該系統(tǒng)即可以由一個2.4GHz全雙工模塊和一個5GHz全雙工模塊組成，也可以由多個2.4GHz全雙工模塊和多個5GHz全雙工模塊組成。

圖7示出了本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)工作方案三的結構示意圖，為了便于說明，僅示出了與本實施例相關的部分。

以圖7為例，系統(tǒng)有四個模塊，模塊169和模塊170工作在2.4GHz，模塊171和模塊172工作在5GHz。在圖7所示的系統(tǒng)架構中，系統(tǒng)可以采用兩種天線配置，其中一種天線配置為2.4GHz和5GHz的收發(fā)模塊各用一個如上文所述的天線配置方式六，另一種天線配置為2.4GHz和5GHz的收發(fā)模塊通過天線分離濾波器159，160，161和162共享一個如上文所述的天線配置方式六，其中，4個天線163，164，165和166都是2.4GHz和5GHz雙波段天線。在圖7所示在系統(tǒng)架構中，每個模塊都可以獨立工作在雷達模式或通信模式。

第三種工作方案中，2.4GHz模塊169和170以及5GHz模塊171和172可以同時工作在MIMO通信模式，2.4GHz模塊169和170以及5GHz模塊171和172可以同時工作在MIMO雷達模式，2.4GHz模塊169和170工作在MIMO通信模式同時5GHz模塊171和172工作在MIMO雷達模式，或者，5GHz模塊171和172工作在MIMO通信模式同時2.4GHz模塊169和170工作在MIMO雷達模式。由于四個收發(fā)模塊兩兩工作在不同的頻率，雷達模式和通信模式互相干擾小，因此能夠達到最優(yōu)化的效果。

在圖7對應的系統(tǒng)結構中，模塊169，模塊170，模塊171和模塊172與圖1所示的收發(fā)模塊結構均是相同的，其中，2.4GHz模塊169的發(fā)射信號和5GHz模塊171的發(fā)射信號通過天線分離濾波器159傳送到發(fā)射雙頻天線163。2.4GHz模塊170的發(fā)射信號和5GHz模塊172的發(fā)射信號通過天線分離濾波器161傳送到發(fā)射雙頻天線164。接收雙頻天線165通過雙頻天線分離濾波器160并分別傳送到2.4GHz模塊169接收機和5GHz模塊171的接收機。接收雙頻天線166通過雙頻天線分離濾波器162并分別傳送到2.4GHz模塊170接收機和5GHz模塊172的接收機。在圖7中，發(fā)射雙頻天線163和發(fā)射雙頻天線164到中線的距離167是相等的，接收雙頻天線165和接收雙頻天線166到中線的距離168是相等的。2.4GHz模塊169的發(fā)射信號和2.4GHz模塊170的發(fā)射信號以及5GHz模塊171的發(fā)射信號和5GHz模塊172的發(fā)射信號的180度相移和功率分配功能在基帶94中完成，2.4GHz模塊169接收信號和2.4GHz模塊170接收信號以及5GHz模塊171接收信號和5GHz模塊172接收信號的180度相移和功率合成功能也在基帶94中完成。

當圖7所示的系統(tǒng)架構采用天線配置方式六時，則每兩個2.4GHz模塊和每兩個5GHz模塊都可以靈活選擇自己的工作模式。當系統(tǒng)中雷達模式和通信模式并存時，其工作流程如圖8所示：

圖8中的距離、速度和時間的判決條件都可以根據(jù)系統(tǒng)的設計和環(huán)境而調整改變。圖8中系統(tǒng)對外部環(huán)境先做出判斷，若外部環(huán)境好，系統(tǒng)直接選擇通信模式和雷達模式并存的狀態(tài)，在這種并存的狀態(tài)下，系統(tǒng)將依據(jù)距離的遠近來判斷下一時刻是采用2.4GHz進行通信還是采用5GHz進行通信：若距離大于500米，則系統(tǒng)采用5GHz的通信模式及2.4GHz的雷達模式；若距離小于或等于500米，則系統(tǒng)采用2.4GHz的通信模式及5GHz的雷達模式，系統(tǒng)可以點對點與外部個體通信，也可以通過接入點進行網絡通信，得到外部環(huán)境信息或進行自我信息廣播。同時，雷達模式測得的距離和速度會在存儲器中存儲，以便系統(tǒng)讀取。如果外部環(huán)境差，系統(tǒng)直接選擇多頻MIMO的雷達模式，從而多方位多頻率地進行距離和速度測試，加強距離和速度測量的準確性，保障系統(tǒng)安全。系統(tǒng)將依據(jù)距離的遠近來判斷下一時刻是工作在普通雷達模式或抗干擾雷達模式：若距離大于500米，系統(tǒng)仍然工作在普通雷達模式；若距離小于或等于500米，系統(tǒng)進入抗干擾雷達模式，如果環(huán)境條件好，多個連續(xù)波和連續(xù)波頻率調制信號會測到精確的距離和速度。當環(huán)境條件差時，直接序列相位調制信號或跳頻擴頻調制信號會測到精確的距離。而在距離小于或等于500米且大于30米，系統(tǒng)會進入多頻MIMO的通信模式，該模式的工作時間有限制，當工作時間限制到達時，需要從該模式中跳出，此時需要再對環(huán)境進行判斷：如果環(huán)境條件好，系統(tǒng)工作在2.4GHz的通信模式及5GHz的雷達模式，如果環(huán)境條件差，系統(tǒng)工作在2.4GHz和5GHz的雙頻MIMO雷達模式。

(四)第四種工作方案

第四種工作方案是60GH毫米波全雙工系統(tǒng)，在本發(fā)明實施例中，對傳統(tǒng)的60GHz無線網絡通信系統(tǒng)進行了改造，如圖9所示，在該系統(tǒng)架構中，工作在厘米波的收發(fā)模塊(以下簡稱低頻收發(fā)模塊)174的發(fā)射和接收直接與工作在毫米波的收發(fā)模塊(以下簡稱高頻收發(fā)模塊)175相連，高頻收發(fā)模塊175中的發(fā)射和接收下變頻之后也是直接進入到低頻收發(fā)模塊174，同時，低頻收發(fā)模塊174有可選擇的模擬自干擾消除模塊183和可選擇的數(shù)字自干擾消除模塊191。在低頻收發(fā)模塊174中，發(fā)射機和接收機各有獨立的數(shù)字處理模塊176和190，發(fā)射機的信號耦合到同模塊的接收機，經過射頻低噪聲放大器184與混頻器185，混頻器185輸出的差頻信號經過低噪聲放大器187再經過模數(shù)轉換器189，最終在數(shù)字處理模塊190做傅立葉變換得到頻率相位信息，由此可以算出距離和速度。這個改造實現(xiàn)了雷達模式中多個連續(xù)波信號或連續(xù)波頻率調制信號的收發(fā)功能。而雷達模式中的直接序列相位調制信號或跳頻擴頻調制信號和通信模式共享同樣的射頻電路和全雙工收發(fā)功能。在圖9所示的系統(tǒng)架構中，低頻收發(fā)模塊和高頻收發(fā)模塊中的主要單元器件的參數(shù)會隨著模式的改變進行不同的配置。低頻收發(fā)模塊174配置有模擬自干擾消除模塊183和數(shù)字自干擾消除模塊191，高頻收發(fā)模塊175中來自低頻收發(fā)模塊174的發(fā)射信號傳送到高頻混頻器194和高頻放大器196，然后經過2：1的功率分配模塊198、199、200和201以及4：1的功率分配模塊202、203、204和205到達系統(tǒng)有源相控陣天線的16個單元225～240。從有源相控陣天線的16個單元225～240接收的高頻信號經過4：1的功率合成器205、204、203和202以及2：1的功率合成器200、201、198和199，通過高頻低噪放大器傳送到高頻混頻器195再傳送到低頻收發(fā)模塊174的接收機，其中，有源相控陣天線的16個單元都是相同的結構。在圖9中，以單元228為例，其包括發(fā)射移相器206，發(fā)射放大器207，收發(fā)開關208，接收低噪放大器209和接收移相器210。天線陣的每個單元都包括接收和發(fā)射移相器，發(fā)射放大器，接受低噪聲放大器和一個收發(fā)開關，因此每個單元既可以接收也可以發(fā)射，這使得本系統(tǒng)的有源相控陣天線可以實現(xiàn)靈活配置。

本系統(tǒng)有源相控陣天線的設計和饋電方式與傳統(tǒng)的60GHz無線網絡通信系統(tǒng)中的天線是相似的，這里的有源相控陣天線也是在波束賦形方向掃描。由于采用波束賦形方向掃描，系統(tǒng)可以測量被測物體的方向和角度。饋電方式是傳輸線饋電，在發(fā)射機、接收機與天線陣各單元之間有一個多路饋線網絡。本系統(tǒng)的有源相控陣天線根據(jù)不同的通信和雷達模式配置不同的天線。在圖9所示的系統(tǒng)結構中，有源相控陣天線是4x4的16個單元的形成一個波束賦形方向掃描的收發(fā)天線。如圖9，雷達模式中的直接序列相位調制信號或跳頻擴頻調制信號和通信模式共享同一個收發(fā)天線，如圖10所示，有源相控陣天線是4x4的16個單元分成的4個子陣，其中單元225～228形成第一個波束242，單元229～232形成第二個波束243，單元233～236形成第三個波束244，單元237～240形成第四個波束245，這四個波束均可同時在波束賦形方向掃描。波束242和波束245是發(fā)射天線對，但它們之間的信號有180度相移，波束243和波束244是接收天線對但它們之間的信號有180度相移。容易想到的，波束242和波束245也可以是接收天線對，波束243和波束244也可以是發(fā)射天線對。如圖11所示，系統(tǒng)在全雙工雷達多個連續(xù)波信號或連續(xù)波頻率調制信號的模式下，單元225～232形成波束246，單元233～240形成波束247，波束246是發(fā)射天線同時波束247是接收天線，或者波束246是接收天線同時波束247是發(fā)射天線。這里的波束246和波束247均可同時進行方向掃描。

圖9所示系統(tǒng)結構的工作原理如下：

從收發(fā)信號方式到低頻收發(fā)模塊收發(fā)模式最后到天線的配置全都由系統(tǒng)控制。如圖12，當系統(tǒng)發(fā)射模塊選擇通信信號和雷達模式中的直接序列相位調制信號或跳頻擴頻調制信號，低頻收發(fā)模塊接收會選擇與本振混頻。相應的模擬自干擾消除模塊和數(shù)字自干擾消除模塊也會啟動。天線自動進入天線自干擾消除模式。如圖13，當系統(tǒng)發(fā)射模塊選擇雷達多個連續(xù)波信號或連續(xù)波頻率調制信號，低頻收發(fā)模塊會選擇與耦和過來的反射信號混頻。天線自動進入雷達同時收發(fā)雙向模式。這里系統(tǒng)的工作模式，收發(fā)信號方式，接收機的混頻選擇和天線的波束成型及收發(fā)方向都可以配置。系統(tǒng)靈活的選擇信號方式，收發(fā)機模式和天線模式，使系統(tǒng)無線通信和雷達模式自主切換。在有些無線網絡通信模式下，系統(tǒng)也可以只配置在發(fā)射或接收狀態(tài)也包括天線狀態(tài)，相當傳統(tǒng)的半雙工方式。系統(tǒng)的通信模式和雷達模式是通過時分雙工(TDD)的方式分享基帶射頻電路和天線。在多模塊毫米波全雙工無線網絡通信和雷達實系統(tǒng)下，系統(tǒng)可采用第二種方案方式。兩個毫米波模塊可以同時工作在MIMO通信模式或MIMO雷達模式，也可以一個毫米模塊是通信模式而另一個毫米模塊是雷達模式。當一個毫米模塊是通信模式和另一個毫米模塊是雷達模式同時工作，系統(tǒng)自動進行動態(tài)頻率選擇避免。當一個毫米模塊工作在優(yōu)先的雷達模式的某個頻率時，另一個工作在通信模式的毫米模塊會自動避免這個頻率而選擇其它工作頻率。這就減小了系統(tǒng)的兩個模塊工作在同時同一個頻段下的干擾從而保障通信模式和雷達模式各自的信號質量。系統(tǒng)自動進行動態(tài)頻率選擇避免非常適用于多模塊毫米波全雙工無線網絡通信和雷達實系統(tǒng)，且毫米波系統(tǒng)頻帶寬，這個優(yōu)勢大大提高了頻帶利用率。

此外，作為本發(fā)明的另一實施例，該系統(tǒng)中也可以包括工作在2.4GHz，5GHz以及工作在60GHz的三個收發(fā)模塊，這三個收發(fā)模塊在所述通信模式和兩種雷達模式之間切換，具體的工作原理可參照上文實施例，在此不再贅述。

圖14以三輛自動或無人駕駛車為例，對本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)進行進一步闡述。圖14中，車248，車249和車250都備有四個本發(fā)明實施例提供的毫米波全雙工無線網絡通信和雷達系統(tǒng)(工作方案四)，分別分別在每輛車的前后左右，用于在10米之內實現(xiàn)短距離的通信和雷達功能；同時，車頂還部署了一個2.4GHz和5GHz無線網絡通信系統(tǒng)，用于實現(xiàn)大于10米的中長距離的通信和雷達功能。車248,車249和車250都可以與沿路的無線接入點254、255、256進行802.11g、802.11b、802.11n、802.11a、802.11ac或802.11p的通信。圖14中，車248同時發(fā)出無線網絡通信信號和雷達信號，如果距離252等于7米，則車248和車249都用毫米波全雙工無線網絡通信和雷達系統(tǒng)進行綜合智能交通控制，車248和車249之間使用點對點無線網絡通信。如果距離253等于14米，車249和車250都用2.4GHz和5GHz全雙工無線網絡通信和雷達系統(tǒng)進行綜合智能交通控制，車249和車250之間使用點對點無線網絡通信。如果距離251等于20米，車248和車250都用2.4GHz和5GHz全雙工無線網絡通信和雷達系統(tǒng)進行綜合智能交通控制，車248和車250之間使用點對點無線網絡通信。本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)車對車(Vehicle-to-Vehicle,V2V)或車對一切(Vehicle-to-Everything,V2X)的通信及測距測速。

本發(fā)明實施例提供的無線網絡通信系統(tǒng)為基于802.11協(xié)議且能支持MIMO的獨立多收發(fā)模塊的系統(tǒng)，具備全雙工同時收發(fā)功能，能夠工作在通信模式及多種雷達模式，使得移動物體可以通過這個系統(tǒng)測量其它物體的距離和速度并通過這個系統(tǒng)與其它物體交換信息，以實現(xiàn)自動駕駛或無人車、無人機相互之間的智能防撞。本系統(tǒng)可以預防移動物體間的沖撞和不必要的減速或加速，任何基于智能控制的物體均可通過這個系統(tǒng)測到彼此的速度、方向和距離，并結合系統(tǒng)的通信功能進行信息交換，以判斷下一步的行動和趨勢。這種交互式自適應巡航系統(tǒng)會大大提高系統(tǒng)安全性。

以上所述實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。