CN106416091B - 无线链路的定向天线的改进控制 - Google Patents

Abstract

本公开涉及无线电接收机(109)、无线电发送机、以及用于评估定向载荷天线的发送和接收天线图案的方法。用于评估定向载荷天线的接收天线图案的方法包括以下步骤：根据预定探测信号接收图案序列，操纵可操纵接收图案天线(101)的探测信号接收图案(102)；以及经由可操纵接收图案天线(101)，接收探测信号(106)；以及根据接收的探测信号(106)，确定取决于预定探测信号接收图案序列的探测信号质量值。

Description

无线链路的定向天线的改进控制

技术领域

本公开涉及无线电发送机、无线电接收机、以及用于评估定向载荷天线的发送和接收天线图案的方法。

背景技术

点对点无线电链路是用于两个固定站点之间的点对点无线电通信的无线收发机系统。无线电链路通常用于蜂窝网络中的回程，即，用于将网络单元(如基站)连接到核心网络。

传统无线电链路一般基于微波传输，并作为规则部署在视线LOS条件中。LOS条件的含义是在两个固定的收发机站点之间存在清楚的视线，因而无线信号传播的传播路径不被障碍物遮挡或阻挡。相反的情形，即，传输路径被遮挡或阻挡并且无线电传播经由折射或反射时，被称为无视线NLOS条件。

无线电链路收发机通常和高定向天线(如碟形天线或喇叭天线)一起使用。因此，天线对齐是无线电链路部署的一个重要方面，因为错误的天线对齐将对系统增益产生不利影响。

天线总是与天线图案相关联，在发送天线的情形中，天线图案描述在给定方向上发射的电磁辐射的增益，在接收天线的情形中，天线图案描述从给定方向接收的电磁辐射的增益。一般具有互易性(Reciprocity)，这意味着发送天线图案和接收天线图案的形状一般基本相同。简言之，天线图案描述了取决于方向(仰角和方位角)的天线增益。

在本文中，发送天线图案和接收天线图案都是相对于全球坐标系统来定义的，这意味着当物理天线的位置和/或方向改变时，天线图案也改变。

例如，考虑具有单个天线主瓣或主波束的碟形天线。当天线被部署时，该碟形天线的天线图案主要描述了主瓣相对全球定位系统(而不是相对于天线自身)的方向(仰角和方位角)和宽度。碟形天线指向的方向的改变导致天线图案的改变。碟形天线的天线图案的优化意味着找到碟形天线的主瓣物理指向的最佳方向。

天线对齐，即设置天线发送和/或接收图案的方向(仰角和方位角)和形状，是无线电链路部署的重要方面。对于部署传统LOS无线电链路和部署近期开发的不需要收发机之间的清楚视线的NLOS型无线电链路来说，都是这样。当前的对齐过程通常基于：先向公知的参考点(如街角、屋檐或建筑物墙壁)进行手动的大致视觉对齐，然后使用使接收信号强度最大化的仪器等进行对齐。

一旦无线电链路的天线相互对齐，即对应的天线发送和接收图案指向了有利的通信方向，则通常将对齐锁定在适当位置，且在链路的余下生命期中不再改变，除非发生一些提示无线电链路的一端或两端的重对齐的罕见事件。该罕见事件可能包括例如回程网络布局的重新设计或无线电链路硬件的交换。

在城市NLOS通信环境中，由于反射和折射点的许多已有组合，两个站点之间通常存在多个可能的无线电信号传播路径。如今，通过将宽波束天线与正交频分复用OFDM和多输入多输出MIMO技术一起使用，在例如移动宽带网络中使用这一点以保护连接。然而，对于高性能点对点无线电链路，则需要具有窄波束天线图案的天线，以使信道上传输的能量最大化，这是为了满足对这类通信系统提出的严格的无线电性能要求所需要的。然而，问题在于，在NLOS点对点无线电链路的部署和初始对齐期间，通常难以手动选择最佳路径或路径组合。

在NLOS通信期间，借助折射和/或反射，利用城市环境中的障碍物来进行传播。然而，环境可能随时间而改变，并且不受无线电链路操作员控制。例如，当例如窗户打开或关闭时，或者如果出现新的物体如标志物或太阳阴影等，建筑物墙体的反射可能提供不同的性能。这些事件可能导致折射或反射的无线电信号改变方向，并且因此使用NLOS信道的通信系统的性能可能恶化。

因此，另一个问题在于，无法期望NLOS无线电链路在传播条件方面呈现出与传统型LOS微波链路相同的稳定性程度，传统型LOS微波链路的天线对齐通常仅在无线电链路的部署期间一次完成。现有的NLOS无线电链路设施无法而且将来也无法将它的天线对齐与不断改变的传播条件相适配，因此如果周围环境改变，就可能遭受性能恶化。

以上提出的问题尤其明显地针对点对点无线电链路，但不限于点对点无线电链路通信系统。由此，多种类型的通信系统中存在类似的问题。

发明内容

本公开的目的在于提供无线电发送机、无线电接收机和方法，它们要以单独或任何组合的形式，用以缓解、减轻或消除现有技术中的上述一个或多个缺陷和缺点，并提供用于NLOS环境中通信的改进装置。

该目的通过无线电接收机中用于评估定向载荷天线的接收图案的方法来实现。所述方法包括根据预定探测信号接收图案序列，操纵可操纵接收图案天线的探测接收图案的步骤。所述方法还包括经由可操纵接收图案天线接收探测信号，以及根据接收的探测信号，确定取决于预定探测信号接收图案序列的探测信号质量值的步骤。

因此，一个优点在于，可以持续评估不同天线接收图案在给定环境下在无线电通信系统中的适用性。

另一个优点是使用预定探测信号接收图案序列。这允许用户将预定探测信号接收图案序列设置为满足一定条件(即仅产生特定接收角范围)的探测信号接收图案序列。因此，在系统部署前或操作期间，可以根据例如政府规章或其他目的来设置预定探测信号接收图案序列。

又一个优点是，使用探测信号来评估接收图案，因而可以与其他信号(例如载荷信号)的接收无关地完成该评估。

根据一个方案，所述方法还包括与接收探测信号并行地接收载荷信号的步骤。载荷信号和探测信号无关且分离。

有利地，因为很多原因，载荷信号和探测信号无关。一个原因是，载荷信号和探测信号无关这一特征意味着可以任意控制和操纵探测信号，而不会使载荷信号的性能有风险。另一个原因是，可以使用适于载荷信号的发送和接收的通信系统，因为不改变也不必改变该通信系统来适应本教导。

根据一个方案，确定的步骤还包括将被操纵的探测信号接收图案序列同步为用于无线电发送机发送探测信号的预定探测信号发送图案序列。这里，确定的步骤还包括：根据接收的探测信号，确定取决于探测信号发送图案和接收图案的组合的探测信号质量值。

因此，可以基于确定的探测信号质量值来评估接收天线图案和发送天线图案的组合。这是有利的，因为可以预期到给定探测信号接收图案的评估的结果依赖于当前使用的探测信号发送图案。这样，一个优点是评估经过部署无线电接收机的环境的不同路径。

根据另一个方案，同步的步骤进一步包括通过解调接收的探测信号来检测探测信号中包括的数据信号。

通过检测探测信号中包括的数据信号的特征，建立无线电发送机与无线电接收机之间的通信链路，这是有利的，因为可以经由数据信号在无线电发送机与无线电接收机之间传递信息，而与任何其他通信装置无关，例如在无线电发送机与无线电接收机之间传递载荷信号。因此，一个优点是其他通信装置保持不受经由数据信号的通信链路的影响。

根据又一个方案，检测到的数据信号包括同步字，所述同步字指示无线电发送机使用的探测信号发送图案序列的开始时间。

根据再一个方案，检测到的数据信号包括当前用于无线电发送机发送探测信号的探测信号发送图案。

因此，提供用于在所使用的天线图的无线电发送机与无线电接收机之间进行同步的装置，而与任何其他通信装置无关，例如在无线电发送机与无线电接收机之间传递的载荷信号，这是一个优点。

根据一个方案，检测到的数据信号包括发送机标识字。发送机标识字包括用以标识产生了接收的探测信号的无线电发送机的信息。

通过标识字，无线电接收机可以标识产生了接收的探测信号的无线电发送机。这是有利的，因为无线电接收机可以使用所述标识字在存在很多探测信号的场景中找到正确的探测信号。此外，偶然从不感兴趣的无线电发送机接收到强探测信号的无线电接收机可以通知操作员，操作员可以采取合适的动作，例如，控制网络干扰水平。

根据一个方案，所述方法还包括与接收探测信号并行地经由载荷天线接收载荷信号的步骤。载荷天线具有载荷天线接收图案，并且与探测信号的发送并行地使用载荷天线发送图案从无线电发送机发送载荷信号。

因此，得到的优点是载荷信号的发送和接收不被探测信号的发送和接收阻碍。这在对载荷信号的可用性有严格要求的通信系统中尤其有利，因为可以在不影响载荷信号的发送和接收的情形下任意修改用于探测信号的发送和接收的发送和接收天线图案。

根据另一个方案，载荷天线和可操纵接收图案天线构成相同的物理天线。

单个天线同时用于探测信号和载荷信号的该特征在安装位置、部署便利性以及制造成本方面是有利的。

根据又一个方案，载荷天线和可操纵接收图案天线构成不同的物理天线。可操纵接收图案天线安装在载荷天线的附近，并且被配置为具有与载荷天线的天线接收图案等同的参考天线接收图案。

这是有利的，因为通过使用实现可操纵接收图案天线的附加单元，可以评估已有天线(如碟形天线)的天线图案。

根据再一个方案，所述方法还包括将对应于载荷天线接收图案或对应于载荷天线发送图案和载荷天线接收图案的组合的探测信号质量值与最高总确定探测信号质量值进行比较的步骤。所述方法还包括：当最高总确定探测信号质量值与对应于载荷天线接收图案或对应于载荷天线发送图案和载荷天线接收图案的组合的探测信号质量值之间的差超过预设阈值时，检测次优载荷天线图案的步骤。

因此，通过比较和检测的特征，可以评估用于载荷信号的发送和接收的当前天线图案并检测次优天线图案的出现，这是一个优点。

根据一个方案，所述方法还包括当检测到次优载荷天线图案时请求手动天线重对齐的步骤。请求的步骤包括向无线电接收机的操作员发送天线重对齐请求消息。

因此，有利地，在检测到次优天线图案或对齐后，通信设备的操作员可以采取动作。此外，再一个优点是可以使用不可操纵天线图案天线，所述不可操纵天线图案天线可以在检测到次优天线图案或对齐时手动重对齐。

根据另一个方案，载荷天线被配置为具有可操纵接收图案。此外，所述方法包括通过将载荷天线的可操纵接收图案操纵为具有最高确定探测信号质量值的接收图案来自动重对齐载荷天线的可操纵接收图案的步骤。

因此，在没有手动干预的情况下自动改善了传输条件，这是一个优点。

因此，由于载荷天线对齐的改进，本公开获得例如点对点无线电链路的系统增益的改进，尤其在传播条件随时间发生改变的场景中。

此外，由于载荷天线对齐的改进，获得了对NLOS点对点无线电链路的可用性的积极影响，尤其在传播条件持续改变的环境中。在另一个实施例中，本公开的目的通过无线电发送机中用于评估定向载荷天线的发送图案的方法来实现。所述方法包括产生探测信号以及根据预定探测信号发送图案序列操纵可操纵发送图案天线的发送图案的步骤。所述方法还包括经由可操纵发送图案天线发送探测信号的步骤。

因此，一个优点在于，可以持续评估不同天线发送图案在给定环境下在无线电通信系统中的适用性。

另一个优点是使用预定探测信号发送图案序列。这允许用户将预定探测信号发送图案序列设置为满足一定条件(即仅产生给定角范围内的发送)的探测信号发送图案序列。因此，在系统部署前或操作期间，可以根据例如政府规章或其他目的来设置预定探测信号发送图案序列。

又一个优点是，使用探测信号来评估发送图案，因而可以与任何其他信号(例如载荷信号)的发送无关地完成该评估。

根据一个方案，产生的步骤还包括用数据信号调制探测信号。

通过用数据信号调制探测信号的特征，在无线电发送机和无线电接收机之间启用通信链路，这是有利的，因为可以在无线电发送机和无线电接收机之间传递信息，而与任何其他通信装置无关，例如在无线电发送机和无线电接收机之间传递的载荷信号。因此，一个优点是任何其他通信装置保持不受经由所述数据信号的通信链路的影响。

根据另一个方案，数据信号包括同步字，所述同步字指示所使用的预定探测信号发送图案序列的开始时间。

根据又一个方案，数据信号包括可操纵发送图案天线的当前使用的探测信号发送图案。

因此，提供用于所使用的天线图的无线电发送机和无线电接收机之间的同步的装置，而与任何其他通信装置无关，例如在无线电发送机和无线电接收机之间传递的载荷信号。

根据再一个方案，所述方法还包括与发送探测信号并行地经由载荷天线发送载荷信号的步骤。载荷天线被配置为具有载荷天线发送图案。发送的载荷信号被布置为与发送的探测信号无关且分离。

因此，得到的优点是，载荷信号的发送与探测信号的发送无关，因而也不受探测信号的发送的阻碍。这在对载荷信号的可用性有严格要求的通信系统中尤其有利，因为可以任意修改用于发送探测信号的发送天线图案而不影响载荷信号的发送。

根据一个方案，载荷天线和可操纵发送图案天线构成相同的物理天线。

这在安装位置、部署便利性以及制造成本方面是有利的。

根据另一个方案，载荷天线和可操纵发送图案天线构成不同的物理天线。可操纵发送图案天线安装在载荷天线的附近，并且被配置为具有与载荷天线的天线发送图案等同的经校准的参考天线发送图案。

这是有利的，因为通过使用实现可操纵发送图案天线的附加单元，可以评估已有天线(如固定图案的碟形天线)的天线图案。根据又一个方案，在频带的第一部分中发送载荷信号，在所述频带的第二部分中发送探测信号。

根据再一个方案，在频带中，在时分双工TDD帧的第一时隙中发送载荷信号，以及在相同频带中，在所述TDD帧的第二时隙中发送探测信号。

根据一个方案，在频带中使用第一扩频码发送载荷信号，以及在相同频带中使用第二扩频码发送探测信号。

因此，载荷信号和探测信号被配置为共享相同的频带，这在例如传输许可方面是一个优点。

根据另一个方案，载荷信号和探测信号的相对发送功率被布置为基于信号干扰噪声比来改变，所述信号干扰噪声比由被布置为接收载荷信号的无线电接收机确定。

因此，可以控制源自探测信号的载荷信号中的干扰，这是一个优点。

在再一个实施例中，本公开的目的通过一种包括可操纵接收图案天线和处理单元在内的无线电接收机来实现。处理单元被布置为根据预定探测信号接收图案序列来操纵可操纵接收图案天线的接收图案。无线电接收机还包括接收单元，所述接收单元被布置为经由可操纵接收图案天线接收探测信号。处理单元还适配为：根据接收的探测信号，确定取决于被操纵的探测信号接收图案的探测信号质量值。

在又一个实施例中，所述目的通过一种包括可操纵发送图案天线、发送单元和处理器单元在内的无线电发送机来实现。处理器单元被布置为产生探测信号并向发送单元发送探测信号。发送单元被布置为从处理器单元接收探测信号，并经由可操纵发送图案天线发送探测信号。处理器单元还适配为：根据预定探测信号发送图案序列，操纵可操纵发送图案天线的发送图案。无线电接收机和无线电发送机具有与已结合方法描述的优点相对应的优点。

附图说明

本公开的更多目的、特征和优点将通过以下具体实施例来展现，其中，将参考附图更详细地描述本公开的一些方案，在附图中：

图1-2示意性地示出了本公开的通信系统的实施例；

图3是示出了本公开的发送机的细节的框图；

图4是示出了本公开的接收机的细节的框图；

图5示出了本公开的收发机的实施例；以及

图6-7是示出了本公开的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图更全面地描述本公开的方案。然而，本文公开的装置和方法可以按多种不同形式来实现，并且不应当被理解为限于本文阐述的实施例和方案。贯穿附图，附图中类似的附图标记表示类似的元件。

本文中使用的术语仅用于描述本公开的特定方案的目的，而不是为了限制本发明。如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”意图还包括复数形式，除非上下文明确地给出相反的指示。

图1示出了无线电接收机100和无线电发送机120，被布置为可能通过环境中的对象130经由间接传播路径交换载荷信号128、108和探测信号126、106。该间接传播路径与视线LOS传播路径的不同之处在于，间接传播路路径涉及到经由环境中的折射或反射的传播。

为清楚起见，示出了图1中的无线电接收机100，但未示出对应的无线电发送机。应当注意，通常使用无线电收发机，即实现为单个实体的无线电发送机和无线电接收机，其能够在相同的设备上发送和接收无线电信号。图1中示出的无线电发送机120也如此，大多数情形中和无线电接收机在一起形成无线电收发机。

无线电接收机100包括可操纵接收图案天线101和处理单元104。处理单元104被布置为根据预定探测信号接收图案序列来操纵可操纵接收图案天线101的接收图案102。无线电接收机100还包括接收单元103，所述接收单元被布置为经由可操纵接收图案天线101接收探测信号106。

处理单元104还适配为，根据接收的探测信号，确定取决于被操纵的探测信号接收图案序列的探测信号质量值。因此，针对每个探测信号接收图案，确定探测信号质量值。可以通过对应的探测信号质量值，将所使用的探测信号接收图案相互比较，并且可以找到最适合给定发送机的通信的图案。

以这种方式，通过探测信号来评估从无线电发送机120到无线电接收机100的经过环境的不同传播路径。所确定的探测信号质量值针对预定探测信号接收图案序列中的每个接收图案示出了给定接收图案的质量，即，在给定环境中用于从发送机120到接收机100的通信的适用性。

在本文中，信号质量值中使用的信号质量测量的类型根据不同方案而改变。根据一个方案，探测信号质量值包括接收的探测信号的信号噪声比SNR。根据另一个方案，探测信号质量值包括接收的探测信号的信号干扰噪声比SINR。根据又一个方案，探测信号质量值包括无线电发送机120和无线电接收机100之间的共同信息的测量。根据再一个方案，探测信号质量值包括错误率，例如，调制到探测信号上的数据信号的误比特率BER。

无线电接收机100还被布置为：与接收探测信号106并行地经由载荷天线101’接收载荷信号108。载荷天线101’具有载荷天线接收图案109，并且载荷信号128被布置为与探测信号126的发送并行地使用载荷天线发送图案129从无线电发送机120发送。

因此，一旦在探测信号质量值的方面上评估出多个不同探测信号接收图案109，就可以对用于载荷信号108的接收图案109和具有最佳的确定探测信号质量值的探测信号接收图案进行比较。在与当前用于载荷信号108的接收图案相对应的探测信号接收图案不是最佳接收图案的情形中，可以采取动作修正载荷信号接收图案109，以改善从无线电发送机120到无线电接收机100的传输条件。

注意，图1中用于接收载荷信号的载荷天线101’和用于接收探测信号的可操纵接收图案天线101被示为相同的物理实体101/101’。参考图2至4，还描述了用于载荷信号和探测信号二者的共享天线。然而，本公开不必如此，如参考图5所示，其中载荷天线101’和可操纵接收图案天线101通过不同的物理天线来实现。

因此，由于载荷天线对齐的改进，本公开获得例如点对点无线电链路的系统增益的改进，尤其在传播条件随时间发生改变的场景中。此外，还是由于载荷天线对齐的改进，获得了对NLOS点对点无线电链路的可用性的积极影响，尤其在传播条件持续改变的环境中。

图1中示出的无线电发送机120包括可操纵发送图案天线121、发送单元123和处理器单元124。处理器单元124被布置为产生探测信号并向发送单元123发送探测信号。发送单元123被布置为从处理器单元124接收探测信号，并经由可操纵发送图案天线121发送探测信号126。处理器单元124还适配为根据预定探测信号发送图案序列来操纵可操纵发送图案天线121的发送图案122。

因此，与无线电接收机100评估不同探测信号接收图案102的方式大致相同，无线电发送机120改变探测信号发送图案122，因而能够评估不同发送天线图案或评估发送天线图案和接收天线图案的组合，以便在给定环境中使用。

图1中示出的无线电发送机120还包括用于发送载荷信号128的载荷天线121’。载荷天线121’具有发送天线图案129。在图1中，将用于发送探测信号的可操纵发送图案天线121和载荷天线121’被示为相同的物理实体121/121’。本公开不必如此，如以下结合图5所示，其中载荷天线121’和可操纵发送图案天线121通过不同的物理天线来实现。

根据一个方案，无线电接收机100的处理器单元104包括同步模块105。同步模块105被配置为在时间上同步所使用的预定探测信号发送图案序列和所使用的预定探测信号接收图案序列。因此，在任意给定时刻，通过同步模块105，无线电接收机100的处理器单元104知晓当前使用的探测信号发送图案126和探测信号接收图案102的组合。以这种方式，处理器单元104被布置为确定探测信号发送图案122和探测信号接收图案102的组合的探测信号质量值。

根据一个方案，同步模块105被布置为解调接收的探测信号106，并检测已经调制到由无线电发送机120发送的探测信号126上的数据信号107、127。根据一个方案，数据信号107、127是表示预定探测信号发送图案序列的开始的唯一同步字的载体。根据另一个方案，探测信号被数据信号调制以承载当前使用的探测信号发送图案。因此，使得无线电接收机100知晓当前使用的探测信号发送图案和当前使用的探测信号接收图案，无线电接收机由此可以确定与探测信号发送图案和探测信号接收图案的组合相对应的探测信号质量度量。

根据一个方案，检测的数据信号包括发送机标识字。相应地，发送机标识字包括用以标识产生接收的探测信号的无线电发送机的信息。该标识字的示例可以是例如发送机站的MAC地址或IP地址，或者简单地是标识无线电发送机组中的无线电发送机的唯一字。

通过标识字，无线电接收机可以标识产生接收的探测信号的无线电发送机。这使得无线电接收机能够在存在很多探测信号的场景中找到正确的探测信号。此外，偶然从不感兴趣的无线电发送机(即，接收机不想与之通信的无线电发送机)接收到强探测信号的无线电接收机可以通知操作员，操作员可以相应地采取合适的动作，例如，控制网络中的干扰。根据一个备选，接收单元103被布置为解调接收的探测信号106，并检测调制到由无线电发送机120发送的探测信号126上的数据信号107、127。这时，同步模块105被布置为从接收单元103接收数据信号中包括的信息。

根据一个方案，在部署通信系统时执行校准，以便建立探测信号接收图案与载荷天线的接收图案之间的至少在方向性方面(即主天线波束的方向)上的唯一关系。

注意，图1中示出的天线121/121’、101/101’的发送图案122、129和接收图案102、109被示为单波束天线图案。当然还存在这种单波束图案的备选。因此，根据方案，所述预定探测信号发送图案和接收图案序列包括：具有变化波束宽度的单个或多个波束天线图案、其中每个波束的方向和宽度都随序列而改变的两个或多个波束天线图案、以及随机化天线图案(即，没有任何特别波束的更一般的天线图案)。

换句话说，根据一个方案，使用可调节波束天线装置来持续地优化天线波束宽度及其方向，以最大化无线电链路容量。这是有利的，因为在一些场合中宽波束适用，但在其他情况下窄波束具有更好的性能。

因此，由于载荷天线对齐的改进，本公开获得例如点对点无线电链路的系统增益的改进，尤其在传播条件随时间发生改变的场景中。此外，还是由于载荷天线对齐的改进，获得了对NLOS点对点无线电链路的可用性的积极影响，尤其在传播条件持续改变的环境中。

图2示出了点对点无线电链路通信系统200。无线电链路收发机201、202配备有可操纵天线阵列，即，可用于持续监视无线电链路的传播条件以检测并可能响应次优天线对齐的可操纵接收222和发送212图案天线。

根据一个方案，可操纵发送和接收图案天线仅被用作传感器，处理器单元211、221在无线电链路两端使用所述传感器来探测通信信道，以判断载荷天线(图2中未明确示出)的对齐是否合适或者是否存在更好的对齐。该情形中，当预期到通过重对齐可以有足够大的系统增益时，请求对载荷天线的手动天线重对齐。

根据另一个方案，天线阵列212、222还用于通过载荷信号的跳(hop)的无线电链路载荷传输。根据该方案，发送机201和接收机202被布置为自动重对齐天线，即，自动适配用于载荷信号的发送和接收的发送图案和接收图案，以便当传播条件随时间改变时，适配到最好或更好的天线对齐。

图2示出了可操纵天线阵列212、222，所述可操纵天线阵列212、222包括多个单独天线元件340、440。通过这些单独天线元件340、440的控制，可操纵天线阵列产生不同的天线图案。

图3示出了一个这样的单独天线元件340，被布置为用作可操纵天线阵列212的一部分以用于进行发送。

图4示出了一个这样的单独天线元件440，被布置为用作可操纵天线阵列222的一部分以用于进行接收。

根据方案，至少两种类型的信号通过无线电跳230从发送机201发送到接收机202，一个是载荷信号，一个是探测信号。使用天线阵列212的第一相位操控值来发送载荷信号，同时使用天线阵列操纵系数的第二集合来发送探测信号，如图3所示，其中示出了多个天线阵列元件中的单个阵列元件340。由此，可以相互独立地控制载荷信号和探测信号的天线图案，同时天线图案仍被布置为在空中341并行传输。

因此，图3示出了无线电发送机201的实施例的细节300，具体示出了用于接收探测信号的端口310和用于接收载荷信号的端口320。然后，探测信号和载荷信号被布置为经由探测信号移相器312和载荷信号移相器322而经受不同的移位。探测信号移相器312和载荷信号移相器322被布置为由处理器211来操纵，这里，所述处理器单元211被示为探测信号处理器模块211’和载荷信号处理器模块211”。

根据一个方案，图3中示出的求和单元330通过定向耦合器来实现。

从相同的天线元件340发送341载荷信号和探测信号。

图4示出了无线电接收机202的实施例的细节400，具体示出了分别用于输出接收的探测信号和输出接收的载荷信号的输出端口410、420。然后，探测及载荷信号441被布置为被天线元件440接收，然后经由探测信号移相器412和载荷信号移相器422而分别经受不同的移位。探测信号移相器412和载荷信号移相器422被布置为由处理器单元221来操纵，这里，所述处理器单元221被示为探测信号处理器模块221’和载荷信号处理器模块221”。

注意，通信系统中的发送和接收功能通常包含在相同的物理天线中，即，收发机设备使用的适于同时发送接收的天线。

根据方案，探测信号和载荷信号相互分离，从而不相互干扰。此外，优选地，不应允许探测信号消耗的通信资源(例如无线电链路许可频带)超过由于业务流低于当前所需的无线电链路容量而引起的自由可用资源。

因此，根据第一方案，通过为探测信号预留可变宽度子频带，实现了载荷信号与探测信号之间的分离。子频带的宽度依赖于载荷信号承载的业务负载。

根据第二方案，通过在时间上同步无线电发送机和无线电接收机以使能时分双工(TDD)传输，并根据业务流为探测信号预留可变传输时间量，来实现载荷信号与探测信号之间的分离。

因此，根据第三方案，通过使用载荷信号和探测信号的不同扩频码，实现了载荷信号与探测信号之间的分离。合适地，探测信号相对于载荷信号的分配的发送功率随着业务负载而变化，即，在低业务负载时使用大探测信号功率，反之亦然。

根据方案，相对于载荷信号所消耗的通信资源，探测信号所消耗的通信资源的量是根据当前业务负载而设置的，所以根据本方案的载荷信号的总符号能量将随时间变化。为对此进行说明并保持恒定的探测信号符号能量，可以使用可以具有可变长度的PN序列来调制探测信号。由此，当大量资源可用时，使用短的长度(短的重复持续时间)，并且通信资源很少时，使用较大的长度(长的重复持续时间)。

根据一个方案，在使用扩展频谱类型的分离系统时，使用探测信号的功率控制，以便不过度干扰载荷信号。根据一个备选，设置探测信号的功率，以保持在无线电接收机处接收的载荷信号的恒定的预定义信号噪声比(SNR)或均方误差(MSE)。以这种方式，使用当前SNR给定的净空，用于探测信号的信道探测。

根据一个方案，载荷信号的接收被布置为与接收探测信号并行执行。此外，如上文所讨论，载荷信号与探测信号无关且分离。

探测信号与载荷信号无关是有利的，因为可以在探测期间为探测信号的操作赋予完全的自由，而没有对载荷信号的使用造成不利影响的风险。由于探测信号和载荷信号分离，可以在不改变载荷信号的情形下随意地改变探测信号，这是一个优点。此外，可以重新使用并升级被布置用于载荷信号的发送和接收的已有通信系统，以便还能够发送和接收探测信号。

通过改变天线阵列的天线阵列操纵系数，可以获得发送方向和接收方向的范围。根据一个方案，无线电发送机201使用具有给定宽度的单个天线波束，并按照预定顺序和预定的步进大小在发送角度(仰角和方位角)范围中步进，与此同时，无线电接收机202也使用具有给定宽度的单个天线波束，并按照预定顺序和预定步进大小在预定接收角度(仰角和方位角)范围中步进，每个发送角度一次循环。然后，无线电接收机202可以确定探测信号质量值，例如针对每个发送接收角配置的探测信号的接收信号功率或能量，并因此可以确定当前给定传播条件下的合适天线对齐。

根据一个方案，且如上所述，无线电发送机201被布置为用数据信号调制探测信号，以便将当前输出发送角(例如，仰角和方位角)传送至无线电接收机202，其中该信息由所述数据信号承载。这样，无线电接收机202被布置为获得辨别当前正被无线电发送机201使用的发送角(仰角和方位角)(即，探测信号发送图案)所需的信息。

根据一个方案，探测信号的无线电接收机通过与发送的探测信号相匹配的相关器架构来实现。

根据无线电接收机结构具有低复杂度的方案，使用接收的探测信号的功率来确定在探测信号质量值方面哪个发送接收角对(即，探测信号发送图案和探测信号接收图案的组合)是最优的。

如上所述，在更为高级的无线电接收机结构中，可以使用其他性能度量作为探测信号质量值，例如，发送机和接收机之间的共同信息、MSE、BER或类似的性能度量。

图5示出了被布置用于探测信号524和载荷信号511的并行发送和接收的收发机500，其中，分离的天线510、522用于探测信号524和载荷信号511。因此，载荷天线510用于载荷信号的发送和接收，探测信号天线522用于探测信号的发送和接收。

根据图5示出的收发机500的一个方案，探测信号天线522构成被配置成载荷天线510的附加天线的低成本天线阵列。这里，探测信号天线522是用于持续评估载荷天线对齐的优化度(即主载荷天线510的发送和接收图案)的附加天线。

根据另一个方案，探测信号天线522构成碟形天线，所述碟形天线具有被布置为由处理器单元521机械操纵的发送和接收天线图案。

根据又一个方案，探测信号天线522构成碟形天线，所述碟形天线具有被布置为由操作员手动操纵的发送和接收天线图案。

根据一个方案，探测信号天线522刚性连接523到主天线。

根据另一个方案，探测信号天线522被布置为与载荷天线510相连，并和载荷天线510一起被校准，这意味着处理器单元521可以做出探测信号天线522的优化对齐与载荷天线510的当前对齐之间的比较。

根据又一个方案，在载荷天线510的优化对齐偏离载荷天线510的当前对齐超过预定阈值的情形中，被配置操纵探测信号天线522的处理器单元521产生警报信号530，所述警报信号530经由例如回程网络被传输至系统操作员或维护人员。

根据一个方案，本公开适用于具有单波束碟形天线的NLOS点对点无线电链路应用，其中，单波束碟形天线用于无线电发送机120和无线电接收机100之间的载荷传输，即NLOS点对点无线电链路。根据该方案，使用可操纵接收/发送图案天线来发送和接收探测信号126/106，所述可操纵接收/发送图案天线与用于载荷传输的碟形天线物理上不同。在该情形中，探测信号天线图案的评估意味着找到传播环境130中从无线电发送机120到无线电接收机100的经由例如反射或折射的单个合适的NLOS传播路径。

图6示出了无线电接收机100中用于评估定向载荷天线的接收图案109的方法600。方法600包括以下步骤：

·根据预定探测信号接收图案序列，操纵S11可操纵接收图案天线101的探测信号接收图案102，以及

·经由可操纵接收图案天线101，接收S12探测信号106，以及

·根据接收的探测信号106，确定S13取决于预定探测信号接收图案序列的探测信号质量值。

结合示出无线电接收机100的图1，描述了执行上述和在图6中示出的方法的示例。通过操纵S11探测信号接收图案102和接收S12探测信号的特征，可以评估不同探测信号接收图案(例如，不同天线波束宽度或方向(仰角和方位角))在例如接收探测信号功率方面如何表现。以这种方式，该方法可以用于将预定探测信号接收图案序列映射到对应的探测信号质量值。

因此，可以持续评估无线电通信中使用的不同天线接收图案在给定环境下的适用性，这是一个优点。

如上文提到，另一个优点是使用预定探测信号接收图案序列，这允许在系统部署前或在操作期间，根据例如政府规章或其他目的来设置所述预定探测信号接收图案序列。

又一个优点是，使用探测信号来评估接收图案，因而可以与其他信号(例如载荷信号)的接收无关地完成该评估。

根据一个方案，确定S13的步骤还包括：将被操纵的探测信号接收图案序列同步S131到用于无线电发送机120发送的探测信号126的预定探测信号发送图案序列。此外，确定S13的步骤还包括：根据接收的探测信号106，确定S132取决于探测信号发送图案122和接收图案102的组合的探测信号质量值。

已结合上述图1给出包括方案的实现同步S131的步骤的示例，其中描述了图1中示出的同步模块105。

根据另一个方案，同步S131的步骤包括：通过解调接收的探测信号106，检测探测信号126、106中包括的数据信号127、107。

根据又一个方案，检测到的数据信号包括同步字，所述同步字指示无线电发送机120使用的探测信号发送图案序列的开始时间。

根据再一个方案，检测到的数据信号包括当前用于无线电发送机120发送探测信号126的探测信号发送图案122。

已结合上述图1给出包括其方案的实现同步S131的步骤的示例，其中描述了图1中示出的同步模块105。

根据一个方案，方法600还包括与接收探测信号106并行地经由载荷天线101’接收S14载荷信号108的步骤。载荷天线101’具有载荷天线接收图案109。与探测信号126的发送并行地，使用载荷天线发送图案129，从无线电发送机120发送载荷信号128。

根据另一个方案，载荷天线101’和可操纵接收图案天线101构成相同的物理天线222。

结合图2至4示出和描述了由相同的物理天线实现的载荷天线和可操纵接收图案天线的示例。这里，根据方案，使用单个天线阵列同时用于载荷信号和探测信号。

根据又一个方案，载荷天线510和可操纵接收图案天线522构成不同的物理天线。可操纵接收图案天线522安装523在载荷天线510的附近，并且被配置为具有和载荷天线510的天线接收图案等同的经校准的天线接收图案。

结合图5示出和描述了分离的载荷和可操纵接收图案天线的示例。这里，根据方案，针对探测信号使用一天线阵列，同时针对载荷信号使用另一天线。根据点对点无线电链路应用中的一个方案，用于载荷信号的天线是碟形天线，所述碟形天线必须手动重对齐以改变方向性。

换句话说，根据另一个方案，方法600包括当检测到次优载荷天线图案时请求S17手动天线重对齐的步骤。请求S17的步骤还包括向无线电接收机100的操作员发送天线重对齐请求消息。

根据一个方案，方法600还包括将对应于载荷天线接收图案109或对应于载荷天线发送图案129和载荷天线接收图案109的组合的探测信号质量值与最高总确定探测信号质量值进行比较S15的步骤。

根据一个方案，探测信号质量值包括接收的探测信号的信号噪声比SNR。根据另一个方案，探测信号质量值包括接收的探测信号的信号干扰噪声比SINR。根据又一个方案，探测信号质量值包括无线电发送机120和无线电接收机100之间的共同信息的测量。根据再一个方案，探测信号质量值包括错误率，例如，调制到探测信号上的数据信号的误比特率BER。

方法600还包括：当最高总确定探测信号质量值与对应于载荷天线接收图案109或对应于载荷天线发送图案129和载荷天线接收图案109的组合的探测信号质量值之间的差超过预设阈值时，检测S16次优载荷天线图案。

根据一个方案，所述阈值基于对载荷传输的要求来设置。因此，即使当前使用的载荷发送和接收图案不是最优的，性能也足以满足要求。在该情形中，不必重对齐。以这种方式，避免了频繁的不必要的重对齐，这是一个优点。

根据又一个方案，载荷天线被配置为具有可操纵接收图案，方法600还包括通过将载荷天线的可操纵接收图案操纵为具有最高确定探测信号质量值的接收图案来自动重对齐S18载荷天线的可操纵接收图案的步骤。

图7示出了无线电发送机120中用于评估定向载荷天线的发送图案129的方法700。方法700包括以下步骤：

·产生S21探测信号，以及

·根据预定探测信号发送图案序列，操纵S22可操纵发送图案天线121的发送图案122，以及

·经由可操纵发送图案天线121，发送S23探测信号126。

已结合示出无线电发送机120的图1，描述了执行在图7中示出的方法的示例。

根据一个方案，产生S21的步骤还包括用数据信号127调制S211探测信号126的步骤。

根据另一个方案，数据信号127包括同步字，所述同步字指示所使用的预定探测信号发送图案序列的开始时间。

根据又一个方案，数据信号127包括可操纵发送图案天线121当前使用的探测信号发送图案122。

如上文已讨论，与数据信号有关的特征使得能够对发送和接收天线图案的组合的优点进行评估。

根据再一个方案，方法700还包括与发送探测信号126并行地经由载荷天线121’发送S24载荷信号128的步骤。载荷天线121’被配置为具有载荷天线发送图案129。

根据另一个方案，载荷天线121’和可操纵发送图案天线121构成相同的物理天线212。

图2中示出了这种共享型天线配置的示例，并结合图2进行了讨论。

根据另一个方案，载荷天线510和可操纵发送图案天线522构成不同的物理天线。可操纵发送图案天线522安装523在载荷天线510的附近，并且被配置为具有和载荷天线510的天线发送图案等同的经校准的参考天线发送图案。

图5中示出了这种具有用于探测信号和载荷信号的不同天线的天线配置的示例，并结合图5进行了讨论。

根据又一个方案，在频带的第一部分中发送载荷信号128，在所述频带的第二部分中发送探测信号126。

根据另一个方案，在时分双工TDD帧的第一时隙中发送载荷信号128，在所述TDD帧的第二时隙中发送探测信号126。

根据另一个方案，使用第一扩频码发送载荷信号128，使用第二扩频码发送探测信号126。

根据再一个方案，载荷信号128和探测信号126的相对发送功率被布置为基于信号干扰噪声比来改变，所述信号干扰噪声比由被布置为接收载荷信号108的无线电接收机100确定。

因此，探测信号和载荷信号相互分离，从而不相互干扰。

在通信系统中，业务负载(即，载荷信号承载的信息量)通常随时间改变。根据方案，给定固定带宽量对通信系统通常是可用的，则只允许探测信号消耗载荷信号不需要的资源。这时，上文详细描述的使载荷信号和探测信号分离的各个方案具有允许载荷信号和探测信号之间的动态资源分配的更多优点。因此，当业务负载高时，只有极少量资源被探测信号使用，而在业务负载低的时间期间，允许探测信号消耗更多资源。

自适应调制是将调制格式适配为匹配当前传输条件的技术。当传输条件良好时(例如SNR方面)，使用提高吞吐量的高频谱效率调制格式。当传输条件不好时，使用提高对干扰和噪声的抵抗力的较低频谱效率调制格式。因此，实现自适应调制的通信系统的益处是，当传输条件良好时(晴天条件)增加频谱效率，同时当传输条件变差时对抗干扰和噪声。

有利地，自适应调制可以与上文讨论的载荷信号和探测信号之间的动态资源分配相结合。当业务负载高时，根据本方案使用自适应调制来最大化载荷信号的频谱效率，仅间或留下有限的通信资源量供探测信号消耗。然而，当业务负载低时，使用自适应调制来降低载荷信号的频谱效率，以增加对载荷信号传输的干扰和噪声的抵抗力。这允许有更多的通信资源被探测信号消耗，尤其在通过扩频码将载荷信号和探测信号分离的场景中。

参考附图(例如框图和/或流程图)描述本公开的方案。应当理解，附图中的若干实体(例如框图中的框)以及附图中的实体的组合可以通过计算机程序指令来实现，所述指令可以存储在计算机可读存储器中并被载入计算机或其他可编程数据处理装置。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机的处理器、专用计算机和/或用来产生机器的其他可编程数据处理装置，使得该指令经由计算机的处理器和/或其他可编程数据处理装置执行时创建用来实现方框图和/或流程图框中指定的功能/动作的装置。

在一些实现中且根据本公开的一些方案，在框中提到的功能或步骤可以以与操作图示中说明的顺序不同的顺序来发生。例如依赖于所涉及的功能/动作，连续示出的两个框实际上可以实质上同时执行，或者框有时候可以按照相反的顺序执行。此外，框中提到的功能或步骤可以根据本公开的一些方案循环连续执行。

在附图和说明书中，已经公开了本公开的示例性方案。然而，可以在不显著偏离本公开的原理的情况下做出对这些方案的许多变化和修改。因此，本公开应被认为是说明性而非限制性的，并且不限于上文讨论的具体方案。因此，虽然使用了特定术语，但是其用于一般性或描述性意义，且不用于限制目的。

Claims (13)

1.一种针对无视线通信系统中的无线电发送机(120)和接收机(100)的方法(600)，用于评估定向载荷发送天线(121’)的发送图案(129)和定向载荷接收天线(101’)的接收图案(109)，所述方法(600)包括以下步骤：

·产生(S21)探测信号(126，106)，

·根据预定探测信号发送图案序列，操纵(S22)可操纵发送图案天线(121)的发送图案(122)，

·经由可操纵发送图案天线(121)，发送(S23)探测信号(126)，

·根据预定探测信号接收图案序列，操纵(S11)可操纵接收图案天线(101)的探测信号接收图案(102)，

·经由可操纵接收图案天线(101)，接收(S12)探测信号(106)，

·根据接收的探测信号(106)，确定(S13)取决于预定探测信号接收图案序列的探测信号质量值，

·发送载荷信号(128)，发送的载荷信号(128)被布置为与发送的探测信号(126)无关且分离，

·接收载荷信号(108)，

其特征在于，

所述无线电接收机是固定带宽量可用于所述通信系统的无线电链路通信系统的一部分，

所述方法还包括以下步骤：

·与发送探测信号(126)并行地经由载荷发送天线(121’)发送(S24)载荷信号(128)，所述载荷发送天线(121’)被配置为具有载荷天线发送图案(129)，

·与接收探测信号(106)并行地经由载荷接收天线(101’)接收(S14)载荷信号(108)，所述载荷接收天线(101’)具有载荷天线接收图案(109)，

·在载荷信号与探测信号之间执行动态资源分配，使得当业务负载为高值时，探测信号使用低水平资源，而在业务负载为低值的时间期间，允许探测信号消耗比低水平资源更高水平的资源。

2.根据权利要求1所述的方法(600)，其中确定(S13)的步骤还包括，将被操纵的探测信号接收图案序列同步(S131)到用于无线电发送机(120)的探测信号(126)的发送的预定探测信号发送图案序列，确定(S13)的步骤还包括：根据接收的探测信号(106)，确定(S132)取决于探测信号发送图案(122)和接收图案(102)的组合的探测信号质量值。

3.根据权利要求2所述的方法(600)，其中同步(S131)的步骤还包括：通过解调接收的探测信号(106)，检测探测信号(126，106)中包括的数据信号(127，107)，以及

其中，检测到的数据信号包括以下之一：

-同步字，所述同步字指示无线电发送机(120)使用的探测信号发送图案序列的开始时间，

-无线电发送机标识字，所述无线电发送机标识字包括足以标识产生了接收的探测信号(106)的无线电发送机(120)的信息，

-当前用于无线电发送机(120)的探测信号(126)的发送的探测信号发送图案(122)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法(600)，

其中，载荷接收天线(101’)和可操纵接收图案天线(101)构成相同的物理天线(222)，或者

载荷接收天线(101’，510)和可操纵接收图案天线(101，522)构成不同的物理天线(222)，所述可操纵接收图案天线(522)安装(523)在载荷天线(510)附近并且被配置为具有与载荷天线(510)的天线接收图案等同的经校准的天线接收图案。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法(600)，还包括：将对应于载荷天线接收图案(109)、或对应于载荷天线发送图案(129)和载荷天线接收图案(109)的组合的探测信号质量值与最高总确定探测信号质量值进行比较(S15)的步骤，以及当最高总确定探测信号质量值与对应于载荷天线接收图案(109)或对应于载荷天线发送图案(129)和载荷天线接收图案(109)的组合的探测信号质量值之间的差超过预设阈值时检测(S16)次优载荷天线图案的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法(600)，还包括：当检测到次优载荷天线图案时请求(S17)手动天线重对齐的步骤，请求(S17)的步骤包括向无线电接收机(100)的操作员发送天线重对齐请求消息。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法(600)，其中，载荷天线被配置为具有可操纵接收图案，该方法(600)还包括通过将载荷天线的可操纵接收图案操纵为具有最高确定探测信号质量值的接收图案来自动重对齐(S18)载荷天线的可操纵接收图案的步骤。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法(700)，其中，产生(S21)的步骤还包括用数据信号(127)调制(S211)探测信号(126)。

9.根据权利要求8所述的方法(700)，所述数据信号(127)包括以下至少一项：

-同步字，所述同步字指示所使用的预定探测信号发送图案序列的开始时间；

-可操纵发送图案天线(121)当前使用的探测信号发送图案(122)；

-无线电发送机标识字，所述无线电发送机标识字包括足以标识无线电发送机(120)的信息。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法(700)，

其中，载荷天线和可操纵发送图案天线构成相同的物理天线(212)，或者

载荷天线(510)和可操纵接收图案天线(522)构成不同的物理天线，所述可操纵发送图案天线(522)安装(523)在载荷天线(510)附近且被配置为具有与载荷天线(510)的天线发送图案等同的经校准的参考天线发送图案。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，

其中，在频带的第一部分中发送载荷信号(128)，在所述频带的第二部分中发送探测信号(126)，或者

在时分双工TDD帧的第一时隙中发送载荷信号(128)，在所述TDD帧的第二时隙中发送探测信号(126)，或者

使用第一扩频码发送载荷信号(128)，使用第二扩频码发送探测信号(126)。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，载荷信号(128)和探测信号(126)的相对发送功率被布置为基于信号干扰噪声比来改变，所述信号干扰噪声比由被布置为接收载荷信号(108)的无线电接收机(100)确定。

13.一种包括无视线通信系统中的无线电发送机(120)和接收机(100)的系统，用于评估定向载荷发送天线(121’)的发送图案(129)和定向载荷接收天线(101’)的接收图案(109)，所述系统被适配为：

·产生(S21)探测信号(126，106)，

·根据预定探测信号发送图案序列，操纵(S22)可操纵发送图案天线(121)的发送图案(122)，

·经由可操纵发送图案天线(121)，发送(S23)探测信号(126)，

·根据预定探测信号接收图案序列，操纵(S11)可操纵接收图案天线(101)的探测信号接收图案(102)，

·经由可操纵接收图案天线(101)，接收(S12)探测信号(106)，

·根据接收的探测信号(106)，确定(S13)取决于预定探测信号接收图案序列的探测信号质量值，

·发送载荷信号(128)，发送的载荷信号(128)被布置为与发送的探测信号(126)无关且分离，

·接收载荷信号(108)，

其特征在于，

所述无线电接收机是固定带宽量可用于所述通信系统的无线电链路通信系统的一部分，

所述系统还被适配为：

·与发送探测信号(126)并行地经由载荷发送天线(121’)发送(S24)载荷信号(128)，所述载荷发送天线(121’)被配置为具有载荷天线发送图案(129)，

·与接收探测信号(106)并行地经由载荷接收天线(101’)接收(S14)载荷信号(108)，所述载荷接收天线(101’)具有载荷天线接收图案(109)，

·在载荷信号与探测信号之间执行动态资源分配，使得当业务负载为高值时，探测信号使用低水平资源，而在业务负载为低值的时间期间，允许探测信号消耗比低水平资源更高水平的资源。