CN103748799B - 用于无线通信系统中的波束锁定的装置及方法 - Google Patents

用于无线通信系统中的波束锁定的装置及方法 Download PDF

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Abstract

为保持无线通信系统中的波束形成的波束方向，一种用于波束形成的装置包括：检测器，用于测量所述装置的移动和运动中的至少一个的改变；以及处理器，用于通过根据所述移动和所述运动中的至少一个补偿波束方向的改变来确定用于使波束方向与对应装置对齐的波束控制参数。

Description

用于无线通信系统中的波束锁定的装置及方法
技术领域
本发明一般地涉及无线通信系统，并且更具体地，本发明涉及用于保持无线通信系统中的波束形成的波束方向的装置及方法。
背景技术
无线通信系统的发送器能够使用天线发送电信号，而同一系统的接收器能够通过无线电信道从发送器接收所述电信号。在接收器处一般使用Friis公式作为利用发送和接收天线的增益的接收信号的增益模型。
图1是图示无线通信系统中的发送器和接收器的图。当发送器110具有天线增益Gt并且接收器120具有天线增益Gr时，如下面公式(1)所陈述地提供Friis公式。
在公式(1)中，Pr表示接收信号的功率，Pt表示发送信号的功率，Gt表示发送器的天线增益，Gr表示接收器的天线增益，λ表示波长，并且d表示发送器和接收器之间的距离。
公式(1)在真空中适用。相应地，在实际系统中，可以根据无线电信道的特性进行一些修改。公式(1)表明在接收器处接收到的功率与发送器的天线增益和接收器的天线增益成正比。
图2A和图2B是图示无线通信系统中的天线的功率辐射图案(power radiationpatterns)的图。图2A图示了各向同性天线的功率的辐射图案，而图2B图示了定向天线的功率的辐射图案。参照图2A，从各向同性天线辐射出的功率是环形的或者球形的。相反，从图2B的定向天线辐射出的功率是扇形或者圆锥体的形式。当从图2A和图2B的天线辐射出的功率值相等时，图2B的定向天线在特定方向上集中功率并且图2B中的产生的信号可以比经由图2A的各向同性天线发送的信号传播得更远。基于天线方向性的接收是公式(1)的Friis公式中的天线增益值。具体来说，当天线的波束范围变得更窄之时，天线的增益增加。然而，因为波束的功率在特定方向和范围上集中，所以其可服务的区域减少。具体来说，所述天线增益一般与服务区域成反比。
可以依据如上所述的信号的辐射图案来增强无线通信系统的性能。形成预期信号的辐射图案的技术通常称为波束形成。波束形成通过使用多天线将方向性施加到波束来增加发送和接收增益，从而提高特定接收器的信号接收强度。具体来说，波束形成技术取决于如何设置天线增益以及服务方向和范围。
图3是图示无线通信系统中的采用波束形成技术的基站的波束的图。参照图3，所述基站覆盖多个扇区(即，1、2和3)，并且在各个扇区中形成多个定向波束。当采用波束形成时，信号范围是窄的。因此，为了服务一个基站小区或者扇区，每个扇区中的天线必需利用多个波束。例如，在图3中，在扇区#1中形成波束#1-3。随着基站执行窄范围的波束形成，用户站可以获得更好的信道状态。
所述用户站从基站的波束中选择最好的波束并且根据其运动或者移动选择新的波束。波束宽度越窄，越频繁地选择新的波束。当所述用户站也采用波束形成时，在基站的波束方向与用户站的波束方向对齐时获得最好的信道状态。然而，与固定基站不同，所述用户站是移动的，并且设备相对于基站的方向可容易地改变。结果，用户站的波束方向可能与基站的波束方向经常地未对齐。
图4A到4D是图示根据本发明实施例的无线通信系统中的基站和用户站的波束方向的图。
首先参照图4A，在基站410处的用于发送和接收的波束方向与在用户站420处的用于发送和接收的波束方向对齐。当基站410的波束方向面对用户站420时，用户站420位于基站410的波束范围内。为了提高数据发送和接收的可靠性和效率，用户站420也朝基站410形成波束。当基站410和用户站420的波束方向如图4A中所示对齐时，获得最佳的通信质量。
典型地，采用波束训练(beam training)以使基站和用户站之间的波束方向对准。波束训练分成下行链路和上行链路。在下行链路中，基站将用于波束训练的特定序列分配给特定方向的波束训练参考信号，并且发送所述参考信号作为特定方向的波束。因此，所述用户站向基站通知在从基站接收到的一个或多个波束训练参考信号之中的具有最好通信质量的参考信号的特定代码值。因此，可以确定基站和用户站的对齐的波束方向。
在上行链路中，用户站将用于波束训练的特定代码分配给特定方向的波束训练参考信号，并且发送所述参考信号作为特定方向的波束。因此，所述基站向用户站通知在波束训练参考信号之中的具有最好通信质量的参考信号的特定代码值。
对于固定基站和用户站，波束训练就足够了。然而，当用户站在短时间内频繁地移动时，难以采用使用波束训练的波束对齐方法。图4B、4C和4D详细地图示了这个缺点。具体来说，图4B、4C和4D图示了根据用户站420的运动和移动的波束方向的未对齐(misalignment)。参照图4B，当用户站410倾斜之时，基站410和用户站420的波束方向依据倾斜的量而未对齐。参照图4C，当用户站420旋转时，基站410和用户站420的波束方向依据旋转的量而未对齐。当用户站420如图4D中所示地移动时，基站410和用户站420的波束方向依据移动的量而未对齐。
如图4B、4C和4D中所示，基站410和用户站420的波束方向可能根据用户的运动或者移动而未对齐。当未对齐时，基站410和用户站420的通信质量极大地恶化。此外，因为在相对短时间期间，用户的运动或者移动频繁，所以利用典型的波束训练方法难以克服这种恶化。更具体地，为了检测用户站420的波束方向中的任何改变，基站410需要以非常短的周期进行波束训练。因为关于用户站420的波束方向中的改变的精确信息是必需的，所以控制消息被频繁地交换，这样增加了系统开销。
发明内容
做出本发明以至少解决上述问题和/或缺点，并至少提供下述优点。因此，本发明的一方面提供用于在无线通信系统中保持用户站的波束方向以用于波束形成的装置及方法。
本发明的另一方面提供用于在无线通信系统中提供和接收与用户站的运动识别传感器相关的控制消息的装置及方法。
本发明的另一方面提供用于在无线通信系统中根据用户站的运动来校正波束方向的装置及方法。
本发明的又一方面提供用于混合波束形成的装置及方法。
本发明的再一方面提供用于在无线通信系统中测量用户站的运动的装置及方法。
本发明的仍一方面提供用于在无线通信系统中使用运动识别传感器测量用户站的运动的装置及方法。
根据本发明的一个方面，提供一种用于执行无线通信系统中的波束锁定的装置。所述装置包括：至少一个运动识别传感器，用于测量指示所述装置的移动和运动中的至少一个的至少一个物理值。所述装置也包括：处理器，用于计算指示在所述至少一个物理值和参考方向的参考值之间的差的差值，使用所述差值确定波束控制参数，以用于使所述装置与对应装置的波束的波束方向对齐，并且根据所述波束控制参数调整所述波束方向。
根据本发明的另一方面，提供一种用于执行无线通信系统中的波束锁定的方法。使用至少一个运动识别传感器来测量指示装置的移动和运动中的至少一个的至少一个物理值。计算指示在所述至少一个物理值和参考方向的参考值之间的差的差值。使用所述差值确定用于使所述装置和对应装置的波束的波束方向对齐的波束控制参数。根据所述波束控制参数调整所述波束方向。
根据本发明的另外的方面，提供一种无线通信系统中的用户站的操作方法。生成第一控制消息，其包括关于用于测量所述用户站的移动和运动中的至少一个的至少一个运动识别传感器的信息。所述第一控制消息被发送到基站。
根据本发明的又一方面，提供一种无线通信系统中的基站的操作方法。接收第一控制消息，其包括关于用于测量所述用户站的移动和运动中的至少一个的至少一个运动识别传感器的信息。经由所述第一控制消息获得关于用于测量所述用户站的移动和运动中的至少一个的至少一个运动识别传感器的信息。
根据本发明的另一方面，提供一种用于无线通信系统中的用户站的装置。所述装置包括：控制器，用于生成第一控制消息，所述第一控制消息具有关于用于测量所述用户站的移动和运动中的至少一个的至少一个运动识别传感器的信息。所述装置也包括：收发器，用于将所述第一控制消息发送到基站。
根据本发明的仍一方面，提供一种用于无线通信系统中的基站的装置。所述装置包括：收发器，用于接收第一控制消息，所述第一控制消息具有关于用于测量所述用户站的移动和运动中的至少一个的至少一个运动识别传感器的信息。所述装置也包括：控制器，用于经由所述第一控制消息获得关于用于测量所述用户站的移动和运动中的至少一个的至少一个运动识别传感器的信息。
附加地，根据本发明的另一方面，提供一种用于在无线通信系统中执行波束锁定的制品，所述制品包括包含一个或多个程序的机器可读介质，所述一个或多个程序当被执行时实现以下步骤：使用至少一个运动识别传感器测量指示装置的移动和运动中的至少一个的至少一个物理值；计算指示在所述至少一个物理值和参考方向的参考值之间的差的差值；使用所述差值，确定用于使所述装置和对应装置的波束的波束方向对齐的波束控制参数；根据所述波束控制参数调整所述波束方向。
根据本发明的又一方面，提供一种用于混合波束形成的装置。所述装置包括：编码器和调制器，用于将信息位流转换成复码元；多个预编码器，每一个在多个路径中的一个上，每一个将所述复码元乘以相应的波束形成参数；以及多个快速傅里叶逆变换(IFFT)控制器，每一个在多个路径中的一个上，用于将相乘后的复码元转换成作为数字信号的OFDM码元。所述装置也包括：多个数模转换器，每个在多个路径中的一个上，用于将所述数字信号转换成模拟信号；以及多个混频器，每个在多个路径中的一个上，用于将所述模拟信号转换成射频(RF)信号。所述装置还包括：在多个路径中的每一个上的多个相位/幅度转换器，用于改变所述RF信号的幅度和相位。各个路径的每一个相位/幅度幅度转换器将RF信号提供给多个天线中的不同天线。附加地，所述装置包括用于发送来自多个路径的相应的加总的RF信号的多个天线。
根据本发明的另一方面，提供一种用于混合波束形成的方法。在编码器和调制器处将信息位流转换成复码元。在多个预编码器处将所述复码元乘以相应的波束形成参数，每一个预编码器在多个路径中的一个上。在多个IFFT操作器处将相乘后的复码元转换成作为数字信号的OFDM码元，每一个IFFT操作器在多个路径中的一个上。在多个数模转换器处将所述数字信号转换成模拟信号，每个数模转换器在多个路径中的一个上。在多个混频器处将所述模拟信号转换成RF信号，每个混频器在多个路径中的一个上。在多个路径中的每一个上的多个相位/幅度转换器处改变所述RF信号的幅度和相位。相应路径的每一个相位/幅度转换器将RF信号提供给多个天线中的不同天线。在多个天线处从多个路径发送相应的加总的RF信号。
附图说明
从下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它方面、特征和优点将更加清楚，在附图中：
图1是图示无线通信系统中的发送器和接收器的图；
图2是图示无线通信系统中的天线的功率辐射模式的图；
图3是图示在无线通信系统中的采用波束形成技术的基站的波束的图；
图4A到4D是图示根据本发明实施例的无线通信系统中的基站和用户站的波束方向的图；
图5A到5C是图示根据本发明实施例的用于在无线通信系统中使用传感器测量用户站的运动和移动的过程的图；
图6是图示根据本发明实施例的在无线通信系统中基于用户站的运动校正的波束方向的图；
图7是图示根据本发明实施例的无线通信系统中的波束未对齐的控制的框图；
图8A到8C是图示根据本发明实施例的用于无线通信系统中的波束形成的组件的图；
图9是图示根据本发明实施例的用于无线通信系统中的波束控制的信令过程的图；
图10是图示根据本发明实施例的无线通信系统中的波束锁定方法的图；
图11是图示根据本发明另一实施例的无线通信系统中的波束锁定方法的图；
图12是图示根据本发明实施例的用于无线通信系统中的波束锁定的装置的图；以及
图13是图示根据本发明实施例的在无线通信系统中的基站和用户站之间的信令的图。
具体实施方式
将参照附图详细描述本发明的实施例。尽管在不同的图中图示，但相同或类似的组件可以通过相同或类似的参考标记来指示。将省略对本领域中公知的构造或过程的详细描述，以避免模糊本发明的主题。
下列描述及权利要求中使用的术语和词汇不局限于它们的字典含义，发明人使用这些术语和词汇仅仅是为了使得能够清楚和一致地理解发明。因此，对本领域技术人员应当清楚的是，下列对本发明实施例的描述仅仅是出于举例说明的目的而提供的，并非为了对权利要求及其等效物所限定的发明进行限制。
应当理解，单数形式“一”、“一个”也包括复数指代，除非上下文明确地给出相反指示。因而，例如，当提到“一个组件表面”时，包括了一个或多个这样的表面。
术语“基本上”指的是不需要精确地实现特性、参数或者值，而是可以发生总计不影响所述特性意图提供的效果的偏差或者变化，例如包括公差、测量误差、测量精度限制及本领域技术人员已知的其它因素。
本发明的实施例提供用于保持无线通信系统中的用户站的波束方向的技术。
为了克服波束方向的未对齐，在本发明的实施例中，需要测量用户站的运动和移动。可以以各种方式测量所述用户站的运动和移动。例如，依据本发明的实施例，可以通过下面详细描述的传感器来测量所述用户站的运动和移动。
加速度传感器根据在三维空间中的运动或者移动检测重力的改变从而测量加速度。使用所述加速度传感器，可以在三维空间中测量装置的倾斜的方向、倾斜的角度、倾斜的角速度、倾斜的角加速度、移动方向、距离、速度以及加速度。
陀螺仪传感器测量在三维旋转轴上的旋转，并且依赖在三维旋转轴上的物体倾向于保持静止状态的性质。使用所述陀螺仪传感器，可以在三维空间中测量装置的旋转方向、旋转角度、旋转角速度以及旋转角加速度。
指南针传感器(compass sensor)可以基于使用指南针的原理测量装置的当前方向和方向改变。
全球定位系统(GPS)可以通过从卫星接收位置信号来准确地测量为纬度和经度坐标的装置的当前位置。所述GPS可用来测量装置的当前位置信息和位置改变。
高度传感器使用用于测量压力的传感器来测量大气压，从而测量相对于海平面表达的绝对高度值。
使用上述传感器中的一个或多个，可以在三维空间中测量用户站的运动或者移动的信息。本发明不局限于这些传感器，并且可以采用其它传感器以用于这样的测量。
图5A-5C是图示根据本发明实施例的用于在无线通信系统中使用传感器测量用户站的运动和移动的方法的图。具体来说，图5A-5C图示了使用上述传感器中的至少一个测量根据用户站的移动的用户站的倾斜、旋转和位置改变。
图5A图示了根据本发明实施例的使用加速度传感器对在构建三维空间的三个轴(即，x轴、y轴和z轴)上的倾斜角的测量。参照图5A，单轴加速度传感器可以测量指示在垂直方向(z轴)上的斜率的值θz。二轴的或者三轴的加速度传感器可以测量指示在水平方向(x轴和y轴)上的斜率的值θx和θy。也可以测量作为基于时间的角度改变的角速度dθ/dt和角加速度(d2θ)/(d2t)。加速度传感器可以与指南针传感器一起使用。指南针传感器可以在水平方向上提供绝对方向的参考。因此，当一起使用单轴加速度传感器和指南针传感器时，可以获得相当于从三轴加速度传感器获得的结果的结果。仅使用加速度传感器，可以获取角度、角速度和角加速度的相对改变值。然而，当一起使用加速度传感器和指南针传感器时，可以获得角度、角速度和角加速度的绝对值改变。因此，指南针传感器可用来设置加速度传感器的参考方向。
图5B图示了根据本发明实施例的使用陀螺仪传感器对在三维空间的三个轴(即，x轴、y轴和z轴)上的旋转角的测量。使用陀螺仪传感器，可以测量在x(俯仰(pitch))轴、y(翻滚(roll))轴和z(摆动(yaw))轴上的旋转角φ1、φ2和φ3。取决于要测量的旋转轴的数量，可以使用一轴的、二轴的以及三轴的陀螺仪传感器之一。也可以测量作为基于时间的旋转改变的旋转角速度dφ/dt和旋转角加速度(d2φ)/(d2t)。陀螺仪传感器可以与指南针传感器一起使用。指南针传感器在水平方向上提供绝对方向的参考。因此，当仅使用陀螺仪传感器时，可以获得旋转角度、旋转角速度以及旋转角加速度的相对改变值。相反，当一起使用陀螺仪传感器和指南针传感器时，可以获得旋转角度、旋转角速度和旋转角加速度的绝对值改变。因此，指南针传感器可用来设置陀螺仪传感器的参考方向。
图5C图示了根据本发明实施例的使用GPS、指南针传感器、高度传感器和加速度传感器对在形成三维空间的三个轴(即，x轴、y轴和z轴)上的小的运动和移动状态的测量。使用GPS、指南针传感器、高度传感器和加速度传感器，可以测量高度(z轴)的位置和地表(x轴和y轴)方向。GPS、指南针传感器、高度传感器和加速度传感器还可以测量作为基于时间的位置改变的速度值dx/dt、dy/dt和dz/dt以及加速度值(d2x)/(d2t)、(d2y)/(d2t)和(d2z)/(d2t)。GPS有助于对在水平方向上以一速度移动的装置的位置改变的测量，而不是精确测量在静止状态中的运动的改变，并且提供绝对的纬度和经度坐标，而非相对坐标。因此，不必分别定义参考位置。使用指南针传感器，易于测量在水平方向上以一速度移动的装置的方向改变。高度传感器可以测量关于在垂直方向上的运动或者移动的绝对高度值。相反，加速度传感器可以测量在静止状态中的垂直的和水平的运动改变，并且也测量以一速度移动的装置的位置改变。因为加速度传感器提供相对位置的改变值，而非绝对坐标，所以需要定义参考位置。因为可以使用GPS、指南针传感器和高度传感器以及加速度传感器来获取在水平的和垂直的方向上的绝对参考位置和参考方向，所以可以测量绝对坐标。
图6是图示根据本发明实施例的在无线通信系统中基于用户站的运动校正的波束方向的图。
参照图6，当基站和用户站之间的波束方向对齐时，所述用户站将对齐的波束方向设置为参考方向601。例如，可以通过上述波束训练来设置波束方向的参考方向601。可替换地，对齐的波束方向的参考方向601可以基于基站和用户站之间的位置信息来定义。可以采用其它方案来设置参考方向601。例如，当可使用能够测量绝对位置或者方向的GPS、指南针传感器和高度传感器时，用户站可以将三维方向的精确位置或者方向设置为参考方向601。当加速度传感器或者陀螺仪传感器可用时，用户站可以将与参考方向601相对应的参考值设置为‘0’并且测量相对角或者旋转角度。
当用户站的运动所引起的倾斜和旋转以及基于用户站的移动的波束方向改变时，用户站测量相对于参考方向的改变。具体来说，用户站测量三维空间中的物理改变值。三维的物理改变值可以被测量为在水平的(即，x轴和y轴)和垂直的(即，所z轴)方向上的角度、角速度、角加速度、旋转角度、旋转角速度、旋转角加速度、移动距离、移动速度以及移动加速度。物理改变值可以以各种方式来测量。在本发明的实施例中，物理改变值可以使用各种传感器来测量。例如，传感器可以包括加速度传感器、指南针传感器、角速度传感器、高度传感器、陀螺仪传感器以及GPS中的至少一个。
用户站通过根据物理改变值来校正波束方向而将所述波束方向保持在参考方向601上。例如，当用户在通过电话机讲话的同时转动他的/她的头或者移动时，与基站对齐的用户站的波束方向改变。当用x轴、y轴和z轴的正交方向表示空间并且波束方向在z轴上相对于参考方向601旋转30度时，用户站的波束方向通过在z轴上将用户站的波束方向转动-30度来保持在参考方向601上。因此，虽然用户站的波束方向旋转了30度，但是基站可以不管用户站的波束方向旋转而在现有的波束方向上仍与用户站通信。更具体地，当对于用户站的运动或者移动所引起的物理方向和位置改变而执行直接通过用户站补偿波束方向的本算法时，基站与用户站通信，就好像基站没有物理移动那样。在这种情况下，在基站和用户站之间的上行链路和下行链路通信中实现了无系统开销的有效波束形成。
该用于保持波束方向的技术包括：将用于保持基站和用户站之间的最佳通信质量的用户站的波束方向设置为参考方向；当波束方向改变时，测量物理改变值；以及基于所测量的物理改变值来补偿波束方向。在这里，用于保持波束方向的技术被称为波束锁定方案。所述波束锁定方案可应用于任何可以在无线通信系统中移动并且采用波束形成技术的站。
图7是图示根据本发明实施例的对无线通信系统中的波束未对齐的控制的框图。
参照图7，为了控制波束未对齐，需要参考波束/方向设置块710、参考值存储块720、传感器块730、运算块740、波束控制块750以及天线760。
参考波束/方向设置块710选择使基站和用户站之间的通信质量最大化的最佳波束和/或波束方向。参考波束/方向设置块710也将最佳波束方向设置为用于波束锁定过程的参考方向。选择使通信质量最大化的最佳波束和/或波束方向的一个示例是上述波束训练步骤。参考波束/方向设置块710的参考方向可以与波束锁定方案独立地设置。例如，参考方向可以以固定时间间隔、周期地设置，或者在发生预定事件时设置。
参考值存储块720是比如存储器的存储装置，其将表示由参考波束/方向设置块710设置的参考波束和/或波束方向的参考值存储为物理数值。所述参考值可以是基于位置信息的绝对值，或者可以被设置为零。参考值的详细形式可以根据用户站可用的传感器类型而变化。当使用GPS、指南针传感器以及高度传感器时，所述参考值可以被定义为绝对值。更具体地，当使用GPS时，所述参考值可以被表示为指示在用户水平方向上的位置的纬度及经度坐标。当使用指南针传感器时，所述参考值可以被表示为指示在水平方向上、基于北方的旋转角的角度。当使用高度传感器时，所述参考值可以被表示为在垂直方向上的、基于海平面的高度值。当使用加速度传感器或者陀螺仪传感器时，所述参考值可以被表示为相对值。因为不单独使用加速度传感器或者陀螺仪传感器来测量绝对方向值，所以最好通信质量的波束和/或波束方向可以被设置为零。
传感器块730根据用户站的运动或者移动来检测用户站的波束方向的改变。传感器块730包括加速度传感器、陀螺仪传感器、指南针传感器、高度传感器以及GPS中的至少一个。传感器块730可以包括除了上述传感器之外的用于检测运动和/或移动的其它传感器。传感器块730以固定时间间隔重复地测量在三维空间的水平(x轴和y轴)及垂直(z轴)方向上的角度、角速度、角加速度、旋转角度、旋转角速度、旋转角加速度、移动距离、移动速度以及移动加速度中的一个或多个的值。传感器块730的输出值可以取决于用户站中的传感器的类型和特性以及参考值的定义形式而变化。例如，当传感器块730的输出值是速度值(例如，移动速度、角速度以及旋转角加速度)并且所述参考值是移动距离、角度以及旋转角时，传感器块730需要对所测量的速度值进行积分并将其转换成参考值。然而，除了传感器块730之外，转换操作也可以由分离的块执行。例如，当传感器块730的输出值是加速度值(例如，移动加速度、角加速度以及旋转加速度)并且所述参考值是移动距离、角度以及旋转角时，需要通过在时间轴上的两次积分来将输出转换成参考值。
运算块740计算传感器块730的输出值和存储到参考值存储块720的参考值之间的差值。具体来说，运算块740计算所述差值，使用所述差值确定偏差值，并且输出所述偏差值。所述偏差值被提供为到波束控制块750的输入以用于调节用户站的波束方向并且用于采用实际的波束锁定方案。在传感器块730中，所述偏差值可以被确定并且被输出为输出值的周期。
波束控制块750使用从运算块740输出的偏差值形成使偏差值为‘0’或者小于特定阈值的波束。所述偏差值可以被提供为比如三维的角度或者旋转角度的值。当所述偏差值被提供为移动距离或者坐标值时，波束控制块750使用正弦、余弦以及正切的反三角函数将未对齐的实际波束方向的偏差值转换成角度值或者旋转角度值。所述转换操作也可以由除了波束控制块750之外的分离的块进行。波束控制块750的详细构造可以根据波束形成方案而变化。例如，波束控制块750可以符合数字波束形成、模拟波束形成、混合波束形成以及机械地调整天线方向的波束形成中的至少一个。如果天线760包括具有不同的固定波束方向的多个天线群，则波束控制块750通过激活或者去激活天线群来形成波束。在这种情况下，波束控制块750选择要激活的天线群的索引。
天线760包括用于辐射信号的多个天线。天线760可以包括包含具有静态辐射图案的多个天线或者至少一个天线(即，喇叭形天线)的阵列。具体来说，天线块760包括至少一个定向天线。该定向天线是具有方向性的任何天线。天线块760根据波束控制块750的波束形成来形成发送和接收波束。
图8A、8B以及8C是根据本发明实施例的用于无线通信系统中的波束形成的框图。
根据何时执行波束形成，波束形成被分类为数字波束形成以及模拟波束形成。数字波束形成和模拟波束形成之间的差别在于用于确定波束方向的波束形成参数是在数模转换器(DAC)之前还是之后确定。数字波束形成在DAC之前将波束形成参数乘以位流。在模拟波束形成中，所述波束形成参数在DAC之后调整信号的幅度或者相位以通过天线发送。当执行数字波束形成和模拟波束形成两者时，混合波束形成是可用的。
图8A是用于数字波束形成的装置的框图。参照图8A，通过编码器811和调制器812将信息位流转换成复码元流。当经由天线发送独立的数据信息时，所述复码元被多路复用并被输出到相应路径。当通过所有天线发送相同的数字信息时，相同的复码元被输出到每个路径。在相应路径的预编码器813-1到813-N处将所述复码元乘以波束形成参数Wd1到WdN。经由IFFT操作器814-1到814-N、并串(P/S)转换器815-1到815-N以及循环前缀(CP)插入器816-1到816-N将所述复码元转换成正交频分多路复用(OFDM)码元。经由DAC817-1到817-N将作为数字信号的OFDM码元转换成模拟信号。所述路径的模拟信号通过混频器819-1到819-N被转换成射频(RF)信号，通过功率放大器(PA)820-1到820-N被放大，并且通过天线#1到#N被发送。如上所述，所述数字波束形成提供每个天线的DAC817-1到817-N，并且波束形成参数在DAC817-1到817-N之前乘以复码元。因此，给定N个天线，数字波束形成的波束形成参数包括Wd1到WdN并且参数的每个因子是复数。当多个天线群构成一个天线时，可以采用多输入多输出(MIMO)方案。在这种情况下，定义每个天线群的波束形成参数Wd1到WdN，并且波束形成参数的每个因子是包括复数的矢量矩阵。
图8B是用于模拟波束形成的装置的框图。参照图8B，通过编码器821和调制器822将信息位流转换成复码元流。经由IFFT操作器823、P/S转换器824和CP插入器825将复码元转换成OFDM码元。作为数字信号的OFDM码元通过DAC826被转换成模拟信号，并且通过混频器827被转换成RF信号。RF信号中的每一个被输入到每个天线的路径，通过相位/幅度转换器828-1到828-N改变幅度和相位，通过PA829-1到829-N被放大，并且通过天线#1到#N发送。如上所述，所述模拟波束形成对所述信息位流进行信道编码、调制以及模拟转换，在通过天线发送之前改变模拟信号的幅度或者相位，从而，确定在每个天线处发送的波束方向。例如，当在每个天线，波束形成参数是Wa1到WaN时，波束形成参数的每个因子包括每个天线的信号的幅度值和相位值中的至少一个。模拟波束形成可以同时改变幅度值和相位值，或者单独调整相位值。当多个天线群构成一个天线时，可以采用MIMO方案。在这种情况下，每个天线群定义波束形成参数Wa1到WaN，并且波束形成参数的每个因子是包括每个天线群的信号的幅度值和相位值中的至少一个的矩阵或者矢量。
图8C是根据本发明实施例的用于混合波束形成的装置的框图。参照图8C，通过编码器831和调制器832将信息位流转换成复码元。与图8A类似，在路径的预编码器833-1到833-N处将所述复码元乘以波束形成参数Wd1到WdN。经由IFFT操作器834-1到834-N、P/S转换器835-1到835-N以及CP插入器836-1到836-N将所述复码元转换成OFDM码元。作为数字信号的OFDM码元通过DAC837-1到837-N被转换成模拟信号，并且通过混频器838-1到838-N被转换成RF信号。与图8B类似，通过天线路径的相位/幅度转换器841-11到841-1N、…、841-N1到841-NN在幅度和相位上改变路径的数字波束形成信号。通过加法器842-1到842-N加总要发送到相同天线的信号。加总的信号通过天线路径的PA843-1到843-N放大，然后通过相应天线#1到#N发送。如上所述，混合波束形成包括数字波束形成以及模拟波束形成两者。在这种情况下，波束形成参数对于数字波束形成包括Wd1到WdN并且对于模拟波束形成包括Wa1到WaN，并且两种类型的波束形成参数独立地控制波束形成或者基于特定关系式来控制。
图8A、8B和8C是图示发送波束形成的图。对于接收波束形成，DAC被模数转换器(ADC)所替代，编码器被解码器替代，调制器被解调器替代，并且放大器的方向和信号的传送方向从右变成左。
图9是图示根据本发明实施例的用于无线通信系统中的波束控制的信令过程的图。
参照图9，在步骤901中，基站910和用户站920执行波束训练。基站910和用户站920每个可以执行波束形成。用户站920从基站910的不同方向的发送波束之中选择具有最好接收状态的波束，并且基站910从用户站920的不同方向的发送波束之间选择具有最好接收状态的波束。如上所述，对最好波束方向的确定可以被称为波束训练。波束训练可以周期地在数据交换之前或者之后或者在必要时进行。
在通过波束训练选择了最佳发送和接收效率的偏好的波束之后，在步骤903中，用户站920将偏好的波束的方向设置为参考方向。可以取决于哪种传感器被安装到用户站920来将参考方向设置为绝对值或者相对值。
在步骤905中，用户站920在没有基站910的帮助下独立地执行波束未对齐控制。具体来说，用户站920根据本发明实施例的波束锁定方案来克服波束未对齐。更具体地，当基站910和用户站920之间的波束方向由于用户的运动或者移动而未对齐时，用户站920执行波束未对齐控制过程以校正未对齐。因此，基站910和用户站920之间对齐的波束被保持以使发送和接收效率最大化。
在步骤907中，基站910和用户站920重复波束训练。在这里，可以根据预定的波束训练的周期或者在必要时执行步骤907。具体来说，即使当使用波束锁定方案保持波束对齐时，基站910和用户站920也以相对长的周期进行波束训练，这是因为稳定的波束对齐是有保证的。用户站920在步骤909中设置用于波束对齐的新的参考方向，并且在步骤911中执行波束未对齐控制。
可以通过波束训练在任何时刻重置波束参考方向。在重置之后，利用新的参考方向值控制波束未对齐。
可以按时间顺序执行用于波束锁定的波束训练过程和波束未对齐控制过程。在本发明的其它实施例中，可以独立地执行波束训练和波束未对齐控制。在这种情形下，所述用户站使用传感器继续波束未对齐控制，并且波束训练不管波束未对齐控制而更新波束的参考方向。因此，本发明的波束锁定方法不是必定包括波束训练过程。
下面更详细地描述用于如上所述的波束锁定的装置的操作和结构。
下文中，假定在波束锁定之前设置基站和用户站之间的波束的参考方向。可以在基站和用户站之间初始设置、周期性地重置或者必要时重置参考波束方向。例如，所述装置可以将波束方向设置为多个候选方向，重复地发送训练参考信号，并且选择对齐的波束方向的候选方向。此外，所述装置可以精细化波束宽度以使用更窄的波束。
图10图示了根据本发明实施例的无线通信系统中的波束锁定方法。
参照图10，在步骤1001中，所述装置使用至少一个运动识别传感器、根据用户的移动和/或运动来测量装置的移动和/或运动的物理值。例如，所述至少一个运动识别传感器可以包括如上面图5中所述的加速度传感器、指南针传感器、陀螺仪传感器、高度传感器和GPS中的至少一个。所述物理值包括基于时间变化的、根据在三维空间(即x轴、y轴和z轴)中的倾斜、旋转或者移动的绝对角度值、旋转角值和位置值中的至少一个。更具体地，所述物理值包括在三维空间中的运动或者移动的方向、运动或者移动的距离、运动或者移动的速度、运动或者移动的加速度、倾斜方向、倾斜角度、倾斜角速度、倾斜角加速度、旋转方向、旋转角度、旋转角速度和旋转角加速度、当前方向、方向改变、基于北方的在水平方向上的位置坐标和位置坐标的改变以及高度和由于运动和移动中的至少一个所导致的高度改变中的至少一个。
在步骤1003中，所述装置计算参考值和至少一个运动识别传感器所测量的物理值之间的差值。所述参考值指示与所述参考方向相对应的物理值。具体来说，所述装置根据在步骤1001中测量的移动和/或运动来计算比如角度、旋转角度以及位置的物理值相对于参考值改变了多少。例如，所述装置可以基于下面的公式(2)来计算偏差值。
D=V-R…(2)
在公式(2)中，D表示偏差，V表示至少一个运动识别传感器所测量的值，并且R表示参考值。
可替换地，所述装置可以基于下面的公式(3)来计算偏差值。
D=f(V-R)…(3)
在公式(3)中，D表示偏差，V表示至少一个运动识别传感器所测量的值，R表示参考值，并且f()表示用于处理值(V-R)以促进对偏差值的处理的函数。例如，因为(V-R)可能是负实数，所以为了始终得到有意义的D，f()可以是总是使D为正实数的用于计算绝对值的函数。作为另一个示例，为使D为概率性的标准偏差值，f()可以是用于计算(V-R)的平方的函数，或者用于计算V和R的平方的差值的平方的函数。
在步骤1005中，所述装置使用在步骤1003中计算的差值来确定是否发生波束未对齐。例如，当D是零时，没有发生波束方向的未对齐。当改变的程度是轻微的并且D不是零时，没有发生波束方向的未对齐。具体来说，当D不超过阈值D′，所述装置可以确定没有发生波束方向的未对齐。例如，当用于值D的物理改变的参数是(a,b,c)，并且用于阈值D′的物理改变的参数是(a′,b′,c′)时，仅在满足a≥a′、b≥b′和c≥c′中的至少一个时可以确定波束方向的未对齐。值(a,b,c)可以根据用户站所使用的传感器的类型而变化。三维的物理改变值可以以水平(即，x轴和y轴)和垂直(即，z轴)方向的角度、角速度、角加速度、旋转角度、旋转角速度、旋转角加速度、移动距离、移动速度和移动加速度的形式测量。当值(a,b,c)具有与参考值不同类型的物理值时，必须将值(a,b,c)转换成指示实际波束方向的值。例如，当值(a,b,c)被给定为时间变化值时，所述装置可以通过积分将该值转换为新的(a1,b1,c1)值。当不发生波束未对齐时，所述装置返回到步骤1001以测量运动和/或移动。
当发生波束未对齐时，所述装置在步骤1007中计算用于校正波束未对齐的波束控制参数。具体来说，所述装置将在步骤1003中计算的差值转换成用于控制波束形成的值。这样做时，波束控制参数的详细形式可以根据波束形成方案而变化。例如，所述波束控制参数可以是包括在数字级使用的复数的波束形成矩阵和波束形成矢量中的至少一个。所述波束控制参数可以是通过将波束形成矩阵或者矢量映射到索引值的发送器的预编码码本索引值或者接收器的后编码码本索引值。当进行模拟波束形成时，所述波束控制参数可以是每个天线的相位和幅度值。至于物理地移动天线的波束形成，所述波束控制参数可以是比如旋转或者倾斜的物理控制值。例如，当提前装备与各个波束方向相对应的天线、天线束或者天线阵并且波束索引或者天线索引被分配给每个波束方向时，所述波束控制参数可以包括波束索引和天线索引中的至少一个。
所述波束控制参数可以被解释为使用物理改变值作为输入变量的函数的结果值。更详细地，当参考方向上的波束控制参数可以被表示为W时，W=[w1,…,wN]。具体来说，当波束是通过对于N个天线或者N个天线群中的每一个的波束形成而形成的时，W可以被表示为N个矢量值。所述矢量值变成波束控制参数。所述波束控制参数可以通过将公式(1)和公式(2)的值D作为输入变量的函数值来确定。所述波束控制参数可以如下面的公式(4)所陈述地提供。
W=f(D)…(4)
在公式(4)中，W表示波束控制参数，D表示传感器所测量的值和参考值之间的偏差，并且f()表示用于从D计算W的函数。可以基于波束形成方案和用户站所使用的传感器类型、以各种方式定义f()。
在计算波束控制参数之后，所述装置在步骤1009中使用波束控制参数来控制波束方向。具体来说，所述装置将在步骤1007中计算的波束控制参数应用到波束形成。因此，所述装置可以处理在步骤1005中确定的波束未对齐。
虽然图10中未图示，但是所述装置可以在于步骤1001中测量运动和/或移动之前设置参考方向。例如，所述装置可以通过波束训练过程来设置所述参考方向。例如，所述装置可以将波束方向设置为多个候选方向，重复地发送训练参考信号，并且选择对齐的波束方向的候选方向。此外，所述装置可以精细化波束以使用更窄的波束。
虽然图10中未图示，但是所述装置可以确定在于步骤1001中测量运动和/或移动之前是否发生运动或者移动。在检测运动或者移动之时，所述装置执行步骤1001到1009。
图11是图示根据本发明另一实施例的无线通信系统中的波束锁定方法的图。
参照图11，所述装置在步骤1101中使用至少一个运动识别传感器、根据用户的移动或者运动测量装置的移动和/或运动的物理值。例如，所述至少一个运动识别传感器可以包括如上面图5中所述的加速度传感器、指南针传感器、陀螺仪传感器、高度传感器以及GPS中的至少一个。所述物理值包括基于时间变化的、根据三维空间(即，x轴、y轴和z轴)中的倾斜、旋转或者移动的绝对角度值、旋转角度值以及位置值中的至少一个。更具体地，所述物理值包括在三维空间中的运动或者移动的方向、运动或者移动的距离、运动或者移动的速度、运动或者移动的加速度、倾斜方向、倾斜角度、倾斜角速度、倾斜角加速度、旋转方向、旋转角度、旋转角速度和旋转角加速度、当前方向、方向改变、基于北方的在水平方向上的位置坐标和位置坐标的改变以及高度和由于运动和移动中的至少一个所导致的高度改变中的至少一个。
在步骤1103中，所述装置计算参考值和至少一个运动识别传感器所测量的物理值之间的差值。在这里，所述参考值指示与所述参考方向相对应的物理值。具体来说，所述装置根据在步骤1101中测量的移动或者运动计算比如角度、旋转角以及位置的物理值相对于参考值改变了多少。例如，所述装置可以基于公式(2)或者公式(3)来计算偏差值。
在步骤1105中，所述装置计算用于校正波束未对齐的波束控制参数。换句话说，所述装置将在步骤1103中计算的差值转换为用于控制波束形成的值。这样做时，波束控制参数的详细形式可以根据波束形成方案而变化。例如，所述波束控制参数可以是包括在数字级使用的复数的波束形成矩阵和波束形成矢量中的至少一个。所述波束控制参数可以是通过将波束形成矩阵或者矢量映射到索引值的发送器的预编码码本索引值或者接收器的后编码码本索引值。例如，当进行模拟波束形成时，所述波束控制参数可以是每个天线的相位和幅度值。至于物理地移动天线的波束形成，所述波束控制参数可以是比如旋转以及倾斜的物理控制值。例如，当提前装备与各个波束方向相对应的天线、天线束或者天线阵并且波束索引或者天线索引被分配给每个波束方向时，所述波束控制参数可以包括波束索引和天线索引中的至少一个。
在步骤1107中，所述装置使用所述波束控制参数来控制波束方向。具体来说，所述装置将在步骤1105中计算的波束控制参数应用到所述波束形成。因此，所述装置可以处理在步骤1105中确定的波束未对齐。
虽然图11中未图示，但是，所述装置可以在于步骤1101中测量运动和/或移动之前设置参考方向。例如，所述装置可以通过波束训练过程来设置所述参考方向。例如，所述装置可以将波束方向设置为多个候选方向，重复地发送训练参考信号，并且选择对齐的波束方向的候选方向。此外，所述装置可以精细化波束以使用更窄的波束。
虽然图11中未图示，但是所述装置可以确定在于步骤1101中测量运动和/或移动之前是否发生运动或者移动。在检测运动或者移动之时，所述装置执行步骤1101到1107。
图12是图示根据本发明实施例的用于无线通信系统中的波束锁定的装置的框图。
如图12中所示，所述装置包括存储器1210、感测部件1220、处理器1230、通信接口1240以及波束形成器1250。
存储器1210存储用于装置的操作的程序、微码、安装信息、系统信息以及业务数据。具体来说，存储器1210存储用于波束锁定的值。具体来说，存储器1210可以存储与参考方向相关的物理量，即，倾斜方向、倾斜角度、方向、旋转方向、位置坐标以及高度中的至少一个。此外，存储器1210可以存储感测单元1220所测量的物理值，即在三维空间中的运动或者移动的方向、运动或者移动的距离、运动或者移动的速度、运动或者移动的加速度、倾斜方向、倾斜角度、倾斜角速度、倾斜角加速度、旋转方向、旋转角度、旋转角速度和旋转角加速度、当前方向、方向改变、基于北方的在水平方向上的位置坐标和位置坐标的改变以及高度和高度改变中的至少一个。此外，存储器1210可以存储用于基于用于波束锁定的装置的移动和/或运动计算新的波束参数的函数和查找表。
感测单元1220包括至少一个运动识别传感器。感测单元1220使用所述至少一个运动识别传感器测量指示装置的移动和/或运动的物理值，并且将测量结果提供给处理器1230。感测单元1220可以包括加速度传感器1221、陀螺仪传感器1222、指南针传感器1223、高度传感器1224以及GPS模块1225中的至少一个。尽管感测单元1220包括图12中的加速度传感器1221、陀螺仪传感器1222、指南针传感器1223、高度传感器1224以及GPS模块1225中的所有，但是在本发明的各种实施例中，可以排除至少一个传感器。所述物理值可以包括根据在三维空间(即，x轴、y轴和z轴)中的倾斜、旋转或者移动的绝对角度值、旋转角度值、位置值以及这些值的时间变化中的至少一个。
处理器1230控制装置的操作。详细地，处理器1230控制存储器1210的读/写操作，处理从感测单元1220输出的测量结果，将发送数据提供给通信接口1240，处理从通信接口1240供应的接收数据，并且控制波束形成器1250的波束形成。具体地，在本发明的实施例中，处理器1230执行波束锁定方案。为了波束锁定，处理器1230包括波束锁定器1232以及波束形成控制器1234。
波束锁定器1232设置波束的参考方向并且将波束锁定以保持波束的参考方向。更具体地，波束锁定器1232确定在波束方向对齐时的信息；即，参考值。波束锁定器1232可以从感测部件1220获得绝对位置或者方向值以确定参考值，或者将参考值设置为‘0’。波束锁定器1232使用从感测部件1220输出的测量结果来识别装置的移动、运动、倾斜以及旋转，并且计算相对于参考值的差值。在这里，所述参考值指示与波束的参考方向相对应的物理值。例如，波束锁定器1232可以基于上面的公式(2)计算偏差值。波束锁定器1232使用所述差值计算用于使波束方向与参考方向对齐的新的波束控制参数，并且将所述波束控制参数提供给波束形成控制器1234。例如，所述波束控制参数可以是基于上面的公式(4)计算的。如上所述，波束锁定器1232可以以固定时间间隔周期性地或者每次发生运动或者移动时计算所述差值。波束锁定器1232在计算所述差值之后确定波束是否未对齐。只有当检测到波束未对齐时，波束锁定器1232才可以确定是否计算新的波束控制参数。基于从波束锁定器1232供应的波束控制参数，波束形成控制器1234控制波束形成器1250。
通信接口1240将发送位流转换成基带信号并且根据系统的物理层标准将基带信号转换成接收位流。通信接口1240可以处理信道编码及解码、数据调制及解调、用于多天线映射的预编码及后编码、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、快速傅里叶变换(FFT)、逆FFT(IFFT)以及数字波束形成。例如，与正交频分多路复用(OFDM)方案一致，对于数据发送，通信接口1240通过对发送位流进行编码和调制来生成复码元，将复码元映射到子载波，并且通过施加IFFT操作和插入循环前缀(CP)来生成OFDM码元。
波束形成器1250包括多个组件。每个组件在每个天线路径上调节信号的相位和幅度。详细地，波束形成器1250通过根据从处理器1230提供的每个天线的信号的相位和幅度值调节在每个天线路径中发送的信号的相位和幅度来形成波束。图12描绘了与每个天线相对应的一个路径以及路径中的每个天线的波束形成器1250的一个组件。然而，注意在本发明的各种实施例中，对于每个天线，可以分别建立发送路径和接收路径。在这种情况下，每个天线可以装备波束形成器1250的两个组件。
虽然图12中未图示，但是所述装置还可以包括用于执行与对应装置的波束训练的波束训练器。例如，为确定装置的波束的参考方向，波束训练器可以将波束方向设置为多个候选方向，重复地发送训练参考信号，并且选择从对应装置反馈的方向作为参考方向。相反地，为确定对应装置的波束的参考方向，波束训练器可以从对应装置接收多个训练参考信号并且向对应装置通知具有最好通信质量的一个训练参考信号的代码值。此外，波束训练器可以精细化波束以使用更窄的波束。在波束锁定器1232的操作之前，所述波束训练器可以通过波束训练来设置所述参考方向。
图12是根据本发明实施例的用于模拟波束形成的装置的框图。在本发明的实施例中，波束形成可以采用数字波束形成、用于物理地移动天线的波束形成以及用于选择与预定定波束方向相对应的天线、天线束和天线阵中的一个的波束形成。在数字波束形成中，可以省略波束形成器1250并且处理器1240可以通过将发送信号乘以码本来形成波束。在用于物理地移动天线的波束形成中，波束形成器1250的组件每个可以控制天线的位置和角度。在用于选择与预定波束方向相对应的天线、天线束和天线阵中的一个的波束形成中，波束形成器1250控制发送信号到处理器1240选择的天线群以及从所述天线群接收信号。
当用户站如上地锁定波束时，与不进行波束锁定的用户站相比，基站可以较不频繁地执行波束训练。具体来说，所述基站需要辨别进行波束锁定的用户站和不进行波束锁定的用户站。为确定特定用户站是否锁定波束，所述基站需要控制信息交换过程。例如，通过对于用户站的能力协商过程可以向基站通知用户站是否支持波束锁定。
图13是图示根据本发明实施例的在无线通信系统中的基站和用户站之间的信令的图。参照图13，用户站1320在步骤1301中向基站1310发送包括指示是否支持波束锁定的信息的能力信息。更具体地，用户站1320生成通知对波束锁定方案的支持性的控制消息，用户站1320的控制消息通过补偿移动和/或运动所引起的波束方向的改变来进行控制以将波束方向保持在参考方向上，并且将所述控制消息发送给基站1310。例如，指示是否支持波束锁定的信息可以如下面表1中所示地生成。
表1
例如，指示是否支持波束锁定的信息还可以包括如下面表2中所示的详细项目。
表2
在步骤1303中，接收到能力信息的基站1310向用户站1320发送通知对能力信息的接收的确认消息。例如，所述确认消息可以如表3中所示地生成。
表3
在本发明的其它实施例中，可以省略步骤1303。
在本发明的各种实施例中，通过图13的信令，可以交换比表1、表2和表3更详细的关于波束锁定能力的信息。例如，可以交换如表4中所示的指示运动识别传感器的详细性能的信息。
表4
语法 尺寸(位) 描述
加速度传感器 1 指示加速度传感器是启动还是禁止
陀螺仪传感器 1 指示陀螺仪传感器是启动还是禁止
指南针传感器 1 指示指南针传感器是启动还是禁止
高度传感器 1 指示高度传感器是启动还是禁止
GPS 1 指示GPS是启动还是禁止
此外，也可以包括如表5到表9中所示的相应运动识别传感器的详细信息。
表5
表6
表7
表8
表9
消息可以包括表1到表9中的信息项中的至少一个。基站1310或者用户站1320可以发送至少一个控制消息以提供表1到表9中的信息项中的所有或者一部分。例如，用户站1320可以发送仅包括关于至少一个传感器的信息项的控制消息。
此外，图13中未图示，基站1310可以通过如上所述的信令确定用户站1320支持波束锁定方案并且可以调整波束训练时间间隔。在这种情况下，用户站1320的波束训练时间间隔可以比不支持波束锁定方案的用户站的波束训练时间间隔长。
这样做，根据示例性实施例，基站1310可以发送通知经调整的波束训练时间间隔的消息。根据另一示例性实施例，可以预定义与波束锁定方案相对应的波束训练时间间隔。在这种情况下，基站1310和用户站1320可以在没有信令的情况下调整波束训练时间间隔。
对于图13中的信令，基站1310可以包括：控制器，用于生成并分析包括表1到表9中的信息中的至少一个的消息；以及收发器，用于发送所述消息。用户站1320可以包括：控制器，用于生成并分析包括表1到表9中的信息中的至少一个的消息；以及收发器，用于发送所述消息。
如上面所陈述的，通过根据无线通信系统中的用于波束形成的装置的移动和/或运动来补偿波束方向的改变，所述波束方向被保持在参考方向上。因此，即使当所述波束方向突然改变时，也可以完成有效的波束形成。
包括用于执行这里描述的方法的指令或者代码的软件组件可以被存储在一个或多个关联的存储器件(例如，只读存储器(ROM)、固定的或者可移除的存储器)中，并且当准备要利用所述软件组件时，所述软件组件被部分地或者完全地加载(例如，到随机存取存储器(RAM)中)并且通过中央处理单元(CPU)来执行。
尽管已经参照本发明的某些实施例示出和描述了本发明，但本领域技术人员将会理解，可以对本发明进行形式和细节上的各种改变，而不会脱离权利要求及其等效物所限定的本发明的精神和范围。

Claims (24)

1.一种用于在无线通信系统中的波束形成的方法，所述方法包括步骤：
将在终端和基站之间对齐的第一方向设置为参考方向；
使用至少一个运动识别传感器来测量与所述终端的移动和运动中的至少一个相关的、与第二方向对应的第二物理值；
计算指示在所述第二物理值和与所述第一方向对应的第一物理值之间的差值；
使用所述差值确定用于使所述终端的波束的波束方向与所述第一方向对齐的波束控制参数；并且
根据所述波束控制参数调整所述波束方向。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一物理值和所述第二物理值的每一个包括下述中的至少一个：在三维空间中的运动或者移动的方向、运动或者移动的距离、运动或者移动的速度、运动或者移动的加速度、所述终端的倾斜的方向、所述倾斜的角度、所述倾斜的角速度、所述倾斜的角加速度、所述终端的旋转的方向、所述旋转的角度、所述旋转的角速度和所述旋转的角加速度、所述终端的当前方向、所述终端的方向的改变、在水平方向上的位置坐标和位置坐标的改变、以及所述终端的高度和由于运动和移动中的至少一个所导致的高度的改变。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个运动识别传感器包括加速度传感器、陀螺仪传感器、指南针传感器、高度传感器以及全球定位系统(GPS)模块中的至少一个。
4.如权利要求1所述的方法，其中，调整所述波束方向包括：将用于在天线路径中的传输的信号流乘以所述波束控制参数指示的波束形成矢量或者波束形成矩阵。
5.如权利要求1所述的方法，其中，调整所述波束方向包括：根据所述波束控制参数指示的每个天线的信号的相位和幅度值来调整用于在每个天线路径中的传输的信号的相位和幅度。
6.如权利要求1所述的方法，其中，调整所述波束方向包括：根据所述波束控制参数指示的每个天线的控制值来调整每个天线的信号辐射方向。
7.如权利要求1所述的方法，其中，调整所述波束方向包括：激活所述波束控制参数指示的天线群。
8.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述波束控制参数包括：根据使用所述第一方向的波束控制参数和所述差值作为输入变量的预定义规则来确定所述波束控制参数。
9.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述波束控制参数包括：使用根据相对于所述第一方向的波束控制参数的改变来定义波束控制参数的映射表来确定新的波束控制参数。
10.一种用于执行无线通信系统中的波束形成的装置，所述装置包括：
至少一个运动识别传感器，被配置成测量至少一个物理值；和
处理器，被配置成：
将在终端和基站之间对齐的第一方向设置为参考方向；
使用所述至少一个运动识别传感器来测量与所述终端的移动和运动中的至少一个相关的、与第二方向对应的第二物理值；
计算指示在所述第二物理值和与所述第一方向对应的第一物理值之间的差值；
使用所述差值确定用于使所述终端的波束的波束方向与所述第一方向对齐的波束控制参数；并且
根据所述波束控制参数调整所述波束方向。
11.一种用于在无线通信系统中的终端的操作的方法，所述方法包括步骤：
生成包括关于用于测量所述终端的移动和运动中的至少一个的至少一个运动识别传感器的信息的第一控制消息；并且
将所述第一控制消息发送到基站，
其中，所述信息指示所述至少一个运动识别传感器的可用性。
12.如权利要求11所述的方法，还包括：
发送通知波束锁定方案被支持的第二消息，其中，所述波束锁定方案通过根据所述终端的移动和运动中的至少一个补偿波束方向的改变来将所述终端的波束的波束方向保持在参考方向上。
13.一种无线通信系统中的终端的装置，所述装置包括：
至少一个运动识别传感器，被配置成测量至少一个物理值；
处理器，被配置成生成包括关于用于测量所述终端的移动和运动中的至少一个的至少一个运动识别传感器的信息的第一控制消息；和
收发器，被配置成将所述第一控制消息发送到基站，
其中，所述信息指示所述至少一个运动识别传感器的可用性。
14.一种用于在无线通信系统中的基站的操作的方法，所述方法包括步骤：
接收包括关于用于测量终端的移动和运动中的至少一个的至少一个运动识别传感器的信息的第一控制消息；并且
经由所述第一控制消息获得关于用于测量所述终端的移动和运动中的至少一个的至少一个运动识别传感器的所述信息，
其中，所述信息指示所述至少一个运动识别传感器的可用性。
15.一种无线通信系统中的基站的装置，所述装置包括：
收发器，被配置成接收包括关于用于测量终端的移动和运动中的至少一个的至少一个运动识别传感器的信息的第一控制消息；和
处理器，被配置成经由所述第一控制消息获得关于用于测量所述终端的移动和运动中的至少一个的至少一个运动识别传感器的所述信息，
其中，所述信息指示所述至少一个运动识别传感器的可用性。
16.如权利要求10所述的装置，其中，所述第一物理值和所述第二物理值的每一个包括下述中的至少一个：在三维空间中的运动或者移动的方向、运动或者移动的距离、运动或者移动的速度、运动或者移动的加速度、所述终端的倾斜的方向、所述倾斜的角度、所述倾斜的角速度、所述倾斜的角加速度、所述终端的旋转的方向、所述旋转的角度、所述旋转的角速度和所述旋转的角加速度、所述终端的当前方向、所述终端的方向的改变、在水平方向上的位置坐标和位置坐标的改变、以及所述终端的高度和由于运动和移动中的至少一个所导致的高度的改变。
17.如权利要求10所述的装置，其中，所述至少一个运动识别传感器包括加速度传感器、陀螺仪传感器、指南针传感器、高度传感器以及全球定位系统(GPS)模块中的至少一个。
18.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器被配置成：将用于在天线路径中的传输的信号流乘以所述波束控制参数指示的波束形成矢量或者波束形成矩阵。
19.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器被配置成：根据所述波束控制参数指示的每个天线的信号的相位和幅度值来调整用于在每个天线路径中的传输的信号的相位和幅度。
20.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器被配置成：根据所述波束控制参数指示的每个天线的控制值来调整每个天线的信号辐射方向。
21.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器被配置成：激活所述波束控制参数指示的天线群。
22.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器被配置成：根据使用所述第一方向的波束控制参数和所述差值作为输入变量的预定义规则来确定所述波束控制参数。
23.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器被配置成：使用根据相对于所述第一方向的波束控制参数的改变来定义波束控制参数的映射表来确定新的波束控制参数。
24.如权利要求13所述的装置，其中，所述收发器还被配置成发送通知支持波束锁定方案的第二消息，
其中，所述波束锁定方案通过根据所述终端的移动和运动中的至少一个补偿波束方向的改变来将所述终端的波束的波束方向保持在参考方向上。
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