CN108464030A - 用于与波束形成天线通信的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

全息波束形成天线可用于通信网络(例如无线回程网络)内的自适应路由。全息波束形成天线可以进一步用于利用可操纵的高方向性波束发现和/或寻址通信网络中的节点。全息波束形成天线可以进一步用于扩展通信节点的范围并且经由动态相邻小区辅助向相邻节点提供带宽辅助。在一些方法中，MIMO与全息波束形成协同使用以获得额外的信道容量。

Description

用于与波束形成天线通信的方法和系统
优先权申请和相关申请的所有主题以及优先权申请和相关申请的任何及所有的母案申请、祖案申请、曾祖案申请等的所有主题，包括任何优先权要求，在这些主题不与本文冲突的程度内，都通过参考并入本文。
背景技术和发明内容
商业化的低C-SWAP(成本、尺寸、重量和功率)、软件定义的通信孔径将大大增加未来无线网络(例如，5G无线网络)中的网络容量。本发明的实施方式提供采用用于小型小区(small cell)无线电接入网络、回程和毫米波应用的高增益电子可操纵天线的方法和系统。可操纵波束功能可以提供提高的数据速率、降低的功耗、频谱重用以及动态网络重新配置。此外，网络运营成本可能会降低，并且部署时间表可能会变得更加灵活。
未来的无线网络部署(例如，5G无线网络部署)预期会比当前部署提供更高的数据吞吐量。从2010年到2020年，业界预计移动网络流量将增加三个数量级[1]。5G无线系统将纳入一些新技术，以满足频谱紧缩和能源消耗的需求。研究人员和工业界已经提出了大规模MIMO(多输入多输出)[2]、认知无线电[2]、可见光通信[2]、网络致密化[1]、卸载[1]、扩展和更高效的频谱使用[1]、邻域小型小区[3]、毫米波回程[3]、云无线接入网络[3]、协调多点处理[3]和本地机器对机器支持[4]等作为可能包含在5G标准中的候选方案。
目前，由于其低方向性，广域或甚至全向天线使频谱饱和。使用低方向性天线从根本上导致发送每比特的较高能量成本，因为绝大多数辐射功率不被接收天线单元捕获。另外，低方向性天线在频谱上污染其覆盖区域，从而阻止类似的天线系统在相同的频率下同时工作。网络容量的增加取决于移动到更小的蜂窝覆盖区域，以优化载波的非常昂贵的频谱重用。
使用高方向性天线系统通过限制RF照射区域提供更高的每瓦数据速率(由于SINR增益)。通过保持良好的“光谱卫生”而非在不需要的方向上辐射能量，空间和角度多样性可以显著提高网络吞吐量。这使得该区域可以免费用于其他天线的频谱重用，从而将整个系统推向噪声受限而不受干扰限制。可以使用非扫描、高方向性、固定的天线的大量布置来覆盖区域。然而，需要大量的固定天线来确保覆盖范围，这将是昂贵和庞大的。万向架安装的天线是另一种可能的转向梁选项。但是，它们可能太慢、太笨重且太昂贵而无法充分满足覆盖范围内的多个用户。
与静态天线相比，电子操纵的孔可以在短时间间隔(例如，微秒)内重新配置辐射图以最好地服务天线覆盖区内的客户。本发明的实施方式包括采用用于高方向性和快速电子束切换(我们将其称为方向性按需(DoD))的可操纵天线的方法和系统。DoD工作模式通过利用天线增加的覆盖范围来降低部署的塔场所密度(tower site density)。即使对于短距离链路，除了为用户设备提供更长的电池寿命外，关注基站功耗的运营商可能在使用高方向性天线时节省大量能源[5]。
相邻小区塔可以使用小区间干扰协调(ICIC)技术共存，以确保它们的波束合作且不干扰。由于物理信道没有在不需要的方向上分配，多径噪声减少了。非视线(NLoS)通信可以扫描波束以找到有效信道。游动热点(如火车和轮船)可以通过来自导向波束天线的高增益链路被提供服务。利用足够低成本的可操纵天线，可以使用单独的孔径(或针对一个孔径的多个馈送)实现MIMO支持以实现正交空分复用(OSDM)。
软件限定的孔径(SDA)已经由有源电子控制阵列(AESA)实现了数十年[6]。AESA挫败了许多降低成本、尺寸、重量和功率(C-SWAP)的尝试，并继续在军事领域几乎被专用。尽管有C-SWAP的局限性，许多组织已经提出了基于相控阵的解决方案，用于下一代网络[3][7][8][9]。
本发明的实施方式使用利用表面散射技术来实现稳健波束形成的替代扫描波束技术。在基于表面散射技术的天线中，导波和传播波之间的耦合通过调制与导波电磁接触的表面的电磁特性来实现。这种受控的表面调制可以被称为“调制图案”或“全息图图案”。天线中的导波可作为“参考波”或“参考模式”并且所需的自由空间传播波图案可被称为“辐射波”或“辐射模式”。
表面散射天线例如在美国专利申请公开No.2012/0194399(下文中称为“Bily I”)中描述，改进的表面散射天线在美国专利申请公开No.2014/0266946(在下文中“Bily II”)中进一步描述。包括耦合到负载有集总装置的可调节的散射元件的波导的表面散射天线在美国专利申请公开No.2015/0318618(下文中称为“Chen I”)中描述，而各种全息调制图案方法在美国专利申请公开No.2015/0372389(以下简称“Chen II”)中描述。在美国专利申请公开No.2015/0380828(以下称为“Black I”)中描述了包括耦合到可调节槽元件的波导的表面散射天线。在美国专利申请公开No.2015/0318620(以下称为“Black II”)中描述了弯曲或保形的表面散射天线。宽带表面散射天线在美国专利申请No.62/271,524(以下称为“Black III”)中有描述。所有这些专利申请通过引用整体并入本文，并且在下文中将统称为“MSAT申请”。
因为表面散射天线利用由天线调制图案限定的全息图的参考波的受控散射的全息原理，所以通过本说明书，表面散射天线将等效且可互换地描述为“全息波束形成天线”。无论何时实施方式考虑波束形成天线，可以预期的是波束形成天线可以是全息波束形成天线或表面散射天线，诸如上述MSAT应用中公开的那些中的任何一种；并且无论何时实施方式考虑配置或调整波束形成天线，可以预期的是，天线可以如在任何上述MSAT应用中所公开的那样配置或调整。
已经证明表面散射天线能够在宽范围的微波和mmW频率下工作，包括从L频带到V频带的频率范围(1-60GHz)。可以快速(例如以微秒为单位)重新配置表面散射天线以在任意方向上转向波束或在软件中形成不同的波束形状(参见例如Chen II)。一些方法利用传统的电路制造技术来降低成本和功耗。表面散射天线不需要分立的移相器或定制的单片微波集成电路(MMIC)，但可以利用商用现成的被开发用于无线工业大批量生产的部件。与AESA不同，表面散射天线不需要分布式放大和冷却，并且这可以显著减小本发明实施方式的尺寸、重量、复杂性和功耗。
实施方式利用表面散射天线，该天线可以制作为共形的(参见例如Black II)以支持对天线安装具有严格审美要求的市镇中的更多分立部署位置。在一些实施方式中，天线轮廓厚度低至1/2英寸(12.7mm)，这允许在各种位置部署而不会干扰主机结构的外观。已经注意到，空间致密化可能需要这种用于离散部署的低成本、低轮廓(low profile)和适应性的技术[3]。
可操纵的高方向性天线导致更大的频谱重用以最小化干扰。例如，与其中两个天线都具有低方向性的链路相比，在UE上保持低方向性天线的同时用全息波束形成天线替换小型小区上的低方向性天线增强了链路余量。全息波束形成天线增加的增益在保持良好余量、增加UE电池寿命并减少对其他设备的干扰的同时允许UE降低其用于UE的发射功率，。
以与MIMO的出现导致无线协议栈的重新设计几乎相同的方式，将SDA用于高定向空间信道化也将如此。天线不再如传统上的那样被降级到不那么复杂的PHY层。“哑”天线是静态元件，不能用作增加吞吐量、频谱效率或范围的附加工具。SDA代表完全软件定义的无线电系统的最后一个动态件，因此需要重新成形的无线协议栈来告知网络如何最好地利用这种新功能。
一些实施方式提供使用全息波束形成天线用于通信网络内的自适应路由，诸如无线回程网络。例如，在未来的5G网络中，将采用无线回程来连接小型小区。由于小型小区部署的预测密度，小型小区不太可能拥有专用的光纤或有线链路。这些链路可能需要波束转向才能在障碍物周围进行动态路由，并且在存在极点摆动的情况下保持链路性能。
其他实施方式提供使用全息波束形成天线来发现和/或寻址具有可操纵的高方向性波束的通信网络中的节点。例如，在未来的5G网络中，宏小区、小型小区和UE将同时互相接合，这个概念已被讨论为异构网络(HetNet)[11]。回程网络和无线电接入网络(RAN)都可以利用高方向性波束控制和到最终用户的毫米波连接性来提供极大扩展的信道容量。
另外的实施方式提供了使用波束形成天线来扩展通信节点的范围并且经由动态相邻小区辅助(DACA)向相邻通信节点提供带宽辅助。例如，在未来的5G网络中，可以在宏小区的覆盖区域内使用小型小区以将覆盖范围分成更小的子单元。实施方式可以通过动态相邻小区辅助(DACA)减少所需小型小区的数量。
又一些实施方式提供了将MIMO与全息波束形成一起用于额外的信道容量。通过使用协调的全息波束形成天线来增强MIMO。定向波束MIMO的信道容量随天线数量线性变化，并与天线增益呈对数关系。网络可以同时利用MIMO和DoD(通过全息波束形成的按需指向性)来最大化信道容量。
前述发明内容仅仅是说明性的，并不意图以任何方式进行限制。除了以上描述的说明性方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，进一步的方面、实施方式和特征将变得明显。
附图说明
图1A描绘了用于通信网络内的自适应路由的场景。
图1B描绘了用于通信网络内的高方向性波束连接的场景。
图1C描绘了用于通信网络内的动态相邻小区辅助的场景。
图2A描绘了小区部署。
图2B描绘了具有多个波束形成天线的小区部署。
图2C描绘了具有范围扩展波束形成天线的小区部署。
图2D描绘了具有动态相邻小区辅助的小区部署。
图3描绘了信道容量的图。
图4描绘了系统框图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另有规定，否则相似的符号通常标识相似的组件。详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方式并不意味着限制。可以使用其他实施方式，并且可以做出其他改变，而不脱离这里给出的主题的精神或范围。
参照图1A，描绘了用于通信网络内的自适应路由的说明性场景。说明性网络包括三个节点100、110和120。节点100被描绘为宏小区节点，并且节点110和120被描绘为小型小区节点，但是这种描述并非旨在进行限制；在各种实施方式中，各种节点中的每一个可以从包括宏小区节点、小型小区节点(包括纳米小区、微微小区和毫微微小区)、其他基站或接入点节点以及用户设备节点的节点类型的列表中选择。在一些实施方式中，通信网络是包括一个或多个根节点和一个或多个网格节点的无线网格网络：根节点是具有到通信主干的高速连接(例如光纤或其他有线连接)的节点，而网格节点缺少这种高速连接，而是通过无线路径连接到通信主干，无线路径可以包括零个、一个或多个中间网格节点。因此，图1A描绘了包括一个根节点(宏小区节点100)和两个网格节点(小型小区110和120)的示例网络。
在图1A的说明性场景中，通信节点100包括至少一个波束形成天线101，通信节点110包括至少两个波束形成天线111和112，并且通信节点120包括至少一个波束形成天线121。波束形成天线在节点之间建立通信信道140、150和160；在图1A的说明性示例中，这些是回程信道，但是信道中的一个或多个可以是RAN信道，例如，当它连接到一个UE节点时。该图示考虑了当障碍物130阻碍节点100与节点120之间的通信信道140时网络的动态重新路由。考虑到障碍物130，节点120重新配置其波束形成天线以引导波束不沿着阻塞的通信信道140而是沿着开放的通信信道150，即引导波束到节点110处。
障碍物130被描绘为阻碍通信信道140的物理障碍物；更一般地，节点120接收指示偏好的信息，以从节点100重新路由到节点110并相应地操纵其波束形成天线121。当存在对通信信道的物理干扰(例如雨衰、过往车辆)时；当存在对通信信道的电磁干扰(例如存在附近的噪声源或频谱干扰)时；或者当在通信信道的另一端存在带宽限制时(例如，在相邻节点中断或短缺或相邻节点与根节点之间的无线路径中断或短路)时，可能会发生重新路由偏好。
在一些方法中，节点120通过监视通信信道140直接接收指示重新路由偏好的信息。例如，从相邻节点接收到的功率可能下降；或者该节点可以观察到通信信道的SINR(信号与干扰加噪声比)或CINR(载波与干扰加噪声比)的下降；或者该节点可以观察指示信道质量降低的信道状态信息。在其他方法中，节点120间接地接收指示重新路由偏好的信息。例如，节点可以从网络接收中断指示，或者该节点可能从网络接收重新路由到另一相邻节点的指令。该节点可以从网络接收该指示作为沿着现有通信信道140、150、160中的一个或多个传送的控制数据，或者该节点可以经由互补网络或辅助网络从网络接收该信息。例如，该节点可能还配备有诸如WLAN、WiMAX、2G、3G、4G/LTE、FM或蓝牙模块之类的补充无线网络模块，并且该补充网络模块可能接收中断指示或重新路由的指令。在一些方法中，重新路由的指令可能起源于网络操作中心(NOC)。例如，网络操作中心可能会重新配置网络以应对中断或为高流量情况(如体育赛事、灾难或高峰时段通勤)提供浪涌能力(surge capacity)。
参照图1B，描绘了用于发现和/或寻址通信网络中的用于回程和RAN两者的节点的说明性场景。说明性网络包括三个节点100、110和170。节点100被描述为宏小区节点，节点110被描绘为小型小区节点，并且节点170被描绘为用户设备节点，但是该描述不是限制性的；在各种实施方式中，各种节点中的每一个可以从包括宏小区节点、小型小区节点(包括纳米小区、微微小区和毫微微小区)、其他基站或接入点节点以及用户设备节点的节点类型的列表中选择。
在图1B的说明性场景中，节点100与节点170之间的虚拟通信信道180利用节点170与节点110之间的第一高方向性信道190(例如到UE节点的RAN信道)和节点110与节点100之间的高方向性信道160(例如到宏小区的回程信道)的组合来实现。使用高方向性信道需要系统和方法来发现相邻节点的位置，然后选择用于限定高方向性信道的天线的波束配置。例如，节点100可以配备为发现节点110的位置，然后配置波束形成天线101以将高方向性波束引导到节点110处来建立回程通信信道160；并且节点110可以配备成配置成发现节点170的位置，然后配置波束形成天线110以将高方向性波束引导到节点170处来建立RAN信道190。
在一些方法中，高方向性回程和RAN信道是毫米波信道。从4G转向5G系统的关键限制之一是频谱紧缩。随着对移动数据的需求的增加，看起来没有足够的频谱可用。5G系统的一个关键推动力是在网络的多个层面(包括潜在的回程、前传和RAN)中预期使用毫米波(mmW)频率。mmW频率处的频段提供非常大的连续带宽块：例如，利用轻度许可的E频段的频域多路复用系统可能潜在地利用5GHz的频谱来分别发送和接收。其他候选频段包括28GHz、39GHz和未经许可的60GHz频段，可提供高达GHz的可用带宽，并对于5G系统中的RAN它们在考虑之中(包括通过FCC[13])。例如，28GHz频段(在美国被许可用于本地多点分配服务)和39GHz频段(被许可用于固定点对点操作)未得到充分利用。最近有许多工作研究这些频段对5G RAN的适用性；包括研究当前39GHz固定业务和移动5G共存的可能性[14]。概念验证的演示还显示了对基站使用28GHz的相控阵天线的适用性[15]。
现有技术的mmW技术的两个主要限制是当前器件的增加的Friis传输损耗和低可用输出功率[3]。例如，60GHz处的大而无限制的带宽受到由于氧气吸收导致的高路径损耗的阻碍。此外，市售的mmW放大器的输出功率仅为1W，在很多频段效率低。
这两个限制都导致给定系统的显著较低的链路余量。然而，通过使用高方向性天线可以提供余量的显著增长。对于mmW频率，可以在小的物理区域内实现非常高增益的天线。例如，在60GHz和E频段频率下，可以在一平方英尺以下的区域内实现30dBi以上增益的天线，与现有的4G天线相比，在小的占地面积中，提供显著较高的增益。在市政当局可能会拒绝大型天线的位置中，小型小区的预计的密集部署可能需要大量的低成本、高增益天线。因此，具有低剖面(low profile)、低重量和低功耗的天线对于实现基于mmW的网络至关重要。
对于RAN使用mmW频率使得使用波束形成天线更为重要。克服上述限制所需的增益将需要使用高定向天线而不是全向天线，同时还保持切换波束方向或甚至宽度的能力，以按需提供足够的UE覆盖。全息波束形成天线提供了必要的灵活性，以在每帧或甚至每个数据包的基础上在许多UE之间切换，同时提供这种DoD。
回到图1B的说明性场景，实施方式需要操作包括全息波束形成天线(例如分别为天线101或天线111)的通信节点(诸如宏小区节点100或小型小区节点110)来发现相邻节点(例如分别为小型小区节点110或用户设备节点170)并且配置全息波束形成天线以将高方向性波束指向相邻节点处(例如分别沿着高方向性回程信道160或高方向性RAN信道190)。
相邻节点的发现可以包括调整全息波束形成天线以提供搜索波束图案序列。搜索波束图案序列可以用于呼叫和接收来自相邻节点的回复(例如，其中相邻节点被配置为周期性地侦听和响应呼叫信号)，或者可以使用搜索波束图案序列来只侦听来自相邻节点的信标信号(例如，其中相邻节点被配置为周期性地广播信标信号)。在一些方法中，搜索图案序列是搜索图案的扫描序列；例如，可以调整天线以通过一系列方位角扫描狭窄的扇形束以确定相邻节点的(方位角)位置，或者天线可以通过一系列方位角和高度角扫描窄的笔形波束以确定相邻节点的(方位角和高度角)位置。在其他方法中，搜索模式序列是随机搜索模式序列；例如，可以调整天线以逐步通过具有随机方位角和/或高度角的一系列窄扇形或笔形波束，或者可以调整天线以逐步通过一系列基本上填满搜索区域的随机的、低方向性的、基本上正交的波束。在前一种方案中，随机序列继续，直到发现相邻邻居；在后一种方案中，根据诸如美国专利申请公开No.2013/0335256(通过参考并入本文)中描述的压缩感测算法，来自相邻节点的相应信号序列可用于对相邻节点的位置进行统计估计。在其他方法中，搜索波束图案序列包括逐渐变窄的搜索波束，其在相邻节点的位置上变窄。例如，根据需要，搜索波束图案的序列可以包括第一次扫描非常宽的波束以发现相邻节点的总体位置，然后第二次扫描较窄的波束以发现相邻节点的更精确的位置，等等。这种逐渐变窄的搜索的例子是二元搜索(或更一般地，N元搜索)，其探索初始搜索区域的分数递归细分的序列。
虽然在一些方法中，发现在没有关于相邻节点的位置的任何初始信息的情况下继续进行，但在其他方法中，发现在有关于相邻节点的大致位置的初始信息的情况下继续进行。例如，节点可以接收关于相邻节点的大致位置的信息，例如相邻节点的物理坐标(例如，GPS坐标)。该节点可以从网络接收大致位置信息作为沿着一个或多个现有通信信道(例如，与先前发现的节点)通信的控制数据，或者该节点可以经由互补网络或辅助网络从网络接收该信息。例如，该节点可能还配备有诸如WLAN、WiMAX、2G、3G、4G/LTE、FM或蓝牙模块之类的补充无线网络模块，并且该补充网络模块可能接收大概的位置信息。在一些方法中，大概的位置信息可能起源于网络操作中心(NOC)。在一些方法中，节点还配备成(例如，从位于节点处的一个或多个传感器(这些传感器可以包括GPS传感器、磁力计、加速度计和/或陀螺仪))获得关于其自身物理坐标和方向的信息。因此，节点可以将关于相邻节点的物理坐标的信息与关于即时节点的物理坐标和方向的信息组合起来，以识别在其中搜索相邻节点的搜索区域。例如，节点可以识别包含关于相邻节点的物理坐标和即时节点的物理坐标和方向的不确定度的搜索区域。然后，除了搜索序列限于探索所标识的搜索区域的搜索波束之外，节点可以继续进行搜索序列，如前一段所述。
尽管上述发现方法描述了单个相邻节点的发现，但这些方法同样适用于发现多个相邻节点。假设通信节点已经发现了多个相邻节点，用于与多个相邻节点通信的一种方法是重复切换全息波束形成天线以将重复的高方向性波束序列指向多个相邻节点处(这是时分复用方法)。在时分复用方法中，全息波束形成天线可以例如基于每个数据包或基于每帧进行切换。另一种方法是为节点配备多个全息波束形成天线。如果多个全息波束形成天线小于多个发现的相邻节点，则仍然需要一些切换(时分复用)来与所有发现的相邻节点进行通信。如果多个全息波束形成天线等于多个发现的相邻节点，则每个波束形成天线可以专用于相应的相邻节点。如果多个全息波束形成天线多余多个发现的相邻节点，则可以将多个波束形成天线专用于所选相邻节点，并且与所选相邻节点的通信可以受益于MIMO信道容量增强，如下面进一步讨论的。
参照图1C，描绘了用于通信网络内的动态相邻小区辅助的说明性场景。说明性网络包括三个节点100、110和120。节点100被描绘为宏小区节点，并且节点110和120被描绘为小型小区节点，但是这种描述并非旨在进行限制；在不同的实施方式中，各种节点中的每一个可以从包括宏小区节点、小型小区节点(包括纳米小区、微微小区和毫微微小区)、其他基站或接入点节点以及用户设备节点的节点类型的列表中选择。
图1C的图示包括具有分别到小型小区110、120的回程信道105、106的宏小区100。根据上述方法，这些回程连接可以是高度方向性的，可能是毫米波，使用波束形成天线进行连接。因此，节点110和120可以包括回程天线111和121，回程天线111和121被配置为使得高方向性波束分别沿着回程信道105和106指向，并且沿着这些回程信道发送或接收回程数据，可能在mmW频带；并且这些回程天线可以被实现为全息波束形成天线。
同时，节点110和120还包括相应的天线112和122，以向相应蜂窝覆盖区域115和125中的用户设备提供通信服务。在传统蜂窝部署中，第一覆盖区域115中的用户116将通过通信信道117接收服务，天线112服务该第一覆盖区域，而第二覆盖区域125中的用户126将通过通信信道127接收服务，天线122服务该第二覆盖区域。然而，本发明的实施方式为节点110配备全息波束形成天线112，其可通过为节点110的传统覆盖区域115外的远程用户128提供通信信道129来提供动态相邻小区辅助。因此，实施方式需要配置全息波束形成天线(诸如天线112)以将第一波束(例如，117)引导到本地用户(例如116)处，并且然后，响应于接收到指示相邻节点(例如，120)处的带宽短缺的信息，重新配置波束形成天线以将第二波束(例如，129)引导到远程用户(例如128)处。
在一些方法中，天线112和122可以向覆盖区域中的用户设备提供毫米波RAN服务，而在其他方法中，天线112和122向用户设备提供较低频率(例如，适用于各种3G、4G和5GRAN协议的较低频段)的RAN服务。
在一些方法中，波束形成天线可以使用相对较低的方向性波束117来对本地覆盖区域115内的本地用户116进行寻址以及使用相对较高的方向性波束129来对相邻覆盖区域125内的远程用户128进行寻址。相对较低的方向性波束可能包含成组的本地用户；例如，在每个蜂窝覆盖区域被划分为扇区的方式中，低方向性波束可以寻址覆盖区域115的整个扇区。同时，由于其较高的方向性，相对较高的方向性波束129可以具有较大的范围，因此允许波束形成天线112将其范围扩展到相邻的覆盖区域125中以对远程用户进行寻址。在其他方法中，可以使用高方向性波束来对本地用户和远程用户进行寻址。
在一些方法中，节点经由包括即时节点和相邻节点的网络在相邻节点处接收指示带宽短缺的信息。例如，在图1C的说明性场景中，节点110可以经由沿着回程信道105的通信来接收指示相邻节点120处的带宽短缺的信息。作为另一示例，节点可以经由补充或辅助网络从网络经由通信接收带宽短缺指示。因此，该节点可能还配备有诸如WLAN、WiMAX、2G、3G、4G/LTE、FM或蓝牙模块之类的补充无线网络模块，并且该补充网络模块可能接收带宽短缺指示。在一些方法中，带宽短缺指示可能起源于网络操作中心(NOC)。
现在参考图2A-2D，描绘了说明性的小区部署场景。图2A描绘了理想化的传统覆盖布局，其中每个小型小区(或宏小区)站200使用静态波束天线覆盖三个相邻扇区201。在说明性场景中，每个静态天线具有14dB的增益并覆盖120°弧。站间距可以被优化以确保完全覆盖，同时最小化邻近站点干扰。小区间干扰协调(ICIC)被用来处理相邻小区之间的边界。
在图2B中，寻址每个小区扇区201的传统静态天线被多个波束形成天线替代。这允许来自单个基站的多个(例如202、203)同时的、独立的波束使用相同的载波频率服务给定小区的覆盖区域。
在图2C中，传统的静态天线已经被能够形成较高增益波束204(例如，以5°的波束宽度提供24dB的增益)的波束形成天线替代。较窄的波束可以通过快速波束切换(空分多址)提供针对其传统责任区域的较高的信号功率、降低的干扰、降低的噪声和全面覆盖的优势。而且，较窄的波束具有延伸到相邻基站的传统覆盖区域的扩展范围205。
在图2D中，描绘了动态相邻小区辅助场景，其中单个基站210已经被基站210所服务的覆盖区域211内的用户对数据带宽的暂时需求所压倒。在该场景中，具有备用带宽的附近的基站212可以通过将高方向性波束213指向覆盖区域211处协作地辅助主站210，从而最大化空间频谱重用。在此动态相邻小区辅助(DACA)模式下工作的波束形成天线可以减少网络密集化时所需的小型小区的数量。这可能在高带宽需求仅低频率发生的地区、在部署静态额外节点来弥补极端情况几乎没有经济意义的地区尤其有用。
一些实施方式提供将MIMO与全息波束形成一起用于额外的信道容量。波束形成与MIMO结合可以带来显著的容量增益[16]。对于传统的非指向性MIMO系统，信道容量按比例缩放为：
CMIMO≈plog2(1+SNR)，
其中p是MIMO信道的数量，SNR是没有定向天线增益的固有信噪比。信道容量线性缩放，而单独的定向波束形成则按比例缩放为：
CDoD≈≈log2(1+SNR·G),
其中G是定向天线的附加波束形成增益。两种技术中最好结合在波束形成MIMO中，其中信道容量按比例缩放为：
CDoD+MIMO≈plog2(1+SNR·G),
导致显著的信道容量增强。图3描绘了比较p＝4(4信道MIMO)和G＝15dB的情况下的这些信道容量的示例。可以看出，单独的DoD(301)在低SNR环境中很有用(对于许多毫米波系统将是这种情况)，但在高SNR情况下，MIMO(302)是优越的。但是，DoD增强型MIMO(303)在所有SNR情况下都占主导地位。
在一些方法中，信道容量的MIMO增强可以通过使用用于全息波束形成天线的多个馈送来实现。因此，对于设想全息波束形成天线的每个实施方式，全息波束形成天线可以包括由相应的多个RF发射器或接收器寻址的多个RF馈送端口。然后可以用MIMO复用和/或解复用电路对相应的多个RF发射器或接收器寻址以提供对应的多个MIMO信道。
在其他方法中，信道容量的MIMO增强可以通过使用多个全息波束形成天线来实现。因此，对于设想全息波束形成天线的每个实施方式而言，全息波束形成天线可以用多个全息波束形成天线替换，所述全息波束形成天线由相应的多个RF发射器或接收器寻址。然后可以用MIMO复用和/或解复用电路对相应的多个RF发射器或接收器寻址以提供对应的多个MIMO信道。
现在参考图4，说明性实施方式被描绘为系统框图。系统400包括天线控制单元410，天线控制单元410包括用于调整一个或多个全息波束形成天线420的控制输入的电路。系统可选地包括一个或多个全息波束形成天线420(在一些实施方式中，系统省略一个或多个全息波束形成天线420并且反而被配置用于随后连接到一个或多个全息波束形成天线)。
根据上述任何实施方式，天线控制单元410可以包括用于调整一个或多个全息波束形成天线的控制输入的电路。例如，天线控制单元可以包括：用于接收指示重新路由偏好的信息并根据重新路由偏好重新配置全息波束形成天线的电路；用于(例如利用多个搜索波束)发现相邻节点并且将高方向性波束指向所发现的相邻节点处的电路；和/或用于接收指示相邻节点带宽短缺的信息并重新配置全息波束形成天线以辅助相邻节点的电路。
系统400可选地包括连接到或可连接到相应全息波束形成天线420的馈送端口的一个或多个发射器、接收器或收发器430。系统可选地包括耦合到一个或多个发射器、接收器或收发器430的调制解调器。调制解调器可以被配置为向天线控制单元410提供信息，使得天线控制单元可以执行波束形成和波束控制功能。例如，当天线控制单元正寻求发现相邻节点时，调制解调器可被配置为报告来自相邻节点的回复信号。作为另一个示例，调制解调器可以被配置为当天线控制单元试图发现相邻节点时报告关于相邻节点的大致位置的信息。作为另一个示例，调制解调器可以被配置为报告指示重新路由偏好的信息。作为另一示例，调制解调器可被配置为报告指示相邻节点处的带宽短缺的信息。作为另一示例，调制解调器可以被配置为报告帧速率或分组速率，使得天线控制单元可以以所报告的帧速率或分组速率来切换一个或多个全息波束形成天线。
系统400可选地包括辅助无线网络模块450，辅助无线网络模块450被配置为向天线控制单元410提供信息，使得天线控制单元可以执行其波束形成和波束控制功能。例如，网络模块可以被配置为当天线控制单元试图发现相邻节点时报告关于相邻节点的大致位置的信息。作为另一个示例，网络模块可以被配置为报告指示重新路由偏好的信息。作为另一个示例，网络模块可以被配置为报告指示相邻节点处的带宽短缺的信息。网络模块可以包括例如WLAN、WiMAX、2G、3G、4G/LTE、FM或蓝牙网络模块。
系统400可选地包括传感器模块460，传感器模块460包括GPS传感器、磁力计(罗盘)、加速度计和/或陀螺仪中的一个或多个。传感器模块可以被配置为报告关于通信节点的物理坐标和/或物理定向的信息，以辅助天线控制单元发现相邻节点。
系统400可选地包括MIMO复用和/或解复用电路470以提供多个RF信道的MIMO利用。
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前面的详细描述通过使用框图、流程图和/或示例阐述了设备和/或处理的各种实施方式。就这些框图、流程图和/或示例包含至少一个功能和/或操作而言，本技术领域技术人员应当理解，这些框图、流程图或示例中的每个功能和/或操作可以通过大范围的硬件、软件、固件或实质上它们的任何组合单独地和/或共同地实现。在一实施方式中，本文所描述的主题的若干部分可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或者其他集成形式实现。但是，本技术领域技术人员应当理解，本文所公开的实施方式的一些方面(全部或部分)可在集成电路中等效实施作为在一个或多个计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)、作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)、作为固件、或作为它们的几乎任意组合，且鉴于本公开，设计电路和/或为软件或固件编写代码完全在本领域技术人员的能力范围内。另外，本领域的技术人员将认识到，本文所描述的主题的机制能够作为各种形式的程序产品分发，且本文所描述的主题的说明性实施方式适用，而与用于实际执行分发的信号承载介质的特定类型无关。信号承载介质的例子包括但不限于：可记录型介质，诸如软盘、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频盘(DVD)、数字磁带、电脑内存等；以及诸如数字和/或模拟通信介质(例如，光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)之类的传输型介质。
在一般意义上，本领域技术人员将认识到，可以通过广泛范围的硬件、软件、固件和/或其任何组合来单独地和/或共同地实现的本文描述的各个方面可以被视为由各种类型的“电路”组成。因此，如本文所使用的“电路”包括但不限于：具有至少一个离散电路的电路、具有至少一个集成电路的电路、具有至少一个专用集成电路的电路、形成由计算机程序配置的通用计算设备(例如，由至少部分地执行本文所述的处理和/或设备的计算机程序配置的通用计算机，或由至少部分地执行本文中所描述的处理和/或设备的计算机程序配置的微处理器)的电路、形成存储器设备(例如，随机存取存储器的形式)的电路、和/或形成通信设备(例如，调制解调器、通信交换机、光电设备等)的电路。本领域技术人员将认识到，本文所描述的主题可以以模拟或数字方式或其某种组合来实现。
在本说明书中引用和/或在任何申请数据表中列出的所有上述美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开在与本文不矛盾的程度上通过引用并入本文。
本领域技术人员将认识到，为了概念上的清楚起见，使用在此描述的组件(例如步骤)、设备和对象以及伴随它们的讨论作为示例，并且各种配置修改在本领域的技术范围内。因此，如本文所使用的，所阐述的具体示例和随附的讨论旨在代表它们更一般的类别。通常，使用任何特定的示例旨在表示其类别，并且这里不包括这些特定组件(例如，步骤)、设备和对象不应视为是限制性的。
关于在本文中使用基本上任何复数和/或单数术语，本领域技术人员可以将复数形式转换为单数形式和/或将单数形式转换为复数形式，只要其适用于上下文和/或应用即可。为了清楚起见，这里没有明确阐述各种单数/复数置换。
尽管已经示出和描述了本文描述的本主题的特定方面，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，基于本文的教导，可以在不脱离所描述的主题及其更广泛的方面的情况下进行改变和修改，因此，所附权利要求将在其范围内包括在本文所描述的主题的真实精神和范围内的所有这样的改变和修改。此外，应该理解，本发明由所附权利要求限定。本领域技术人员将理解，一般而言，本文中，特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的术语通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括”被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当被解释为“至少具有”，术语“包含”应当被解释为“包含但不限于”等)。本领域技术人员还将理解，如果意指引入权利要求表述对象的特定数量，则这样的意图将在权利要求中被明确地陈述，并且在没有这样的陈述的情况下，不存在这样的意图。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可以包含引入性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求表述对象。然而，这样的短语的使用不应被解释为暗示通过不定冠词“一”或“一个”引入权利要求表述对象将包含这种引入的权利要求表述对象的任何特定权利要求限制为仅包含一个这样的表述对象的权利要求，即使当相同的权利要求包括引入性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”或“一个”之类的不定冠词(例如，“一”或“一个”应典型地解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)也如此；这同样适用于用于引入权利要求表述对象的定冠词的使用。另外，即使明确地叙述了所引入的权利要求表述对象的特定数量，本领域技术人员也应认识到，这种表述对象通常应被解释为意指至少所陈述的数量(例如，没有其他修饰语的无修饰表述“两个表述对象”，通常意指至少两个表述对象，或两个或两个以上表述对象)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用语的那些情况下，一般来说，这种结构意指本领域技术人员会理解的惯用意义(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于：仅具有A的系统、仅具有B的系统、仅具有C的系统、同时具有A和B的系统、同时具有A和C的系统、同时具有B和C的系统、和/或同时具有A、B和C的系统等)。在使用类似于“A、B或C中的至少一个等”的惯用语的那些情况下，一般来说，这种结构意指本领域技术人员会理解的惯用意义(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于：仅具有A的系统、仅具有B的系统、仅具有C的系统、同时具有A和B的系统、同时具有A和C的系统、同时具有B和C的系统、和/或同时具有A、B和C的系统等)。本领域技术人员将进一步理解，通常，提供两或更多可选择项的选言词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书、或附图中，都应当被理解为预期包括术语中的一项、任一项、或两项的可能性，除非上下文另有规定。例如，短语“A或B”通常会被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
关于所附权利要求，本领域技术人员应理解，其中所列举的操作通常可以以任何顺序执行。除非上下文另有规定，否则这种替换排序的示例可以包括重叠、交错、中断、重新排序、增量、预备、补充、同时、反向或其他变体排序。关于文本，除非上下文另有规定，否则诸如“响应于”、“与……相关”或其他过去时态形容词之类的术语通常不意图排除这样的变体。
在此描述的主题的各方面在以下编号的条款中阐述：
1.一种操作包括全息波束形成天线的通信节点的方法，其包括：
发现第一个相邻节点；以及
配置所述全息波束形成天线以将高方向性波束指向所述相邻节点处。
2.根据条款1所述的方法，其中所述通信节点是基站节点和用户设备节点中的一个，并且所述第一相邻节点是所述基站节点和所述用户设备节点中的另一个。
3.根据条款1所述的方法，其中所述通信节点是小型小区节点和宏小区节点中的一个，并且所述第一相邻节点是所述小型小区节点和所述宏小区节点中的另一个。
4.根据条款1所述的方法，其中所述通信节点是第一小型小区节点并且所述第一相邻节点是第二小型小区节点。
5.根据条款1所述的方法，其中所述高方向性波束是具有窄方位角波束宽度和较宽高度角波束宽度的扇束。
6.根据条款1所述的方法，其中所述高方向性波束是具有窄方位角波束宽度和窄高度角波束宽度的笔形波束。
7.根据条款1所述的方法，其中发现所述第一相邻节点包括：
反复调整所述全息波束形成天线以提供搜索波束图案序列。
8.根据条款7所述的方法，其中所述发现所述第一相邻节点还包括：
在所述搜索波束图案序列期间接收来自所述相邻节点的一个或多个信号；以及
使用所述一个或多个信号来确定所述相邻节点的位置。
9.根据条款8所述的方法，其中所述发现所述第一相邻节点还包括：
将搜索信号序列与相应的搜索波束图案序列一起发送；
并且其中接收到的所述一个或多个信号是响应于所述搜索信号序列的来自所述相邻节点的一个或多个回复信号。
10.根据条款8所述的方法，其中，接收到的所述一个或多个信号是来自所述相邻节点的一个或多个信标信号。
11.根据条款8所述的方法，其中所述搜索波束图案序列包括波束图案的扫描序列。
12.如条款11所述的方法，其中所述波束图案的扫描序列包括波束图案的方位扫描序列。
13.根据条款11所述的方法，其中所述波束图案的扫描序列包括对应于相应的多个高度的多个方位扫描子序列。
14.根据条款11所述的方法，其中所述波束图案的扫描序列是波束图案的光栅扫描序列。
15.根据条款11所述的方法，其中所述波束图案的扫描序列是具有窄方位角波束宽度和较宽高度角波束宽度的扇形波束的扫描序列。
16.根据条款11所述的方法，其中所述波束图案的扫描序列是具有窄方位波束宽度和窄高度角波束宽度的笔形波束的扫描序列。
17.根据条款8所述的方法，其中所述搜索波束图案序列包括伪随机波束图案序列。
18.根据条款17所述的方法，其中所述伪随机波束图案序列包括具有伪随机波束方向的高方向性波束图案序列。
19.根据条款18所述的方法，其中具有伪随机波束方向的所述高方向性波束图案序列包括具有窄方位波束宽度和伪随机方位方向的扇形波束序列。
20.根据条款18所述的方法，其中具有伪随机波束方向的所述高方向性波束图案序列包括具有窄方位角和高度角波束宽度以及伪随机方位角和高度角方向的笔形波束序列。
21.根据条款17所述的方法，其中，所述伪随机波束图案序列包括基本上正交并且基本上填充搜索区域的低方向性伪随机波束图案序列。
22.根据条款8所述的方法，其中：
所述搜索波束图案序列包括多个搜索波束图案子序列，所述多个搜索波束图案子序列探索随着每个子序列而连续减小的相应多个搜索区域，所述搜索波束图案具有随着每个子序列而连续增加的方向性。
23.根据条款22所述的方法，其中：
所述接收包括：
对于每个子序列，在所述子序列期间接收来自相邻节点的一个或多个信号；以及
所述使用包括：
对于除了最后一个子序列以外的每个子序列，使用在所述子序列期间接收到的所述一个或多个信号来确定下一子序列的所述搜索区域；以及
对于最后一个子序列，使用在最后一个子序列期间接收的所述一个或多个信号来确定所述相邻节点的位置。
24.根据条款23所述的方法，其中所述多个搜索区域是多个嵌套搜索区域。
25.根据条款24所述的方法，其中所述多个嵌套搜索区域包括初始搜索区域和所述初始搜索区域的多个分数递归细分。
26.根据条款25所述的方法，其中所述多个分数递归细分是多个二元递归细分。
27.根据条款7所述的方法，其还包括：
接收关于所述相邻节点的大致位置的信息；
并且其中所述搜索波束图案序列是探索所述大致位置附近的搜索波束图案序列。
28.根据条款27所述的方法，其中关于所述相邻节点的所述大致位置的所述信息包括关于所述相邻节点的地理坐标的信息。
29.根据条款28所述的方法，其还包括：
获得关于所述通信节点的地理定位和坐标的信息；以及
基于所述相邻节点的所述地理坐标和所述通信节点的所述地理定位和坐标来确定搜索区域。
30.根据条款27所述的方法，其中所述接收关于所述大致位置的所述信息是从网络操作中心接收所述信息。
31.根据条款27所述的方法，其中所述接收关于所述大致位置的所述信息是经由包括所述通信节点和所述相邻节点的网络接收所述信息。
32.根据条款31所述的方法，其中所述网络是辅助网络。
33.根据条款32所述的方法，其中所述辅助网络是WLAN、WiMAX、2G、3G、4G/LTE、FM或蓝牙网络。
34.根据条款1所述的方法，其还包括：
使用所述高方向性波束将数据发送到所述相邻节点或从所述相邻节点接收数据。
35.根据条款34所述的方法，其中所述全息波束形成天线具有多个馈送，并且所述发射或接收包括：
用与所述多个馈送对应的多个通信信道发送或接收。
36.根据条款35所述的方法，其还包括：
MIMO复用或解复用所述多个通信信道。
37.根据条款1所述的方法，其中所述全息波束形成天线是所述通信节点处的多个全息波束形成天线中的一个，并且所述配置包括：
配置所述多个波束形成天线以将相应的多个高方向性波束指向所述相邻节点处。
38.根据条款37所述的方法，其还包括：
利用对应于相应的所述多个全息波束形成天线的多个通信信道将数据发送到所述相邻节点或从所述相邻节点接收数据。
39.根据条款38所述的方法，其还包括：
MIMO复用或解复用所述多个通信信道。
40.根据条款1所述的方法，其还包括：
发现附加相邻节点。
41.根据条款40的方法，其中所述第一相邻节点和所述附加相邻节点组成多个相邻节点，并且该方法还包括：
重复调整所述全息波束形成天线以在指向相应的所述多个相邻节点的多个高方向性波束之间切换。
42.根据条款41所述的方法，其还包括：
使用相应的所述多个高方向性波束将数据传输到所述多个相邻节点或从所述多个相邻节点接收数据。
43.根据条款42所述的方法，其中所述重复调整是在所述发送或接收期间重复调整以在每帧的基础上切换。
44.根据条款42所述的方法，其中所述重复调整是在所述发送或接收期间重复调整以在每个分组的基础上切换。
45.根据条款40所述的方法，其中所述第一相邻节点和所述附加相邻节点组成多个相邻节点，所述全息波束形成天线是所述通信节点处的多个全息波束形成天线中的一个，并且所述配置包括：
配置所述多个波束形成天线以将相应的多个高方向性波束指向所述多个相邻节点处。
46.根据条款45所述的方法，其中所述多个高方向性波束分别对应于所述多个相邻节点。
47.根据条款45所述的方法，其中所述多个波束形成天线超过所述多个相邻节点，并且所述配置包括将多个高方向性波束指向一个或多个选择的相邻节点处。
48.一种用于操作包括全息波束形成天线的通信节点的系统，其包括：
天线控制单元，其包括用于发现相邻节点的电路；
其中所述天线控制单元还包括用于调整所述全息波束形成天线的控制输入以将高方向性波束指向所述相邻节点处的电路。
49.根据条款48所述的系统，其还包括：所述全息波束形成天线。
50.根据条款48所述的系统，其中所述通信节点是基站节点和用户设备节点中的一个，并且所述第一相邻节点是所述基站节点和所述用户设备节点中的另一个。
51.根据条款48所述的系统，其中所述通信节点是小型小区节点和宏小区节点中的一个，并且所述第一相邻节点是所述小型小区节点和所述宏小区节点中的另一个。
52.根据条款48所述的系统，其中所述通信节点是第一小型小区节点，并且所述第一相邻节点是第二小型小区节点。
53.根据条款48所述的系统，其中所述高方向性波束是具有窄方位角波束宽度和较宽高度角波束宽度的扇形波束。
54.根据条款48所述的系统，其中所述高方向性波束是具有窄方位角波束宽度和窄高度角波束宽度的笔形波束。
55.如条款48所述的系统，其中所述天线控制单元包括用于重复调整所述全息波束形成天线的所述控制输入以提供搜索波束图案序列的电路。
56.如条款55所述的系统，其还包括：
接收器，其可连接到全息波束形成天线的馈送端口并被配置为在所述搜索波束图案序列期间检测来自所述相邻节点的一个或多个信号；
并且其中所述天线控制单元包括用于使用检测到的所述一个或多个信号来确定所述相邻节点的位置的电路。
57.根据条款56所述的系统，其还包括所述全息波束形成天线，并且其中所述接收器连接到所述全息波束形成天线的所述馈送端口。
58.根据条款56所述的系统，其还包括：
发射器，其可连接到所述全息天线的所述馈送端口并被配置为利用相应的所述搜索波束图案序列发送搜索信号序列；
并且其中所述接收器被配置为响应于所述搜索信号序列而将所述一个或多个信号检测为来自所述相邻节点的回复信号。
59.根据条款58所述的系统，其还包括所述全息波束形成天线，并且其中所述发射器和所述接收器连接到所述全息波束形成天线的所述馈送端口。
60.根据条款56所述的系统，其中所述接收器被配置为将所述一个或多个信号检测为来自所述相邻节点的信标信号。
61.根据条款56所述的系统，其中所述搜索波束图案序列包括波束图案的扫描序列。
62.根据条款61所述的系统，其中所述波束图案的扫描序列包括波束图案的方位扫描序列。
63.根据条款61所述的系统，其中所述波束图案的扫描序列包括对应于相应的多个高度的多个方位角扫描子序列。
64.根据条款61所述的系统，其中，所述波束图案的扫描序列是波束图案的光栅扫描序列。
65.根据条款61所述的系统，其中，所述波束图案的扫描序列是具有窄方位角波束宽度和较宽高度角波束宽度的扇形波束的扫描序列。
66.根据条款61所述的系统，其中所述波束图案的扫描序列是具有窄方位角波束宽度和窄高度角波束宽度的笔形波束的扫描序列。
67.根据条款56所述的系统，其中所述搜索波束图案序列包括伪随机波束图案序列。
68.根据条款67所述的系统，其中所述伪随机波束图案序列包括具有伪随机波束方向的高方向性波束图案序列。
69.根据项目68所述的系统，其中具有伪随机波束方向的所述高方向性波束图案序列包括具有窄方位角波束宽度和伪随机方位方向的扇形波束序列。
70.根据条款68所述的系统，其中具有伪随机波束方向的所述高方向性波束图案序列包括具有窄方位角和高度角波束宽度以及伪随机方位角和高度角方向的笔形波束序列。
71.根据条款67所述的系统，其中，所述伪随机波束图案序列包括基本上正交并且基本上填充搜索区域的低方向性伪随机波束图案序列。
72.如条款56所述的系统，其中：
所述搜索波束图案序列包括多个搜索波束图案子序列，所述多个搜索波束图案子序列探索随着每个子序列而连续减小的相应多个搜索区域，所述搜索波束图案具有随着每个子序列而连续增加的方向性。
73.如条款72所述的系统，其中：
所述接收器被配置为针对每个子序列在子序列期间检测来自所述相邻节点的一个或多个信号；
所述天线控制单元包括用于使用在除最后一个子序列之外的每个子序列期间接收到的所述一个或多个信号来确定下一子序列的搜索区域的电路；以及
所述天线控制单元还包括用于使用在最后一个子序列期间接收到的所述一个或多个信号来确定所述相邻节点的位置的电路。
74.根据条款73所述的系统，其中所述多个搜索区域是多个嵌套搜索区域。
75.根据条款74所述的系统，其中所述多个嵌套搜索区域包括初始搜索区域和所述初始搜索区域的多个分数递归细分。
76.如条款75所述的系统，其中所述多个分数递归细分是多个二元递归细分。
77.根据条款55所述的系统，其中所述天线控制单元包括：
用于接收关于所述相邻节点的大致位置的信息的电路；以及
用于重复调整所述全息波束形成天线的控制输入的电路，以提供探索所述大致位置附近的搜索波束图案序列。
78.根据条款77所述的系统，其中关于所述相邻节点的所述大致位置的所述信息包括关于所述相邻节点的物理坐标的信息。
79.如条款78所述的系统，其还包括：
包括GPS传感器、加速计、磁力计和陀螺仪中的一个或多个的传感器模块。
80.根据条款79所述的系统，其中：
所述传感器模块被配置为提供关于所述通信节点的物理定向和坐标的信息；以及
所述天线控制单元包括用于基于所述相邻节点的物理坐标以及所述通信节点的所述物理定向和坐标来确定搜索区域的电路。
81.根据条款77所述的系统，其还包括：
网络模块，其被配置为从包括所述通信节点和所述相邻节点的网络接收关于所述大致位置的信息。
82.根据条款81所述的系统，其中所述网络模块被配置为从网络操作中心接收关于所述大致位置的信息。
83.根据条款81所述的系统，其中，所述网络模块是辅助网络模块。
84.如条款83所述的系统，其中所述辅助网络模块是WLAN、WiMAX、2G、3G、4G/LTE、FM或蓝牙网络模块。
85.如条款48所述的系统，其还包括：
数据发射器或接收器，其可连接到所述全息波束形成天线的馈送端口。
86.如条款85所述的系统，其还包括所述全息波束形成天线，并且其中所述数据发射器或接收器连接到所述全息波束形成天线的所述馈送端口。
87.如条款48所述的系统，其还包括：
多个数据发射器或接收器，其可连接到所述全息波束形成天线的相应的多个馈送端口。
88.根据条款87所述的系统，其还包括：
MIMO复用或解复用电路，其耦合到所述多个数据发射器或接收器。
89.根据条款87所述的系统，其还包括所述全息波束形成天线，并且其中所述多个数据发射器或接收器连接到所述全息波束形成天线的相应的所述多个馈送端口。
90.根据条款48所述的系统，其中所述全息波束形成天线是通信节点处的多个全息波束形成天线中的一个，并且所述天线控制单元可操作以调整所述多个全息波束形成天线的控制输入以将相应的多个高方向性波束指向所述相邻节点处。
91.如条款90所述的系统，其还包括：
多个数据发射器或接收器，其可连接到相应的所述多个全息波束形成天线的相应的多个馈送端口。
92.如条款91所述的系统，其还包括：
MIMO复用或解复用电路，其耦合到所述多个数据发射器或接收器。
93.如条款91所述的系统，其还包括所述多个全息波束形成天线，其中相应的所述多个数据发射器或接收器连接到相应的所述多个全息波束形成天线的相应的多个馈送端口。
94.根据条款48所述的系统，其中所述天线控制单元包括用于发现包括所述第一相邻节点的多个相邻节点的电路。
95.根据条款94所述的系统，其中所述天线控制单元包括用于重复调整所述全息波束形成天线的控制输入以在指向相应的所述多个相邻节点的多个高方向性波束之间切换的电路。
96.根据条款95所述的系统，其还包括：
数据发射器或接收器，其可连接到所述全息波束形成天线的馈送端口。
97.如条款96所述的系统，其还包括：
与数据发射器或接收器耦合的数据调制解调器。
98.根据条款97所述的系统，其中所述数据调制解调器定义数据帧速率，并且所述天线控制单元可操作以重复调整所述控制输入以在所述数据帧速率切换。
99.如条款97所述的系统，其中所述数据调制解调器定义数据分组速率，并且所述天线控制单元可操作以重复调整所述控制输入以在所述数据分组速率下切换。
100.根据条款94所述的系统，其中所述全息波束形成天线是所述通信节点处的多个全息波束形成天线中的一个，并且所述天线控制单元包括用于调整所述多个全息波束形成天线的控制输入以将相应的多个高方向性波束指向所述多个相邻节点处。
101.根据条款100所述的系统，其中所述多个高方向性波束分别对应于所述多个相邻节点。
102.如条款101所述的系统，其中所述多个波束形成天线超过所述多个相邻节点，并且所述天线控制单元包括用于调整所述多个全息波束形成天线的控制输入以将多个高方向性波束指向选定的一个或多个相邻节点处。
虽然本文已经公开了各个方面和实施方式，但是其他方面和实施方式对于本领域技术人员而言将是显而易见的。在此公开的各个方面和实施方式是用于说明的目的，而不是限制性的，真正的范围和精神由所附的权利要求表明。

Claims (68)

1.一种操作包括全息波束形成天线的网络节点的方法，其包括：
配置所述全息波束形成天线以将高方向性波束指向第一相邻节点处；
接收指示重新路由偏好的信息；以及
根据所述重新路由偏好重新配置所述全息波束形成天线以将高方向性波束指向第二相邻节点处。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网络节点是根节点，所述第一相邻节点是第一网格节点，并且所述第二相邻节点是第二网格节点。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网络节点是网格节点，所述第一相邻节点是第一相邻网格节点，并且所述第二相邻节点是第二相邻网格节点。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网络节点是网格节点，所述第一相邻节点是相邻根节点，并且所述第二相邻节点是相邻网格节点。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网络节点是网格节点，所述第一相邻节点是相邻网格节点，并且所述第二相邻节点是相邻根节点。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述接收指示所述重新路由偏好的所述信息是接收指示对在所述通信节点与所述第一相邻节点之间的通信信道的物理或电磁干扰的信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述接收指示对所述通信信道的物理或电磁干扰的信息是观察所述通信信道的信号与干扰加噪声或载波与干扰加噪声度量的减少。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述接收指示对所述通信信道的物理或电磁干扰的信息是接收指示降低的信道质量的信道状态信息。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接收指示所述重新路由偏好的信息是接收指示所述第一相邻节点处的中断状态的信息。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一相邻节点是具有到根节点的网络路径的网格节点，并且所述接收指示所述重新路由偏好的信息是接收指示在所述网格节点和第一根节点之间的路径的中断状态的信息。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述接收指示所述重新路由偏好的信息是接收重新路由到所述第二相邻节点的指令。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述接收重新路由的所述指令是从网络操作中心接收重新路由的指令。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述接收重新路由的所述指令是经由包括所述网络节点以及所述第一和第二相邻节点的网络接收所述信息。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述网络是辅助网络。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述辅助网络是WLAN、WiMAX、2G、3G、4G/LTE、FM或蓝牙网络。
16.一种操作包括波束形成天线的第一节点以动态地辅助第二节点的方法，所述方法包括：
配置所述波束形成天线以将第一波束引导到相比于所述第二节点更靠近所述第一节点定位的本地用户处；
接收指示所述第二节点处的带宽短缺的信息；以及
响应于所述接收，重新配置所述波束形成天线以将第二波束引导到相比于所述第一节点更靠近所述第二节点定位的远程用户处。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一波束具有第一方向性并且所述第二波束具有大于所述第一方向性的第二方向性。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一节点是服务于包围所述本地用户的第一小区的第一基站，并且所述第二节点是服务于包围所述远程用户的第二小区的第二基站。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二小区与所述第一小区相邻。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一小区包括包围所述本地用户的第一扇区，并且所述第一波束具有小于或等于所述第一扇区在所述第一节点处对向的角度的第一波束宽度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第二小区包括包围所述远程用户的第二扇区，并且所述第二波束具有小于或等于所述第二扇区在所述第一节点处对向的角度的第二波束宽度。
22.根据权利要求16所述的方法，其中所述配置和所述重新配置包括所述波束形成天线在至少所述第一波束和所述第二波束之间的重复切换。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述重复切换包括：
响应于所述本地用户的增加的带宽需求或者所述远程用户的减少的带宽需求，增加所述第一波束的占空比。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述重复切换包括：
响应于所述远程用户增加的带宽需求或所述本地用户减少的带宽需求，增加所述第二波束的占空比。
25.根据权利要求22所述的方法，其中，所述本地用户是多个本地用户之一，所述第一波束是指向所述多个本地用户的成组的一个或多个第一波束之一，并且所述重复切换包括：
在至少所述成组的一个或多个第一波束和所述第二波束之间重复地切换所述波束形成天线。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述成组的一个或多个第一波束是分别对应于所述多个本地用户的多个第一波束。
27.根据权利要求22所述的方法，其中，所述远程用户是多个远程用户中的一个，所述第二波束是指向所述多个远程用户的成组的一个或多个第二波束中的一个，并且所述重复切换包括：
在至少所述第一波束和所述成组的一个或多个第二波束之间重复地切换所述波束形成天线。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述成组的一个或多个第二波束是分别对应于所述多个远程用户的多个第二波束。
29.根据权利要求16所述的方法，其中所述接收指示所述带宽短缺的所述信息是从网络操作中心接收所述信息。
30.根据权利要求16所述的方法，其中，所述接收指示所述带宽短缺的所述信息是经由包括所述第一节点和所述第二节点的网络接收所述信息。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述网络是辅助网络。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述辅助网络是WLAN、WiMAX、2G、3G、4G/LTE、FM或蓝牙网络。
33.一种用于操作包括全息波束形成天线的网络节点的系统，其包括：
天线控制单元，其包括用于调整全息波束形成天线的控制输入以将高方向性波束指向第一相邻节点处的电路；
其中天线控制单元还包括用于接收指示重新路由偏好的信息并且根据所述重新路由偏好重新调整所述全息波束形成天线的所述控制输入以将高方向性波束指向第二相邻节点处的电路。
34.根据权利要求33所述的系统，其还包括：所述全息波束形成天线。
35.根据权利要求33所述的系统，其中所述网络节点是根节点，所述第一相邻节点是第一网格节点，并且所述第二相邻节点是第二网格节点。
36.根据权利要求33所述的系统，其中，所述网络节点是网格节点，所述第一相邻节点是第一相邻网格节点，并且所述第二相邻节点是第二相邻网格节点。
37.根据权利要求33所述的系统，其中所述网络节点是网格节点，所述第一相邻节点是相邻根节点，并且所述第二相邻节点是相邻网格节点。
38.根据权利要求33所述的系统，其中所述网络节点是网格节点，所述第一相邻节点是相邻网格节点，并且所述第二相邻节点是相邻根节点。
39.根据权利要求33所述的系统，其中用于接收指示所述重新路由偏好的所述信息的所述电路包括用于接收指示对在所述通信节点与所述第一相邻节点之间的通信信道的物理或电磁干扰的信息的电路。
40.根据权利要求39所述的系统，其还包括：
能连接到所述全息波束形成天线的馈送端口的发射器或接收器；以及
与所述发射器或接收器耦合的调制解调器。
41.根据权利要求40所述的系统，其中用于接收指示对所述通信信道的物理或电磁干扰的信息的所述电路包括用于从所述调制解调器接收信号与干扰加噪声或载波与干扰加噪声度量的电路。
42.根据权利要求40所述的系统，其中用于接收指示对所述通信信道的物理或电磁干扰的信息的所述电路包括用于从所述调制解调器接收指示信道质量降低的信道状态信息的电路。
43.根据权利要求33所述的系统，其中，用于接收指示所述重新路由偏好的所述信息的所述电路包括用于接收指示所述第一相邻节点处的中断状态的信息的电路。
44.根据权利要求33所述的系统，其中所述第一相邻节点是具有到根节点的网络路径的网格节点，并且用于接收指示所述重新路由偏好的信息的所述电路包括用于接收指示在所述网格节点和第一根节点之间的所述路径的中断状态的信息的电路。
45.根据权利要求33所述的系统，其中，用于接收指示所述重新路由偏好的信息的所述电路包括用于接收重新路由到所述第二相邻节点的指令的电路。
46.根据权利要求45所述的系统，其还包括：
网络模块，其被配置为从包括所述网络节点以及所述第一和第二相邻节点的网络接收重新路由的所述指令。
47.根据权利要求46所述的系统，其中所述网络模块被配置为从网络操作中心接收路由的所述指令。
48.根据权利要求46所述的系统，其中所述网络模块是辅助网络模块。
49.根据权利要求48所述的系统，其中所述辅助网络模块是WLAN、WiMAX、2G、3G、4G/LTE、FM或蓝牙网络模块。
50.一种用于操作包括波束形成天线的第一节点以动态地辅助第二节点的系统，其包括：
天线控制单元，其包括用于调整所述波束形成天线的控制输入以将第一波束引导到相比于所述第二节点更靠近所述第一节点定位的本地用户处的电路；
其中所述天线控制单元进一步包括用于接收指示所述第二节点处的带宽短缺的信息并且重新调整所述波束形成天线的所述控制输入以将第二波束引导到相比于所述第一节点更靠近所述第二节点定位的远程用户处的电路。
51.根据权利要求50所述的系统，其中所述波束形成天线是全息波束形成天线。
52.根据权利要求50所述的系统，其还包括：所述波束形成天线。
53.根据权利要求50所述的系统，其中所述第一波束具有第一方向性且所述第二波束具有大于所述第一方向性的第二方向性。
54.根据权利要求50所述的系统，其中，所述第一节点是服务于包围所述本地用户的第一小区的第一基站，并且所述第二节点是服务于包围所述远程用户的第二小区的第二基站。
55.根据权利要求54所述的系统，其中所述第二小区与所述第一小区相邻。
56.根据权利要求54所述的系统，其中所述第一小区包括包围所述本地用户的第一扇区，并且所述第一波束具有小于或等于所述第一扇区在所述第一节点处对向的角度的第一波束宽度。
57.根据权利要求56所述的系统，其中所述第二小区包括包围所述远程用户的第二扇区，并且所述第二波束具有小于或等于所述第二扇区在所述第一节点处对向的角度的第二波束宽度。
58.根据权利要求50所述的系统，其中所述用于调整和重新调整的所述电路包括用于重复调整所述波束形成天线的所述控制输入以在至少所述第一波束和所述第二波束之间切换所述波束形成天线的电路。
59.根据权利要求58所述的系统，其中用于重复调整所述控制输入的所述电路包括用于响应于所述本地用户的增加的带宽需求或所述远程用户的减少的带宽需求而增加所述第一波束的占空比的电路。
60.根据权利要求58所述的系统，其中用于重复调整所述控制输入的所述电路包括用于响应于所述远程用户的增加的带宽需求或所述本地用户的减少的带宽需求而增加所述第二波束的占空比的电路。
61.根据权利要求58所述的系统，其中，所述本地用户是多个本地用户中的一个，所述第一波束是指向所述多个本地用户的成组的一个或多个第一波束中的一个，并且用于重复调整所述控制输入的所述电路包括：
用于重复调整所述波束形成天线的所述控制输入以在至少所述成组的一个或多个第一波束和所述第二波束之间切换的电路。
62.根据权利要求61所述的系统，其中所述成组的一个或多个第一波束是分别对应于所述多个本地用户的多个第一波束。
63.根据权利要求58所述的系统，其中，所述远程用户是多个远程用户中的一个，所述第二波束是指向所述多个远程用户的成组的一个或多个第二波束中的一个，并且用于重复调整所述控制输入的所述电路包括：
用于重复调整所述波束形成天线以在至少所述第一波束和所述成组的一个或多个第二波束之间切换的电路。
64.根据权利要求63所述的系统，其中所述成组的一个或多个第二波束是分别对应于所述多个远程用户的多个第二波束。
65.根据权利要求50所述的系统，其还包括：
网络模块，其被配置为从包括所述第一节点和所述第二节点的网络接收指示所述带宽短缺的所述信息。
66.根据权利要求65所述的系统，其中所述网络模块被配置为从网络操作中心接收指示所述带宽短缺的所述信息。
67.根据权利要求65所述的系统，其中所述网络模块是辅助网络模块。
68.根据权利要求67所述的系统，其中所述辅助网络模块是WLAN、WiMAX、2G、3G、4G/LTE、FM或蓝牙网络模块。
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