CN103596245A - 天线波束对准方法及装置 - Google Patents

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CN103596245A CN201210290491.9A CN201210290491A CN103596245A CN 103596245 A CN103596245 A CN 103596245A CN 201210290491 A CN201210290491 A CN 201210290491A CN 103596245 A CN103596245 A CN 103596245A
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Abstract

本发明公开了一种天线波束对准方法及装置，其中，本端配置有窄波束天线和宽波束天线，对端配置有窄波束天线和宽波束天线，该方法包括利用所述窄波束天线和所述宽波束天线确定所述窄波束天线的最优和/或次优波束对准方向；根据所述最优波束对准方向建立最优通信链路和/或根据所述次优波束对准方向建立次优通信链路。本发明通过利用窄波束天线和宽波束天线建立最优和/或次优通信链路，解决了相关技术中利用窄波束天线建立通信链路的问题，具有保持链路连续以及降低重新建立数据传输连接时间的效果。

Description

天线波束对准方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种天线波束对准方法及装置。
背景技术
随着器件制造水平的提升，工艺不断成熟，60GHz毫米波无线通信技术逐渐由理论研究走向实际应用。60GHz毫米波技术最大的优势是传输带宽非常宽，在60GHz频段附近，最多可以提供5GHz的连续传输带宽，传输速率可达数Gps，而且所用的工作频段可以免授权使用。由于电磁频谱在60GHz附近是一个强烈的吸收峰，这个频率范围内的电磁波传播衰减非常大，因此，60GHz毫米波通信技术的典型传输距离不超过10米。这一电磁传播特性既限定了60GHz毫米波通信技术的应用场景主要为室内环境，同时也使得空分复用成为可能。当前，60GHz毫米波的标准制订也在加速进行中，有多个标准组织制订了各自60GHz通信的技术规范，如IEEE 802.11ad和IEEE 802.15.3c以及欧洲的ECMA-387。国际电工委员会（InternationalElectrotechnical Commission，简称IEC）也基于ECMA-387第一版规范发布了国际标准13156。
60GHz毫米波技术依然存在一些技术困难，主要源自60GHz电磁波传播特性以及由其决定的空间信道特征。如：由于在60GHz频带上，氧分子对电磁信号的吸收非常强烈，导致路径损耗非常大，为了有效对抗路径损耗，需要高增益的定向天线。当使用此类高增益定向天线时，如果目标设备不落在当前设备天线方向图的指向范围内，则无法找到目标设备，产生所谓的“阴影现象”，如何在阴影效应产生时建立并保持无线链路的通畅是一个亟待解决的问题。为了解决这一问题，60GHz设备通常使用波束方向可调天线，通过空间扫描寻找发射/接收链路之间有效的传输路径来建立连接。同时，由于发射/接收天线的波束非常窄，如何快速对准发射/接收波束也成为一个亟待解决的问题。
相关技术是在发射/接收设备上配置波束方向可调天线，通过波束方向的步进扫描来寻找发射端/接收端之间最优的传输路径。这种配置方法存在明显的不足，比如，由于波束过于狭窄以及信道衰落过大，当两个波束对不上的时候，可能会使从发射端到接收端的链路中断，导致两端天线无法进行信息交换并以此为基础进行波束方向配对；再比如，由于发射端和接收端均需要进行波束扫描，假设每一端的天线波束均有N个可以调整的指向，两端天线波束指向共有N2种可能组合，而最优的组合需要进行N2次扫描才可以找出，这样无疑会加大建立连接的延迟。即使通过上述波束方向步进扫描的方法找出并建立起发射/接收端之间最优传输路径，也可能出现人或其他物品遮挡在该传输路径中间的状况，在这种情况下，相当于传输路径中间发生了强烈阴影衰落，，阴影衰落导致的显著增大的路径损耗将导致现有传输链路数据传输能力急剧下降甚至中断现有的数据传输通道。
针对相关技术中利用窄波束天线建立通信链路的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明提供了一种天线波束对准方法及装置，以至少解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种天线波束对准方法，其中，本端配置有窄波束天线和宽波束天线，对端配置有窄波束天线和宽波束天线，所述方法包括：利用所述窄波束天线和所述宽波束天线确定所述窄波束天线的最优和/或次优波束对准方向；根据所述最优波束对准方向建立最优通信链路和/或根据所述次优波束对准方向建立次优通信链路。
优选地，在所述最优通信链路异常时，将所述最优通信链路切换到所述次优通信链路；或在所述最优通信链路异常时，根据所述次优波束对准方向建立次优通信链路。
优选地，利用所述窄波束天线和所述宽波束天线确定所述窄波束天线的最优或次优波束对准方向包括：本端的窄波束天线进行步进波束方向扫描，朝每一个波束方向发射低速率信号；本端接收到对端反馈的信道质量信息，其中，所述信道质量信息是根据所述低速率信号确定的；所述本端根据所述信道质量信息确定所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向。
优选地，所述信道质量信息是根据所述低速率信号确定的包括：所述对端通过其宽波束天线或窄波束天线接收到所述低速率信号，并从所述低速率信号中提取出与相应的波束方向对应的信道质量信息。
优选地，利用所述窄波束天线和所述宽波束天线确定所述窄波束天线的最优或次优波束对准方向还包括：本端的窄波束天线进行步进波束方向扫描，朝每一个波束方向发射低速率信号；本端接收到对端反馈的所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向，其中，所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向是对端根据所述低速率信号确定的。
优选地，所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向是对端根据所述低速率信号确定的包括：对端通过其宽波束天线或窄波束天线接收到所述低速率信号，并从所述低速率信号中提取出与相应的波束方向对应的信道质量信息；根据各信道质量信息从不同的波束方向中选择本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向。
优选地，所述本端窄波束天线的次优波束对准方向对应的信道质量仅次于所述本端窄波束天线的最优波束对准方向对应的信道质量，且所述本端窄波束天线的次优波束对准方向与所述本端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度大于预先设定的阈值；和/或所述对端窄波束天线的次优波束对准方向对应的信道质量仅次于所述对端窄波束天线的最优波束对准方向对应的信道质量，且所述对端窄波束天线的次优波束对准方向与所述对端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度大于预先设定的阈值。
优选地，利用所述窄波束天线和所述宽波束天线确定所述窄波束天线的最优和/或次优波束对准方向之前，所述方法还包括：利用所述本端和所述对端的宽波束天线在所述本端和所述对端之间建立低速率通信链路，进行低速率数据传输。
优选地，所述本端和所述对端是60GHz毫米波通信网元。
优选地，所述宽波束天线是低增益宽波束天线，所述窄波束天线是高增益窄波束天线。
优选地，根据所述最优波束对准方向建立最优通信链路或根据所述次优波束对准方向建立次优通信链路包括：所述本端的窄波束天线和所述对端的窄波束天线对准各自的最优或次优波束对准方向，建立最优或次优通信链路，进行高速率数据传输。
根据本发明的另一方面，提供了一种天线波束对准装置，所述装置位于本端和对端，所述本端配置有窄波束天线和宽波束天线，所述对端配置有窄波束天线和宽波束天线，所述装置包括：方向确定模块，用于利用所述窄波束天线和所述宽波束天线确定所述窄波束天线的最优和/或次优波束对准方向；链路建立模块，用于根据所述最优波束对准方向建立最优通信链路和/或根据所述次优波束对准方向建立次优通信链路。
优选地，所述装置还包括切换模块，用于在所述最优通信链路异常时，将所述最优通信链路切换到所述次优通信链路或根据所述次优波束对准方向建立次优通信链路。
优选地，所述装置还包括控制模块，用于控制本端的窄波束天线进行步进波束方向扫描，朝每一个波束方向发射低速率信号，并控制本端在接收到对端反馈的信道质量信息时根据所述信道质量信息确定所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向，其中，所述信道质量信息是根据所述低速率信号确定的。
优选地，所述控制模块还用于控制所述对端通过其宽波束天线或窄波束天线接收所述低速率信号，并从所述低速率信号中提取出与相应的波束方向对应的信道质量信息。
优选地，所述装置还包括控制模块，用于控制本端的窄波束天线进行步进波束方向扫描，朝每一个波束方向发射低速率信号，并控制本端接收对端反馈的所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向，其中，所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向是对端根据所述低速率信号确定的。
优选地，所述控制模块还用于控制对端通过其宽波束天线或窄波束天线接收所述低速率信号，并从所述低速率信号中提取出与相应的波束方向对应的信道质量信息，然后，根据各信道质量信息从不同的波束方向中选择本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向。
优选地，所述本端窄波束天线的次优波束对准方向对应的信道质量仅次于所述本端窄波束天线的最优波束对准方向对应的信道质量，且所述本端窄波束天线的次优波束对准方向与所述本端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度大于预先设定的阈值；和/或所述对端窄波束天线的次优波束对准方向对应的信道质量仅次于所述对端窄波束天线的最优波束对准方向对应的信道质量，且所述对端窄波束天线的次优波束对准方向与所述对端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度大于预先设定的阈值。
优选地，所述链路建立模块还用于利用所述本端和所述对端的宽波束天线在所述本端和所述对端之间建立低速率通信链路，进行低速率数据传输。
优选地，所述本端和所述对端是60GHz毫米波通信网元。
通过本发明，利用窄波束天线和宽波束天线确定窄波束天线的最优和/或次优波束对准方向，并根据最优波束对准方向建立最优通信链路和/或根据次优波束对准方向建立次优通信链路，解决了利用窄波束天线建立通信链路的的问题，达到了保持链路连续以及降低建立数据传输连接时间的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的天线波束对准方法的流程图；
图1a是根据本发明实施例的发射端和接收端天线配置示意图；
图2是根据本发明实施例的天线波束对准装置的结构框图；
图3是根据本发明优选实施例的天线波束对准方法的流程图之一；
图4是根据本发明优选实施例的天线波束对准方法的流程图之二。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本发明实施例提供了一种天线波束对准方法，其中，本端配置有窄波束天线和宽波束天线，对端配置有窄波束天线和宽波束天线。图1是根据本发明实施例的天线波束对准方法的流程图，如图1所示，该流程包括以下步骤：
步骤S102，利用窄波束天线和宽波束天线确定窄波束天线的最优和/或次优波束对准方向；
步骤S104，根据最优波束对准方向建立最优通信链路和/或根据次优波束对准方向建立次优通信链路。
通过上述步骤，在本端配置了窄波束天线和宽波束天线，在对端配置了窄波束天线和宽波束天线，并利用窄波束天线和宽波束天线确定了窄波束天线的最优和/或次优波束对准方向，进而建立了最优和/或次优通信链路，改变了相关技术中本端和对端只配置窄波束天线并只能通过窄波束天线建立通信链路的做法。
在遮挡发生时，显著增大的路径损耗将导致最优通信链路数据传输能力急剧下降甚至中断现有的数据传输通道，这种情况下，需要尽快将传输通道切换到新的传输链路上去。因此，在建立无线链路之前，应该进行多个波束对准，至少建立两条通道，包括一条最优通信链路和一条次优通信链路。在最优通信链路发生异常时，用次优通信链路替代最优通信链路的方式优选地可以是，直接从最优通信链路切换到已经建立好的次优通信链路上，也可以是根据事先已经确定的次优波束对准方向建立次优通信链路。
如果可以利用宽波束天线和窄波束天线确定窄波束天线的最优或次优波束对准方向，那么本端确定其窄波束天线的最优或次优对准方向的方式可以有多种，本实施例提供了以下两种优选的方式：
优选方式一，可以将本端窄波束天线进行步进波束方向扫描，朝每一个波束方向发射低速率信号，在本端接收到对端反馈的信道质量信息时，根据信道质量信息确定本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向，其中，信道质量信息是根据低速率信号确定的。
其中，根据低速率信号确定信道质量信息的方式可以有很多种，优选地，对端通过其宽波束天线或窄波束天线接收到低速率信号后，从低速率信号中提取出与相应的波束方向对应的信道质量信息。
优选方式二，可以将本端窄波束天线进行步进波束方向扫描，朝每一个波束方向发射低速率信号，然后本端接收到对端反馈的所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向，其中，本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向是对端根据低速率信号确定的。
其中，对端通过其宽波束天线或窄波束天线接收述低速率信号，并从低速率信号中提取出与相应的波束方向对应的信道质量信息，根据各信道质量信息从不同的波束方向中选择本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向。
通过上述两个优选方式，本端的窄波束天线通过N次扫描（假设窄波束天线的波束有N个指向），便确定了本端的窄波束天线的最优或次优波束指向，缩短了相关技术中的扫描次数。
次优波束对准方向可以有很多个，优选地，本端窄波束天线的次优波束对准方向对应的信道质量仅次于本端窄波束天线的最优波束对准方向对应的信道质量，且本端窄波束天线的次优波束对准方向与本端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度大于预先设定的阈值；和/或对端窄波束天线的次优波束对准方向对应的信道质量仅次于对端窄波束天线的最优波束对准方向对应的信道质量，且对端窄波束天线的次优波束对准方向与所述对端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度大于预先设定的阈值。
优选地，利用窄波束天线和宽波束天线确定窄波束天线的最优和/或次优波束对准方向之前，还可以利用本端和对端的宽波束天线在本端和对端之间建立低速率通信链路，进行低速率数据传输。由于速率很低，虽然传输的信号经历信道引起的衰减和变形，这种低速率控制信令链接依然可以保持。通过上述步骤，改变了相关技术中在天线扫描时链路中断无法保持连接的做法。
优选地，本端和对端可以是60GHz毫米波通信网元。60GHz频段附近是一个强烈的吸收峰，这个频率范围内的电磁波传播衰减非常大，因此，优选在60GHz频段附近。
另外，宽波束天线和窄波束天线可以有很多种，优选地，宽波束天线是低增益宽波束天线，窄波束天线是高增益窄波束天线。在本端和对端均可以配置有高增益窄波束天线和低增益宽波束天线，上述高增益窄波束天线和低增益宽波束天线均有多种实现方式，如利用多个天线阵元进行排阵来提高增益等，无论是否是阵列天线，本实施例中，均包含在窄波束天线或宽波束天线中。
窄波束天线可以通过低速率传输数据，也可以通过高速率传输数据，优选地，本端的窄波束天线和对端的窄波束天线对准各自的最优或次优波束对准方向，建立最优或次优通信链路，进行高速率数据传输。
实施例二
本发明实施例还提供了一种天线波束对准装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
本实施例中的天线波束对准装置位于本端和对端，具体天线配置图如图1a所示，本端配置有窄波束天线10和宽波束天线12，对端配置有窄波束天线10和宽波束天线12。
图2是根据本发明实施例的天线波束对准装置的结构框图，如图2所示，该装置包括：方向确定模块202和链路建立模块204。
方向确定模块202，用于利用窄波束天线和宽波束天线确定窄波束天线的最优和/或次优波束对准方向；
链路建立模块204，用于根据最优波束对准方向建立最优通信链路和/或根据次优波束对准方向建立次优通信链路。
优选地，所述装置还包括切换模块206，用于在最优通信链路异常时，将最优通信链路切换到次优通信链路或根据次优波束对准方向建立次优通信链路。
优选地，该装置还包括控制模块208，用于控制本端的窄波束天线进行步进波束方向扫描，朝每一个波束方向发射低速率信号，并控制本端在接收到对端反馈的信道质量信息时根据信道质量信息确定本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向，其中，信道质量信息是根据低速率信号确定的。
优选地，控制模块208还用于控制对端通过其宽波束天线或窄波束天线接收低速率信号，并从低速率信号中提取出与相应的波束方向对应的信道质量信息。
优选地，控制模块208用于控制本端的窄波束天线进行步进波束方向扫描，朝每一个波束方向发射低速率信号，并控制本端在接收对端反馈的本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向，其中，本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向是对端根据低速率信号确定的。
优选地，控制模块208还用于控制对端通过其宽波束天线或窄波束天线接收到所述低速率信号，并从所述低速率信号中提取出与相应的波束方向对应的信道质量信息，然后，根据各信道质量信息从不同的波束方向中选择本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向。
优选地，本端窄波束天线的次优波束对准方向对应的信道质量仅次于本端窄波束天线的最优波束对准方向对应的信道质量，且本端窄波束天线的次优波束对准方向与本端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度大于预先设定的阈值；和/或对端窄波束天线的次优波束对准方向对应的信道质量仅次于对端窄波束天线的最优波束对准方向对应的信道质量，且对端窄波束天线的次优波束对准方向与对端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度大于预先设定的阈值。
优选地，链路建立模块204还用于利用本端和对端的宽波束天线在本端和对端之间建立低速率通信链路，进行低速率数据传输。
优选地，本端和对端是60GHz毫米波通信网元。
在本发明实施例的优选实施方式中，该装置中的各个组成部分可以按照上述实施例一所述的方法相互组合完成相应的功能，并具有相同的有益效果，具体本发明实施例不再赘述。
实施例三
本实施例中，发射端和接收端对应的可以是本端，也可以是对端。在发射端对应的是本端时，接收端对应的是对端；在发射端对应的是对端时，接收端对应的是本端。
图3是根据本发明优选实施例的天线波束对准方法的流程图之一，如图3所示，该流程包括以下步骤：
步骤S302，发射端发射低速率（Low Data Rate，简称LDR）接入信号。
发射端使用低增益宽波束天线向接收端发送低速率接入信号，等待接收端响应。
步骤S304，接收端响应低速率接入信号。
接收端低增益宽波束天线处于监听状态而高增益窄波束天线处在非工作状态。当接收到发射端的低速率接入信号时，响应低速率接入信号，使用该低增益宽波束天线发送低速率确认信令。由于速率很低，虽然传输的信号经历信道引起的衰减和变形，这种低速率链接依然可以保持。
步骤S306，发射端窄波束天线进行步进波束方向扫描，接收端确定发射端的最优波束对准方向。
当低速率链路建立以后，发射端配置低增益宽波束天线和高增益窄波束天线开始同时进行工作。低增益宽波束天线用来接收解调低速率控制信令，维持低速率控制信令链接，高增益窄波束天线开始进行波束的步进波束方向扫描，发射低速率控制信令。接收端依然只使用低增益宽波束天线进行收发，对发射端窄波束天线的每一个波束步进角度建立的信道，接收端都可以得到与之对应的信道质量信息，如信道质量指示(Channel Quality Indication，简称CQI)参数。接收端根据信道质量信息从多个波束步进角度中选择其中最优的一个方向作为最优波束对准方向，并发送控制信令将这个最优波束对准方向通知发射端。
步骤S308，发射端将其高增益窄波束天线波束对准其最优波束对准方向。
发送端将其高增益窄波束天线的波束对准接收端告知的最优波束对准方向并保持不动，停止波束步进扫描，随后将其宽波束天线切换到非工作状态，通过高增益窄波束天线发射或接收低速率控制信令。
步骤S310，接收端高增益窄波束天线进行步进波束方向扫描，发射端确定接收端最优波束对准方向。
接收端关闭其低增益宽波束天线，同时启用其高增益窄波束天线进行步进波束方向扫描，发射端比较不同接收端窄波束方向的信道质量，选择接收端最优波束对准方向，并通过低速率控制信令告知接收端。
步骤S312，接收端高增益窄波束天线波束对准其最优波束对准方向。
接收端将其高增益窄波束天线的波束对准接收端告知的最优波束对准方向并停止步进扫描，此时从发射端到接收端通过波束对准的窄波束天线建立起传输信令的低速率通信链路。
在只建立最优通信链路的情形下，发射端和接收端高增益窄波束天线停止低速率数据传输，开始进行高速率（High Data Rate，简称HDR）数据传输。在还需要确定次优波束对准方向的情况下，发射端和接收端的高增益窄波束天线依然进行低速率控制信令的传输。
步骤S314，打开宽波束天线。
如果不需要确定次优波束对准方向，则此步骤省略；只有在还需要确定次优波束对准方向时，才执行此步骤。
记录发射端、接收端高增益窄波束天线波束的最优波束对准方向，然后关闭发射端和接收端的高增益窄波束天线的指向，同时打开发射端和接收端的低增益宽波束天线。
本实施例中，低速率接入信号、低速率确认信令、低速率控制信令都是低速率信号。
实施例四
本实施例中，发射端和接收端对应的可以是本端，也可以是对端。在发射端对应的是本端时，接收端对应的是对端；在发射端对应的是对端时，接收端对应的是本端。
图4是根据本发明优选实施例的天线波束对准方法的流程图之二，图4的步骤是在执行了图3中的步骤S314的基础上进一步执行的。如图4所示，该流程包括以下步骤：
步骤S402，发射端发射低速率控制信号。
发射端打开其高增益窄波束天线进行步进波束方向扫描，发射低速率控制信号，接收端使用其宽波束天线进行接收。
步骤S404，接收端确定发射端次优波束对准方向。
接收端低增益宽波束天线处于监听状态而高增益窄波束天线处在非工作状态。当接收到发射端的低速率控制信号时，使用该低增益宽波束天线发送低速率确认信令。由于速率很低，虽然传输的信号经历信道引起的衰减和变形，这种低速率控制信令链接依然可以保持。
接收端确定发射端的次优波束对准方向。对发射端窄波束天线的每一个波束步进角度建立的信道，接收端都可以得到与之对应的信道质量信息，如CQI参数。接收端根据信道质量信息从多个波束步进角度中选择其中次优的一个方向作为接收端窄波束天线的次优波束对准方向，并发送控制信令将该次优波束对准方向通知发射端。具体地说，次优波束对准方向指的是仅次于已经存储的发射端窄波束天线的最优波束对准方向，同时，其与发射端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度需大于某一预设阈值。
步骤S406，接收端进行天线波束扫描。
发射端将高增益窄波束天线的波束对准接收端告知的次优波束对准方向并保持不动，同时，停止波束步进扫描，记录次优波束对准方向，随后将低增益宽波束天线切换到非工作状态，通过高增益窄波束天线发射或接收低速率控制信令。接收端打开其高增益窄波束天线，进行步进波束方向扫描。
步骤S408，发射端确定接收端的次优波束对准方向，并通知接收端。
发射端比较接收端高增益窄波束天线不同方向的信道质量，选择接收端的次优波束对准方向并通过低速率控制信令告知接收端。此处次优波束对准方向的选择过程与步骤S404中的选择过程类似，此处不再赘述。
步骤S410，接收端将其高增益窄波束天线的波束对准次优波束对准方向。
接收端将其高增益窄波束天线的波束对准接收端告知的次优波束对准方向并停止步进扫描，保存次优波束对准方向。此时，从发射端到接收端通过波束对准的窄波束天线建立起传输信令的低速率链路。
步骤S412，建立高速率链路。
接收端和发射端获取图3中步骤S314中存储的发射端和接收端高增益窄波束天线的最优波束对准方向，接收端高增益窄波束天线对准接收端高增益窄波束天线的最优波束对准方向，发射端高增益窄波束天线对准发射端高增益窄波束天线的最优波束对准方向，建立高速率链路，并使用其进行高速率数据传输。
如果高速率链路发生异常，获取已存储的发射端和接收端高增益窄波束天线的次优波束对准方向，并将发射端和接收端的高增益窄波束天线分别对准其次优波束对准方向，建立次优通信链路，进行高速率数据传输。
本实施例中，低速率控制信号、低速率确认信令都是低速率信号。
实施例五
本实施例中，发射端和接收端对应的可以是本端，也可以是对端。在发射端对应的是本端时，接收端对应的是对端；在发射端对应的是对端时，接收端对应的是本端。
本实施例的流程图如图3所示，该流程包括以下步骤：
步骤S302，发射端发射低速率接入信号。
发射端使用宽波束天线向接收端发送低速率接入信号，等待接收端响应。
步骤S304，接收端响应低速率接入信号。
接收端宽波束天线处于监听状态而窄波束天线处在非工作状态。当接收到发射端的低速率接入信号时，响应低速率接入信号，使用该宽波束天线发送低速率确认信令。由于速率很低，虽然传输的信号经历信道引起的衰减和变形，这种低速率链接依然可以保持。
步骤S306，发射端窄波束天线进行步进波束方向扫描。
当低速率链路建立以后，发射端配置宽波束天线和窄波束天线开始同时进行工作。宽波束天线用来接收解调低速率控制信令，维持低速率控制信令链接，窄波束天线开始进行波束的步进波束方向扫描，发射低速率控制信令。接收端依然只使用宽波束天线进行收发，对发射端窄波束天线的每一个波束步进角度建立的信道，接收端都可以得到与之对应的信道质量信息，如信道质量指示(Channel Quality Indication，简称CQI)参数。
接收端将信道质量信息发送给发射端。
步骤S308，发射端确定其窄波束天线的最优波束对准方向。
发射端接收到发射端发射的信道质量信息后，比较不同波束方向对应的各个信道质量信息，选择信道质量最好的信道对应的波束方向，即最优波束对准方向，并将其窄波束天线的波束对准所选的最优波束对准方向并保持不动，停止波束步进扫描，随后将其宽波束天线切换到非工作状态，通过窄波束天线发射或接收低速率控制信令。
步骤S310，接收端窄波束天线进行步进波束方向扫描。
接收端关闭其宽波束天线，同时启用其窄波束天线进行步进波束方向扫描，发射低速率信号。
发射端从接收到的低速率信号中提取对应的信道质量信息并通过低速率控制信令反馈给接收端。
步骤S312，接收端窄波束天线波束对准其最优波束对准方向。
接收端接收到信道质量信息后，比较多个信道质量信息，选择信道质量最好的信道对应的波束方向即最优波束对准方向。接收端将其窄波束天线的波束对准所选最优波束对准方向并停止步进扫描，此时从发射端到接收端通过波束对准的窄波束天线建立起传输信令的低速率通信链路。
在只建立最优通信链路的情形下，发射端和接收端窄波束天线停止低速率数据传输，开始进行高速率（High Data Rate，简称HDR）数据传输。在还需要确定次优波束对准方向的情况下，发射端和接收端的窄波束天线依然进行低速率控制信令的传输。
步骤S314，打开宽波束天线。
如果不需要确定次优波束对准方向，则此步骤省略；只有在还需要确定次优波束对准方向时，才执行此步骤。
记录发射端、接收端窄波束天线波束的最优波束对准方向，然后关闭发射端和接收端的窄波束天线的指向，同时打开发射端和接收端的宽波束天线。
本实施例中，低速率接入信号、低速率确认信令、低速率控制信令都是低速率信号。
实施例六
本实施例中，发射端和接收端对应的可以是本端，也可以是对端。在发射端对应的是本端时，接收端对应的是对端；在发射端对应的是对端时，接收端对应的是本端。
本实施如图4所示，图4的步骤是在执行了图3中的步骤S314的基础上进一步执行的，该流程包括以下步骤：
步骤S402，发射端发射低速率控制信号。
发射端打开其窄波束天线进行步进波束方向扫描，发射低速率控制信号，接收端使用其宽波束天线进行接收。
步骤S404，接收端向发射端反馈信道质量信息，发射端确定次优波束对准方向。
接收端宽波束天线处于监听状态而窄波束天线处在非工作状态。当接收到发射端的低速率控制信号时，使用该宽波束天线发送低速率确认信令。由于速率很低，虽然传输的信号经历信道引起的衰减和变形，这种低速率控制信令链接依然可以保持。
对发射端窄波束天线的每一个波束步进角度建立的信道，接收端都可以从发射端发射的低速率控制信号中得到与上述波束步进角度对应的信道质量信息，如CQI参数。接收端将接收到的信道质量信息发送给发射端。
发射端接收到信道质量信息后，比较多个信道质量信息，确定次优波束方向。具体地说，次优波束对准方向仅次于已经存储的发射端窄波束天线的最优波束对准方向，同时，其与发射端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度需大于某一预设阈值。
步骤S406，接收端进行天线波束扫描。
发射端将窄波束天线的波束对准次优波束对准方向并保持不动，同时，停止波束步进扫描，记录次优波束对准方向，随后将宽波束天线切换到非工作状态，通过窄波束天线发射或接收低速率控制信令。接收端打开其窄波束天线，进行步进波束方向扫描。
步骤S408，发射端向接收端反馈信道质量信息。
发射端向接收端反馈接收端窄波束天线不同波束方向对应的信道质量信息。
步骤S410，接收端选择次优波束对准方向。
接收端根据所接收到的信道质量信息选择次优波束对准方向。此处次优波束对准方向的选择过程与步骤S404中的选择过程类似，不再赘述。
接收端将窄波束天线的波束对准所选次优波束对准方向并停止步进扫描，保存次优波束对准方向。此时，从发射端到接收端通过波束对准的窄波束天线建立起传输信令的低速率链路。
步骤S412，建立高速率链路。
接收端和发射端获取已存储的发射端和接收端窄波束天线的最优波束对准方向，接收端窄波束天线对准接收端窄波束天线的最优波束对准方向，发射端窄波束天线对准发射端窄波束天线的最优波束对准方向，建立高速率链路，并使用其进行高速率数据传输。
如果高速率链路发生异常，获取已存储的发射端和接收端窄波天线的次优波束对准方向，并将发射端和接收端的窄波束天线分别对准其次优波束对准方向，建立次优通信链路，进行高速率数据传输。
本实施例中，低速率控制信号、低速率确认信令都是低速率信号。
从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：本发明通过增加低增益宽波束方向天线，将高增益窄波束定向天线和低增益宽波束天线配合使用，通过发射/接收窄波束天线的波束扫描和波束对准，建立多个无线通信链路，进而可以在波束扫描时保证从发射端到接收端链路的持续，同时将总的扫描次数由N2次减少为2N次，大大降低了建立数据传输连接的时间。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种天线波束对准方法，其特征在于，本端配置有窄波束天线和宽波束天线，对端配置有窄波束天线和宽波束天线，所述方法包括：
利用所述窄波束天线和所述宽波束天线确定所述窄波束天线的最优和/或次优波束对准方向；
根据所述最优波束对准方向建立最优通信链路和/或根据所述次优波束对准方向建立次优通信链路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在所述最优通信链路异常时，将所述最优通信链路切换到所述次优通信链路；或
在所述最优通信链路异常时，根据所述次优波束对准方向建立次优通信链路。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用所述窄波束天线和所述宽波束天线确定所述窄波束天线的最优或次优波束对准方向包括：
本端的窄波束天线进行步进波束方向扫描，朝每一个波束方向发射低速率信号；
本端接收到对端反馈的信道质量信息，其中，所述信道质量信息是根据所述低速率信号确定的；
所述本端根据所述信道质量信息确定所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述信道质量信息是根据所述低速率信号确定的包括：
所述对端通过其宽波束天线或窄波束天线接收到所述低速率信号，并从所述低速率信号中提取出与相应的波束方向对应的信道质量信息。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用所述窄波束天线和所述宽波束天线确定所述窄波束天线的最优或次优波束对准方向还包括：
本端的窄波束天线进行步进波束方向扫描，朝每一个波束方向发射低速率信号；
本端接收到对端反馈的所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向，其中，所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向是对端根据所述低速率信号确定的。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向是对端根据所述低速率信号确定的包括：
对端通过其宽波束天线或窄波束天线接收到所述低速率信号，并从所述低速率信号中提取出与相应的波束方向对应的信道质量信息；
根据各信道质量信息从不同的波束方向中选择本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，
所述本端窄波束天线的次优波束对准方向对应的信道质量仅次于所述本端窄波束天线的最优波束对准方向对应的信道质量，且所述本端窄波束天线的次优波束对准方向与所述本端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度大于预先设定的阈值；和/或
所述对端窄波束天线的次优波束对准方向对应的信道质量仅次于所述对端窄波束天线的最优波束对准方向对应的信道质量，且所述对端窄波束天线的次优波束对准方向与所述对端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度大于预先设定的阈值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，利用所述窄波束天线和所述宽波束天线确定所述窄波束天线的最优和/或次优波束对准方向之前，所述方法还包括：
利用所述本端和所述对端的宽波束天线在所述本端和所述对端之间建立低速率通信链路，进行低速率数据传输。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述本端和所述对端是60GHz毫米波通信网元。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述宽波束天线是低增益宽波束天线，所述窄波束天线是高增益窄波束天线。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述最优波束对准方向建立最优通信链路或根据所述次优波束对准方向建立次优通信链路包括：
所述本端的窄波束天线和所述对端的窄波束天线对准各自的最优或次优波束对准方向，建立最优或次优通信链路，进行高速率数据传输。
12.一种天线波束对准装置，其特征在于，所述装置位于本端和对端，所述本端配置有窄波束天线和宽波束天线，所述对端配置有窄波束天线和宽波束天线，所述装置包括：
方向确定模块，用于利用所述窄波束天线和所述宽波束天线确定所述窄波束天线的最优和/或次优波束对准方向；
链路建立模块，用于根据所述最优波束对准方向建立最优通信链路和/或根据所述次优波束对准方向建立次优通信链路。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
切换模块，用于在所述最优通信链路异常时，将所述最优通信链路切换到所述次优通信链路或根据所述次优波束对准方向建立次优通信链路。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
控制模块，用于控制本端的窄波束天线进行步进波束方向扫描，朝每一个波束方向发射低速率信号，并控制本端在接收到对端反馈的信道质量信息时根据所述信道质量信息确定所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向，其中，所述信道质量信息是根据所述低速率信号确定的。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于控制所述对端通过其宽波束天线或窄波束天线接收所述低速率信号，并从所述低速率信号中提取出与相应的波束方向对应的信道质量信息。
16.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
控制模块，用于控制本端的窄波束天线进行步进波束方向扫描，朝每一个波束方向发射低速率信号，并控制本端接收对端反馈的所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向，其中，所述本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向是对端根据所述低速率信号确定的。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于控制对端通过其宽波束天线或窄波束天线接收所述低速率信号，并从所述低速率信号中提取出与相应的波束方向对应的信道质量信息，然后，根据各信道质量信息从不同的波束方向中选择本端窄波束天线的最优或次优波束对准方向。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的装置，其特征在于，
所述本端窄波束天线的次优波束对准方向对应的信道质量仅次于所述本端窄波束天线的最优波束对准方向对应的信道质量，且所述本端窄波束天线的次优波束对准方向与所述本端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度大于预先设定的阈值；和/或
所述对端窄波束天线的次优波束对准方向对应的信道质量仅次于所述对端窄波束天线的最优波束对准方向对应的信道质量，且所述对端窄波束天线的次优波束对准方向与所述对端窄波束天线的最优波束对准方向之间的角度大于预先设定的阈值。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述链路建立模块还用于利用所述本端和所述对端的宽波束天线在所述本端和所述对端之间建立低速率通信链路，进行低速率数据传输。
20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述本端和所述对端是60GHz毫米波通信网元。
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