CN106537948A - 在无线通信网络中操作用户设备的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在无线通信网络中操作用户设备(10)的方法以及使用能够配置的传输方向图(40)的用于无线通信网络的用户设备(10)。

Description

在无线通信网络中操作用户设备的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于在无线通信网络中操作用户设备的方法和用于无线通信网络的用户设备。特别地，本发明涉及配置用户设备的天线设备的传输方向图(pattern)，以建立并维持用户设备与无线通信网络之间的无线通信。
背景技术
在高频带(例如在10GHz直到大约100GHz的频率范围内)中的射频传输可以为无线通信网络中的数据和语音通信提供相当大的带宽。在这些高频下，射频信号的波长在毫米量级上非常短，因此这些频带被称为毫米波。因为波长非常小，并且为了实现良好的性能，可以在用户设备中使用例如为阵列形状的多个天线。用户设备例如可以包括移动电话或平板PC。例如包括十个或更多个天线元件的这种天线结构(arrangement)的使用可以提供具有天线元件的正确定相的高天线增益。然而，定相将天线辐射变窄为波束，并且该波束需要被指向基站。以相同的方式，高接收灵敏度的方向必须被配置成使得其指向基站，以实现高天线增益。特别是在用户设备移动的情况下，天线结构的正确定相和配置是至关紧要的且可能引起问题。因此，需要在这种无线通信网络中的用户设备的改进的操作。
发明内容
根据实施方式，提供了一种用于在无线通信网络中操作用户设备的方法。用户设备包括提供能够配置的传输方向图的天线装置。该能够配置的传输方向图可以涉及天线装置的接收方向图的配置以及天线装置的发送方向图。根据该方法，使用用户设备的定向确定传感器来确定用户设备的定向。定向确定传感器例如可以包括陀螺仪、重力传感器、加速度计或罗盘。这样的定向确定传感器在像用于游戏应用或图形用户界面的自动适应的移动电话或平板PC的用户设备中可以是可用的。此外，使用用户设备的定位确定传感器确定用户设备的用户设备位置。例如，用户设备位置可以与用户设备的绝对地理位置有关，或者可以与用户设备相对于已知参照的相对地理位置有关。例如，定位确定传感器可以包括用于从诸如GPS或Galileo的全球定位系统接收信号的传感器或系统、陀螺仪、加速度计和/或罗盘。此外，确定用户设备的位置可以基于来自蜂窝通信系统、蓝牙信标系统、无线局域网或任何其它射频系统的射频信号的三角测量。接着，在用户设备处，确定无线通信网络的基站的基站位置。基站可以包括无线通信网络的任何种类的基站，例如蜂窝无线通信网络的基站或诸如无线局域网的接入点。基于所确定的定向、所确定的用户设备位置以及所确定的基站位置，自动地配置天线装置的传输方向图。换言之，使用用户设备的传感器结合接入点或基站的已知位置，配置用户设备的天线装置(例如天线结构)。因此，在使用诸如用户设备的加速度计、罗盘以及定位单元的传感器的同时，天线方向图可以被自适应地指向基站或接入点。此外，用于波束扫描的算法可以优先考虑基于用户设备和基站的定向和位置确定的方向，以便增加找到基站或接入点的可能性。
另外，如果用户设备与基站联系不良，则基于所确定的定向，用户设备可以使用与之前相同的高度(elevation)来重新建立到基站的联系。在此上下文中，术语“基站”可以包括任何类型的基站(例如，蜂窝移动通信网络的基站、无线局域网的接入点或任何其他集线器)。此外，在装置到装置通信中，“基站”可以包括另一个用户设备，因为在装置到装置通信中，其他用户设备也可以优选地在水平面内被接触。
根据实施方式，为了确定用户设备的定向，可以确定用户设备相对于地质地平线(geological horizon)的定向。此外，天线装置的传输方向图可以被配置成使得在所确定的基站位置的方向上沿着地质地平线调平(level)传输方向图。因为基站在大多数情况下沿着水平面来定位，所以该知识可以用于指向(steer)并配置天线装置的传输方向图。此外，当用户设备搜索无线通信网络的基站或接入点以与无线通信网络建立通信链路或者以在无线通信网络处登记时，可以优先考虑在地质地平线上的方向，以便增加找到基站或接入点的可能性。换言之，可以首先搜索沿着地质地平线的方向，以联系基站或接入点。
如在该说明书中使用的，沿着地平线调平传输方向图包括接近地平线的调平，例如相对于水平方向以高达+/-20至30度的角度的接近地平线的调平。
根据另一个实施方式，例如，可以通过在可以存储在用户设备中或者可以由用户设备检索(retrieve)的地图中查找基站位置并且还基于用户设备的当前位置来确定基站位置。例如，可以在用户设备处提供指示多个基站的多个位置的地图。基于用户设备自己的位置，用户设备可以确定例如在数百米或数千米半径内的、用户设备的附近环境中的多个基站位置，并且用户设备可以配置天线装置的传输方向图，使得天线方向图指向所确定的基站中的一个基站的方向。另外或作为另选方案，基站位置可以从例如可以指示多个基站的绝对地理位置的、用户设备的数据库中检索。数据库的基站位置可以已经由用户设备基于用户设备与基站之间先前建立的通信链路在之前存储于数据库中。因此，关于用户设备先前联系的基站位置的历史数据可以由用户设备收集并使用，用于找到基站并且相应地配置用户设备的天线装置的传输方向图。
根据另一个实施方式，天线装置包括多个天线元件，该多个天线元件以提供至少部分盘状的传输方向图的一维结构来布置。为了配置天线装置的传输方向图，至少部分盘状的传输方向图与地质地平线对齐。特别地，对于低于大约30GHz频率下的射频传输，天线元件的数量可以在4个至16个的范围内，并且这些天线元件可以以一维结构来布置。通过将天线装置的至少部分盘状的传输方向图与地质地平线对齐，沿着地平线优化天线装置的覆盖范围，其中，在大多数情况下，可以找到无线通信网络的基站或接入点。
根据另一个实施方式，天线装置包括多个天线元件，该多个天线元件以提供笔形波束形状的传输方向图的二维结构来布置。天线装置的传输方向图被配置成使得可以用笔形波束形状的传输方向图扫描地质地平线。对于在大约30GHz以上的频率的射频传输，天线元件的数量可以远大于10个，例如20个至100个。此外，天线元件可以以二维结构来布置，并且因此天线方向图的方向性将增加。因此，所获得的天线方向图被称为笔形波束形状的传输方向图。因为在大多数情况下，无线通信网络的基站或接入点沿着地平线布置，所以找到基站或接入点可以通过首先或至少以更高的优先级沿着地质地平线扫描来增强。这样，维持用户设备与基站之间的所建立的通信链路可以优先于沿着地质地平线移动或扫描笔形波束形状的传输方向图。
根据另一个实施方式，提供了一种用于在无线通信网络中操作用户设备的方法。用户设备包括提供能够配置的传输方向图的天线装置。根据该方法，在经由天线装置在无线通信网络的用户设备与基站之间建立通信链路的同时确定天线装置的传输方向图的当前方向。此外，使用用户设备的移动确定传感器来确定指示用户设备的移动的用户设备移动。基于所确定的传输方向图的当前方向和所确定的用户设备移动来重新配置天线装置的传输方向图。因此，当在用户设备与基站之间建立通信链路时，用户设备的传感器(诸如加速度计、罗盘、陀螺仪、重力传感器和/或用于从全球定位系统接收信号的传感器)可以用于当用户设备被用户移动或旋转时使天线方向图自适应地指向基站。
根据另一个实施方式，提供了一种用于无线通信网络的用户设备。用户设备包括用于从无线通信网络的基站接收射频信号的天线装置。此外，天线装置提供能够配置的传输方向图。此外，用户设备还包括定向确定传感器，该定向确定传感器用于确定用户设备的当前定向或用于确定用户设备的定向改变。用户设备还包括用于确定当前用户设备位置的位置确定传感器，以及处理装置，该处理装置被配置成确定无线通信网络的基站的位置，并且基于所确定的定向、所确定的用户设备位置以及所确定的基站位置来配置天线装置的传输方向图。通过使用用户设备的定向以及用户设备和基站的位置，用户设备的天线装置被自动配置成使得可以以高的射频信号质量来可靠地接触基站，这可以使得能够建立射频链路或维持所建立的视频信号链路。
根据另一个实施方式，提供了一种用于无线通信网络的用户设备。用户设备包括用于从无线通信网络的基站接收射频信号和向无线通信网络的基站发送射频信号的天线装置。天线装置具有能够配置的传输方向图，即，天线装置的发送方向的方向性以及接收方向的方向性可为能够配置的。此外，用户设备还包括用于确定用户设备移动的移动确定传感器。用户设备的移动例如可以包括用户设备的平移移动和/或旋转移动。用户设备可以包括相应的传感器(例如，陀螺仪、重力传感器、加速度计、罗盘以及用于从诸如GPS的全球定位系统接收信号的传感器)。此外，用户设备还包括处理装置，该处理装置被配置成在经由天线装置在无线通信网络的用户设备与基站之间建立通信链路的同时确定天线装置的传输方向图的当前方向。基于所确定的传输方向图的当前方向和所确定的用户设备移动，处理装置可以重新配置天线装置的传输方向图。因此，如果用户设备具有建立的到基站的链路，则可以感测用户设备的任何移动，并且可以配置对天线装置的波束指向的补偿，以便维持连接或者以便如果连接丢失则缩小扫描区域。
用户设备例如可以包括移动电话(特别是所谓的智能电话)、移动计算机、移动数字助理、平板计算机、电视机、监视器或投影仪。例如，投影仪可以从传感器或结构知道它是被安装在天花板处、墙壁处还是被安装在桌子上，并且可以基于该信息来配置传输方向图。
虽然在上面的发明内容和在下面的详细描述中所描述的具体特征结合本发明的特定实施方式和方面被描述，但应理解，除非另有特别说明，示例性实施方式和方面的特征可以彼此组合。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明。
图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的用户设备。
图2示出了根据本发明的实施方式的包括用于在无线通信网络中操作用户设备的方法步骤的流程图。
图3示出了根据本发明的另一个实施方式的包括用于在无线通信网络中操作用户设备的方法步骤的流程图。
具体实施方式
在下文中，将更详细地描述本发明的示例性实施方式。应当理解，除非另有特别说明，本文所描述的各种示例性实施方式的特征可以彼此组合。除非另有特别说明，附图中所示的组件或装置之间的任何联接可以为直接或间接联接。
图1示出了无线通信网络(例如，蜂窝无线通信网络或无线局域网)的用户设备10和基站20。用户设备10包括具有多个天线元件14的天线装置11、将在下面更详细地描述的传感器12以及处理装置13。用户设备10与基站20之间的通信可以通过10GHz直到大约100GHz频率范围内的预定频带中的射频信号来实现。因为这些频率下的波长非常小，所以天线装置11(优选地以及基站20的相应天线装置)可以包括多个天线元件14，该多个天线元件14例如以行和列的阵列布置，并且被配置成使得获得的天线装置11的传输方向图具有方向特性。诸如10至100个天线元件甚至更多个天线元件的多个天线元件14的二维结构可以被配置成使得可以如图1中的附图标记40指示的那样实现方向传输方向图。天线元件14的这种方向性可以通过分配给提供天线元件的正确定相的天线元件14的收发器单元的相应配置来实现。因此，天线装置11的接收灵敏度可以在某一窄方向上非常高，并且从天线装置11发送的天线信号可以在某一窄方向上具有高能量。要注意，如本说明书中所用的术语“传输”可以包括用于从天线装置11发送信号以及在天线装置11处接收射频信号。
为了在用户设备10与基站20之间建立通信连接，上述传输方向图的方向性需要指向基站20。这种定向传输方向图还可以被称为“波束”以及具体地被称为“笔形波束”。如将在下文中结合图2和图3所描述的，天线装置11的相应配置可以通过处理装置13借助于来自传感器12的传感器数据来执行。
图2示出了用于在无线通信网络中操作用户设备10的实施方式。在步骤51中，处理装置13确定用户设备10的定向(orientation)和位置。因此，图1中所指示的传感器12例如可以包括陀螺仪、重力传感器、加速度计、罗盘和/或用于从全球定位系统(例如来自GPS系统)接收信号的传感器。另外或作为另选方案，处理装置13可以基于来自蜂窝通信系统、蓝牙信标系统、无线局域网或任何其它射频系统的射频信号的三角测量来确定用户设备的位置。在步骤52中，处理装置13确定基站20的位置。例如，用户设备10可以提供包括其中指示了基站的位置的地图的数据库。另外地，例如在从一个基站到相邻基站的切换期间，该一个基站可以向用户设备传送相邻基站的位置，并且可以向相邻基站传送用户设备的位置，以便将用户设备和相邻基站的传输方向图配置为朝向彼此。基于步骤51中所确定的用户设备10的位置，处理装置13可以在地图中确定基站20在用户设备10的当前位置的附近环境中的位置。此外，基于所确定的基站20在用户设备10的环境中的位置，处理装置13可以在步骤53中配置天线装置11的天线传输方向图，使得天线装置11的主方向或波束40指向所确定的基站20的位置的方向。另外或作为另选方案，基站的位置可以由用户设备10从存储在用户设备10中的数据库中检索。数据库中的条目可以已由用户设备10本身基于用户设备10与相应的基站之间先前建立的通信链路在之前形成。因此，当用户设备在其之前已经被操作过的环境中移动时，基站在该环境中的位置可能已经被用户设备了解。因此，如果要在已知地点的用户设备与基站之间建立通信链路，则用户设备知道基站的方向，并且可以缩小用于配置天线装置11的传输方向图的扫描区域。因此，因为可以缩小扫描区域，所以可以显著地缩短要建立的通信链路的时间锁定。
图3显示了用于在无线通信网络中操作用户设备10的方法的另一个实施方式。在步骤61中，确定当前天线方向图方向。例如，如果经由天线装置11在用户设备10与基站20之间建立了通信链路，则可以由处理装置13检索天线装置11的当前配置。在步骤62中，确定用户设备10的移动。用户设备10的移动例如可以包括用户设备的平移移动和/或旋转移动。因此，用户设备10例如可以包括陀螺仪、重力传感器、加速度计、罗盘以及与如传感器12那样用于接收来自全球定位系统的信号的传感器12。另外或作为另选方案，处理装置13可以基于来自蜂窝通信系统、蓝牙信标系统、无线局域网或任何其他射频系统的射频信号的三角测量来确定用户设备的移动。基于这些方法，可以准确确定用户设备10的移动，并且基于该信息，在步骤63中，可以重新配置天线装置11的天线传输方向图，使得可以将天线元件14的主方向或波束40指向为集中于基站20。因此，如果用户设备10已经建立到基站20的通信链路，则可以感测并补偿用户设备10的任何移动，以便维持连接或以便如果连接丢失则缩小扫描区域。如上所述，传感器信息可以用于将天线元件的结构的波束进行指向，但是还可以用于(可能结合其他算法)选择不同的天线结构。此外，如果到基站20的连接丢失，则用户设备10可以将天线装置11配置成使得可以以更高的优先级或首先扫描沿着图1中所示的地质地平线30的方向(因为通常可以沿着该地质地平线30找到基站20)。
总之，根据上述实施方式，传感器12的传感器信息与基站的已知位置结合使用来配置天线装置11。凭借知道基站在大多数情况下沿着水平面布置并且在现代用户设备中存在例如用于检测上下的传感器、3D加速度和罗盘的事实，可以实现波束指向。上述方法可以被实现为无线通信网络中的系统要求，并且因此可以被标准化，但是还可以仅被实现为用户设备的智能特征。假设用户设备10由于它已经连接到基站20或从历史或地图或从宏小区传送的信息而知道到基站20的方向，则该知识可以与用户设备自己的定向、位置以及速度的知识结合。这可以使得用户设备10能够更有效地定向天线装置11的波束40。

Claims (14)

1.一种用于在无线通信网络中操作用户设备(10)的方法，其中，所述用户设备(10)包括提供能够配置的传输方向图(40)的天线装置(11)，所述方法包括以下步骤：
使用所述用户设备(10)的定向确定传感器(12)来确定所述用户设备(10)的定向；
使用所述用户设备(10)的位置确定传感器(12)来确定所述用户设备(10)的用户设备位置；
在所述用户设备(10)处确定所述无线通信网络的基站(20)的基站位置；以及
基于所确定的定向、所确定的用户设备位置以及所确定的基站位置来配置所述天线装置(11)的所述传输方向图(40)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述定向包括确定所述用户设备(10)相对于地质地平线(30)的定向。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，配置所述天线装置(11)的所述传输方向图(40)包括在所确定的基站位置的方向上沿着所述地质地平线(30)调平所述传输方向图(40)。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的方法，其中，所述定向确定传感器(12)包括以下组中的至少一个，该组包括陀螺仪、重力传感器、加速度计和罗盘。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的方法，其中，所述位置确定传感器(12)包括以下组中的至少一个，该组包括用于从全球定位系统接收信号的传感器、陀螺仪、加速度计、罗盘和用于基于来自蜂窝通信系统、蓝牙信标系统、无线局域网或任何其他射频系统的射频信号的三角测量来确定所述位置的传感器。
6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的方法，其中，确定所述基站位置包括以下步骤中的至少一个：
基于所述用户设备位置在地图中查找所述基站位置；
从所述用户设备(10)的数据库中检索所述基站位置，其中，所述基站位置已经由所述用户设备基于所述用户设备(10)与所述基站(20)之间先前建立的通信链路在之前存储于所述数据库中；以及
从所述无线通信网络的宏小区接收所述基站位置。
7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的方法，其中，所述天线装置(11)包括多个天线元件(14)，该多个天线元件(14)以提供至少部分盘状的传输方向图的一维结构来布置，其中，配置所述天线装置(11)的所述传输方向图(40)包括将所述至少部分盘状的传输方向图与地质地平线(30)对齐。
8.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的方法，其中，所述天线装置(11)包括多个天线元件(14)，该多个天线元件(14)以提供笔形波束形状的传输方向图的二维结构来布置，其中，配置所述天线装置(11)的所述传输方向图(40)包括使用所述笔形波束形状的传输方向图扫描地质地平线(30)。
9.一种用于在无线通信网络中操作用户设备(10)的方法，其中，所述用户设备(10)包括提供能够配置的传输方向图(40)的天线装置(11)，所述方法包括以下步骤：
在经由所述天线装置(11)在所述无线通信网络的所述用户设备(10)与基站(20)之间建立通信链路的同时确定所述天线装置(11)的所述传输方向图(40)的当前方向；
使用所述用户设备(10)的移动确定传感器(12)来确定所述用户设备(10)的用户设备移动；以及
基于所确定的所述传输方向图的当前方向和所确定的用户设备移动来重新配置所述天线装置(11)的所述传输方向图(40)。
10.一种用于无线通信网络的用户设备(10)，所述用户设备(10)包括：
天线装置(11)，该天线装置(11)用于从所述无线通信网络的基站(20)接收射频信号，其中，所述天线装置(11)提供能够配置的传输方向图(40)；
定向确定传感器(12)，该定向确定传感器(12)用于确定所述用户设备(10)的定向；
位置确定传感器(12)，该位置确定传感器(12)用于确定所述用户设备(10)的用户设备位置；以及
处理装置(13)，该处理装置(13)被配置成确定所述无线通信网络的所述基站(20)的基站位置，并且基于所确定的定向、所确定的用户设备位置以及所确定的基站位置来配置所述天线装置(11)的所述传输方向图(40)。
11.根据权利要求10所述的用户设备(10)，其中，所述用户设备包括由移动电话、移动计算机、个人数字助理、平板计算机、电视机、监视器和投影仪组成的组中的至少一个。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的用户设备(10)，其中，所述用户设备(10)被配置成执行权利要求1至权利要求8中任一项所述的方法。
13.一种用于无线通信网络的用户设备(10)，所述用户设备(10)包括：
天线装置(11)，该天线装置(11)用于从所述无线通信网络的基站(20)接收射频信号，其中，所述天线装置(11)提供能够配置的传输方向图(40)；
移动确定传感器(12)，该移动确定传感器(12)用于确定所述用户设备(20)的用户设备移动；以及
处理装置(13)，该处理装置(13)被配置成在经由所述天线装置(11)在所述无线通信网络的所述用户设备(10)与所述基站(20)之间建立通信链路的同时确定所述天线装置(11)的所述传输方向图(40)的当前方向，并且基于所确定的所述传输方向图(40)的当前方向和所确定的用户设备移动来重新配置所述天线装置(11)的所述传输方向图(40)。
14.根据权利要求13所述的用户设备，其中，所述用户设备包括由移动电话、移动计算机、个人数字助理、平板计算机、电视机、监视器和投影仪组成的组中的至少一个。
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