CN108886391A - 用于视距天线阵列的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

网络节点(110)包括具有多个天线子阵列(151‑154)的天线阵列(150)。切换单元(120)被耦合至所述天线阵列，所述切换单元被配置为将至少两个输入信号(131、132)连接至所述多个天线子阵列的各个天线子阵列。处理器(140)被配置为确定信道容量，其中，基于所述信道容量，所述处理器被配置为控制所述切换单元切换所述至少两个输入信号至所述多个天线子阵列中的不同天线子阵列的连接，以改变所述多个天线子阵列的各个天线子阵列之间的间距和所述天线阵列的向下倾斜角中的一个或多个。

Description

用于视距天线阵列的方法和装置
技术领域
本公开各方面通常涉及无线通信系统，并且具体地，涉及输入信号至天线子阵列的动态切换。
背景技术
在下一代无线网络的背景下，以大约2020年作为目标商业化时间，考虑将毫米波无线电用于建立两种类型的回传节点，即聚合和非聚合回传节点。毫米波是具有在对应从约30GHz至300GHz的频率的大约1mm和10mm之间的波长的无线电波。由于大的可用频谱带，毫米波优选用于在回传链路上承载高比特率数据。然而，除了30GHz和300GHz之间的波段以外的频谱带也能够用于回传链路。
一种提高基于毫米波的回传链路的信道容量的方式是使用多输入多输出(Multiple-Input-Multiple-Output，MIMO)配置，且经常使用LoS MIMO，以用于回传链路的发送器和接收器。典型LoS MIMO系统使用均匀线阵(Uniform Linear Array，ULA)，以用于发送器和接收器。
在典型ULA系统中，发送器和接收器天线包括多天线子阵列。一个示例性ULA系统可以包括四个天线子阵列，其中每个子阵列具有16个天线元件。天线子阵列使用多天线元件来形成窄束。
通常理解的是，当满足方程限定的条件时，LoS MINO信道容量最大，其中λ是载波波长，V＝max(M,N)，并且M、N分别是发送器和接收器处的子阵列数量。参数R在本文中用于表示发送器和接收器之间的范围或距离。发送器和接收器的不同天线子阵列之间的距离、天线子阵列之间的间距分别由Dt和Dr表示。发送器天线和接收器天线的向下倾斜角分别由θt和θr表示。链路容量与向下倾斜角θt和θr相关联。在这种情况下，方位角对信道容量的影响可以忽略不计。
上述信道容量最大化条件适用于三维(即现实)天线部署以及二维部署。此外，包括天线子阵列之间的间距和向下倾斜角的发送器天线配置参数与接收器天线配置参数对信道容量具有相同的影响。与控制发送器天线配置参数的方法类似的方法可被应用于控制接收器天线配置参数，以实现等同的信道容量。
使用ULA系统的问题是天线子阵列配置(即天线子阵列间距Dt和Dr和向下倾斜角θt和θr)在网络操作的过程中是固定的，且不能改变。因此，在特定条件下难以实现最大或最优的信道容量。
因此，期望提供用于修改网络节点处的天线子阵列配置的系统，该系统解决以上确定的至少一些问题。
发明内容
本发明的目的是动态地配置网络节点处的天线阵列的天线子阵列以便优化信道容量。此目的通过独立权利要求的主题解决。进一步的有利修改可见于从属权利要求。
根据本发明的第一方面，上述和进一步的目的以及优势由网络节点获得。所述网络节点包括具有多个天线子阵列的天线阵列。切换单元耦接至所述天线阵列，所述切换单元被配置为将至少两个输入信号连接至所述多个天线子阵列中的相应的天线子阵列。处理器被配置为确定信道容量，其中基于所述信道容量，所述处理器被配置为控制所述切换单元切换所述至少两个输入信号至所述多个天线子阵列中的不同天线子阵列的连接，以改变所述多个天线子阵列中的所述相应的天线子阵列之间的间距和所述天线阵列的向下倾斜角中的一个或多个。所公开的实施例的各方面修改所述输入信号与所述天线子阵列之间的所述连接以优化所述信道容量。
在根据所述第一方面的所述网络节点的第一种可能的实施方式中，所述处理器被配置为确定所述网络节点与另一个网络节点之间的所述信道容量，并且使用所述信道容量来控制所述切换单元切换所述至少两个输入单元至所述多个天线子阵列中的所述不同天线子阵列的所述连接。所述确定的信道容量可以被用于确定对应于期望的或优化的信道容量的天线配置模式。
在根据所述第一方面的所述第一种可能的实施方式本身的所述网络节点的第二种可能的实施方式中，所述处理器被配置为基于SNR、SINR、所述信道的秩或所述网络节点与所述另一个网络节点之间的范围或载波频率中的一个或多个来确定所述信道容量。所公开的实施例的各方面使用信道容量的间接测量提供信道容量的确定。
在根据所述第一种和第二种可能的实施方式的所述网络节点的第三种可能的实施方式中，所述处理器被配置为接收所述天线阵列的期望的信道容量，将天线配置模式的所述确定的信道容量与所述天线阵列的所述期望的容量进行比较，选择其确定的信道容量大于所述期望的信道容量的天线配置模式，并且其中所述切换单元被配置为切换所述至少两个输入信号至对应于所述选择的天线配置模式的所述多个天线子阵列中的所述不同天线子阵列的所述连接。所公开的实施例的各方面使得能够切换所述输入信号至对应于提供期望的或者优化的信道容量的天线配置模式的不同天线子阵列的所述连接。
在根据所述第三种可能的实施方式的所述网络节点的第四种可能的实施方式中，所述选择的天线配置模式针对SNR、SINR、所述信道的秩或所述网络节点与所述另一个网络节点之间的范围或载波频率中的一个或多个的给定组提供最大信道容量。所公开的实施例的各方面使得能够切换至提供优化的信道容量的天线配置模式。
在第四种可能的实施方式的所述网络节点的第五种可能的实施方式中，所述处理器被配置为通过测量所述网络节点与所述另一个网络节点之间的距离来确定所述期望的信道容量，并决定所述天线配置模式。所公开的实施例的各方面使得能够切换至针对所述发送器和接收器之间的给定的距离提供优化信道容量的天线配置模式。
在根据前述可能的实施方式中的任一种的所述网络节点的第六种可能的实施方式中，所述网络节点包括接入节点、回传节点、聚合节点、中继节点或控制节点中的一个或多个。所公开的实施例的各方面可以在不同的网络配置中实施。
在根据前述权利要求中的任一项的所述网络节点的第七种可能的实施方式中，所述处理器被配置为向所述切换单元发送信号，以使用量化的比特映射切换所述至少两个输入至所述多个天线子阵列中的不同天线子阵列的所述连接，其中每个量化的比特映射表示不同的天线配置模式。所公开的实施例的各方面使得能够根据期望系统以多么接近峰值信道容量的信道容量操作来控制使用的反馈比特。
在根据前述权利要求中的任一项的所述网络节点的第八种可能的实施方式中，天线配置模式包括至少一个第一输入至所述多个天线子阵列中的至少一个天线子阵列的连接，以及至少一个第二输入至所述多个天线子阵列中的至少另一个其他的天线子阵列的耦接。所公开的实施例的各方面使得能够切换至所述天线阵列的所述输入信号至所述天线子阵列的不同天线子阵列的连接。
在根据前述权利要求中的任一项的所述网络节点的第九种可能的实施方式中，所述多个天线子阵列中的每个天线子阵列包括多个天线元件，并且所述处理器被配置为使所述切换单元将所述至少两个输入信号连接至所述多个天线元件中的相应的天线元件。所公开的实施例的各方面使能所述输入信号至所述天线元件中的不同天线元件的基于处理器的切换。
在根据所述第九种可能的实施方式的所述网络节点的第十种可能的实施方式中，所述处理器被配置为将所述至少两个输入信号连接至所述多个天线元件中的所述相应的天线元件，以改变天线子阵列中的一个天线元件相对于另一个天线元件的间距。所公开的实施例的各方面使得能够切换所述输入信号至以不同距离隔开并改变所述间距参数的天线元件的所述连接。
在根据所述第九种和第十种可能的实施方式的所述网络节点的第十一种可能的实施方式中，所述处理器被配置为向所述切换单元发送信号，以将所述至少两个输入信号连接至所述多个天线元件中的至少一个天线元件，以形成至少一个天线子阵列。所公开的实施例的各方面使得能够调整天线子阵列内星座(constellation)和天线子阵列间星座。
在根据所述第十一种可能的实施方式的所述网络节点的第十二种可能的实施方式中，所述处理器被配置为选择所述多个天线元件中的至少一个单独的天线元件，以形成对应于所述期望的信道容量的所述天线配置模式。所公开的实施例的各方面使得能够切换所述输入信号和所述天线元件的单独天线元件之间的所述连接以形成特定的波束图案。
根据前述可能的实施方式中的任一种的所述网络节点的第十三种可能的实施方式中，所述处理器被配置为向所述切换单元发送信号，以将所述至少两个输入信号连接至所述多个天线元件中的所述至少一个天线元件，以基于所述网络节点与所述另一个网络节点之间的所述期望的信道容量在所述天线子阵列内形成不同天线子阵列。所公开的实施例的各方面使得能够切换所述输入信号和所述天线元件的单独天线元件之间的所述连接以改变所述信道容量。
根据本发明的第二个方面，上述和进一步的目的以及优势由一种方法获得，所述方法包括确定信道容量，以及基于所述确定的信道容量控制切换单元切换至少两个输入信号至天线阵列的多个天线子阵列中的不同天线子阵列的连接，以改变所述多个天线子阵列中的相应的天线子阵列之间的间距和所述天线阵列的向下倾斜角中的一个或多个。所公开的实施例的各方面修改所述输入信号与所述天线子阵列之间的所述连接以优化所述信道容量。
在根据所述第二方面的所述方法的第一种可能的实施方式中，确定所述信道容量包括确定一个网络节点与另一个网络节点之间的所述信道容量，以及使用所述确定的信道容量来控制所述切换单元切换所述至少两个输入至所述多个天线子阵列中的不同天线子阵列的所述连接。所述确定的信道容量可以被用于切换至对应于期望的或优化的信道容量的天线配置模式。
在根据所述第二方面的所述第一种可能的实施方式的所述方法的第二种可能的实施方式中，所述方法包括基于SNR、SINR、所述信道的秩或所述网络节点与所述另一个网络节点之间的范围或载波频率中的一个或多个来确定所述信道容量。所公开的实施例的各方面使用信道容量的间接测量提供信道容量的确定。
根据本文中结合附图描述的实施例，示例性实施例的这些或其它方面、实施方式，以及优势将变得显而易见。但是，应当理解的是，说明书和附图仅为说明目的而设计，而且不设计为对所公开的发明的限制的定义，所公开的发明应参考所附的权利要求。本发明的附加方面和优势将在如下的描述中阐述，并且根据说明书，本发明的附加方面和优势的一部分将变得显而易见，或者可通过实施本发明而习得。此外，本发明的各方面和优势可通过所附权利要求中特别指出的手段和组合实现和获得。
附图说明
在下列文件中，将参考附图所示的示例实施例对本发明进行详细解释，其中：
图1为包含所公开的实施例的各方面的系统的框图；
图2为包含所公开的实施例的各方面的系统中的示例性天线阵列配置的框图；
图3为包含所公开的实施例的各方面的系统中的另一个示例性天线阵列配置的框图；
图4为包含所公开的实施例的各方面的系统中的示例性天线阵列配置的框图；
图5示出了改变天线的向下倾斜角对信道容量的影响；
图6A和6B示出了包含所公开的实施例的各方面的系统中的示例性过程；
图7为能够用于实施所公开的实施例的各方面的示例性装置的框图。
具体实施例
参考图1，所公开的实施例的各方面涉及动态配置和/或重新配置一个或多个输入信号至与网络节点的天线子阵列或单独的天线元件的不同天线子阵列或天线元件之间的连接。并非固定天线阵列的配置，该固定天线阵列的配置通常包括不同天线子阵列之间的间距和天线阵列的向下倾斜角，所公开的实施例的各方面动态地改变至天线阵列的输入信号至天线子阵列和/天线元件的不同天线子阵列和/天线元件之间的连接。在本文中也被称为模式或配置模式的配置改变被配置为在视距(Line-of-Sight，LOS)MIMO系统中的发送器和接收器之间实现接近最佳的信道容量。可以通过来自网络节点的信令来控制该动态改变和重新配置。
图1示出了包含所公开的实施例的各方面的通信系统100的一个示例。在此示例中，通信系统100包括至少一个第一网络节点110和至少一个第二网络节点160。如通常理解的，该至少一个第一网络节点110和至少一个第二网络节点160中的每个都可以包括一个或多个发送器和接收器。
第一网络节点110和第二网络节点160被配置为彼此通信。在一个实施例中，第一网络节点110和第二网络节点160可以是接入节点、回传节点、聚合节点、中继节点或控制节点中的一个或多个。
在图1的示例中，第一网络节点110包括切换单元120和天线阵列150。天线阵列150包括在本文中通常称为天线子阵列151-154的多个天线子阵列。尽管图1中仅示出了四个天线子阵列151-154，但在替换实施例中，不同于包括四个天线子阵列，天线阵列150可以包括任何合适数量的天线子阵列。
切换单元120被配置为将一个或多个在本文中也被称为数据流输入的输入信号131、132连接至天线子阵列151-154中的不同天线子阵列。然后可以从第一网络节点110将输入信号131、132发送至第二网络节点160。尽管图1的示例中仅示出了两个输入信号131、132，但在替换实施例中，不同于包括两个输入信号，输入信号的数量可以包括任何合适数量的输入信号。
在一个实施例中，切换单元120通常包括开关。切换单元120通常是电子开关，诸如处理器控制的电话开关或电话交换机。如以下所描述的，切换单元120被配置为由控制器或处理器140控制，以控制输入信号131、132至天线阵列150的连接。
如图1中所示，天线阵列150通常包括多个天线子阵列151-154。如术语通常在本文中所使用的那样，术语“天线子阵列”通常描述一组天线元件。一个天线子阵列将产生一个传输束。在图1的示例中，示出了四个天线子阵列，其中每个天线子阵列包括十六个天线元件。在替换实施例中，天线阵列150可以包括具有任何合适数量的天线元件的任何合适数量的天线子阵列。尽管图1中示出的天线子阵列151-154在形式和形状上基本上是正方形或矩形的，但所公开的实施例的各方面不限于此。所公开的实施例的各方面可以被应用于各种类型的天线阵列和天线子阵列，包括圆柱形天线阵列。
在图1的示例中，控制器140被连接至切换单元120。也被称为处理器的控制器140被配置为向切换单元120提供信令以控制数据流或输入信号131、132至多个天线子阵列151-154中的单独的天线子阵列的切换和连接。在一个实施例中，信令采用反馈比特或控制信令信息比特的形式，如将在本文中进一步描述的。
在一个实施例中，控制器140被配置为从多个天线配置模式中选择天线配置模式，其中每个天线配置模式被配置为针对第一网络节点110和第二网络节点160之间的给定条件集优化信道容量。可能的天线配置模式的数量通常取决于天线子阵列151-154的数量。
通常，当存在Mt个天线子阵列151-154时，为了选择M个子阵列的特定组合，存在个可能的模式可供选择。模式，如该术语在本文所使用的那样，通常是指输入信号131、132中的每个至天线子阵列151-154中的相应的天线子阵列之间的特定连接布置。天线阵列150的不同模式将具有或提供不同天线子阵列151-154之间的不同间距Dt和/或向下倾斜角θt。无论是向下倾斜还是向上倾斜的倾斜角通常是天线子阵列151-154中的连接的天线子阵列确定的相对于轴的天线或天线阵列150的倾斜的角度，在图1、图2和图3的示例中，该轴是轴X。如果天线的倾斜是向上的或向下的，则该天线“向上倾斜”或“向下倾斜”。
术语“！”在本文中是整数M的阶乘计算，M！＝M*(M-1)*(M-2)…3*2*1。如所理解的，阶乘是使数字乘以比其小的每个数字的函数。例如6！＝6*5*4*3*2*1＝720。为了指示选择哪个模式，需要个反馈比特，其在本文中也被称为控制信令信息比特。例如，如果有8个模式，则需要3个比特作为反馈比特。如将在下面进一步讨论的，反馈比特的数量可以被限制，或者等同地需要较少数量的配置模式来维持高回传网络容量。
通过改变输入信号131、132至天线子阵列151-154中的不同天线子阵列之间的连接，天线阵列150的不同配置可以至少依据天线子阵列151-154中的不同天线子阵列之间的间距Dt和天线阵列150的向下倾斜角θt来实现。利用不同的天线配置，可以修改和优化第一网络节点110(即发送器)和第二网络节点160(即接收器)之间的信道容量。
在图1的示例中，控制器140被配置为基于第一网络节点110和第二网络节点120之间的确定的信道容量来选择天线配置模式。基于所选择的天线配置模式，控制器140控制切换单元120来切换或改变输入信号131、132至多个天线子阵列151-154中的不同天线子阵列的连接。所选择的天线配置模式将改变多个天线子阵列151-154中的相应的天线子阵列之间的间距Dt和天线阵列150的向下倾斜角θt中的一个或多个，以优化第一网络节点110和第二网络节点160之间的信道容量。
图2和图3示出了可以根据所公开的实施例的各方面实现的示例性天线配置。在图2和图3的示例中，切换装置120包括两个开关，开关121和122。在替换实施例中，不同于包括两个开关，开关120可以包括任何适当数量的开关。
在一个实施例中，当每个输入信号131、132仅连接至四个可能的子阵列151-154中的一个子阵列时，如图2和3所示，控制器140具有可供选择的个天线配置模式。图2和3的示例示出了六个可能的模式中的两个模式。
在图2的示例中，开关121将输入信号131连接至天线子阵列151。开关122将输入信号132连接至天线子阵列154。天线子阵列151和天线子阵列154之间的间距Dt示出为Dt1。图2中示出的配置或模式的向下倾斜角θt，θt1是0。
在图3的示例中，开关121将输入信号131连接至天线子阵列152，而开关122将输入信号132连接至天线子阵列154。天线子阵列152和天线子阵列154之间的间距示出为Dt2。图3中所示的配置或模式的向下倾斜角不为零，并且示出为θt2。
图5示出了改变天线向下倾斜角对信道容量的影响，该天线向下倾斜角诸如是发送器的向下倾斜角θt和接收器的向下倾斜角θr。在本说明书中，术语“向下倾斜角”和“向上倾斜角”将具有与术语“旋转角”相同的含义，并且将被理解为对通道容量具有相同的影响。例如，60度的向上倾斜角和60度的向下倾斜角将对信道容量具有相同的影响。这些在图5中示出为旋转角。
在此示例中，图5中的曲线图被绘制为一个天线向下倾斜角(例如θt或θr)为零，并且信道容量随着另一个天线向下倾斜角(例如θr或θt)改变而改变。起始点(旋转度＝0)是当连接的天线子阵列151-154之间的间距Dt、Dr与第一网络节点110和第二网络节点160之间的通信距离或范围R的组合提供最小信道容量时。从图5中的曲线图可以看出，当一个天线的向下倾斜角旋转至大约60度时，信道容量被最大化。
如图5的曲线图所示，对于例如从大约20度至大约85度的大角度范围，信道容量接近最佳并且在最佳值的大约90％内。这在图5的示例中示出为在大约60度的旋转角度处出现的峰值502。然而，如图5的示例所示，对于大约0和90度的角度，存在严重的容量损失。
所公开的实施例的各方面通过提供天线阵列150来解决此问题，该天线阵列150能够重新配置图1所示的输入信号131、132与天线子阵列151-154中的不同天线子阵列之间的连接。例如，三个示例性天线配置模式可以包括例如0、50、90度的角度。这些角度，或其他类似的角度，被配置为将信道容量维持在最佳信道容量值或维持为接近最佳信道容量值，并避免将典型地为具有固定的天线阵列配置的天线系统实现的容量损失。在实际网络中，这意味着可以使用有限数量的天线子阵列配置来实现接近最佳的信道容量。
可能的旋转角范围一般在0度和90度之间。如果根据对应于一度的一个步长来调整旋转角，则有90个可能的配置模式。在本文的示例中，配置模式的该数量将需要log2(90)～10个控制信令信息比特。使用10度的调整步长，可以实现九个可能的配置模式，这需要大约四个控制信令信息比特。因此，对于较大的步长或角度旋转增量，需要较少的控制信令信息比特。
如果以接近最佳信道容量为目标，诸如峰值信道容量的例如90％，则仅需要两个控制信令信息比特。在这种情况下，调谐度数为90/4＝22.5度。在此示例中，大约20度的天线倾斜改变足以使系统从最坏情况(例如具有0度和90度的倾斜角(旋转角)的最小信道容量)过渡至接近最佳的情况。以这种方式，控制信令信息比特的数量可以保持较低或最小，诸如两个。
如上所述，所使用的控制信令信息比特的数目可以被重新配置，这取决于期望系统100以多么接近峰值信道容量的信道容量操作。然而，作为不同节点之间的信令发送的控制信令信息比特可以是稀缺的系统资源。将要使用的控制信令信息比特的数量需要基于与系统性能要求的权衡来决定，并且可以基于系统状态来动态地重新配置。
图6A和6B示出了包括所公开的实施例的各方面的示例性方法。参考图6A，在一个实施例中，确定602信道容量。这可以包括确定第一网络节点110和第二网络节点160之间的信道容量。控制604切换单元120切换606至少两个输入信号131、132至多个天线子阵列151-154中的不同天线子阵列的连接。在一个实施例中，切换606包括改变多个天线子阵列151-154中的相应的天线子阵列之间的间距和天线阵列150的向下倾斜角中的一个或多个。
在一个实施例中，参考图6B，将通常表示当前信道容量的确定的信道容量与期望的信道容量进行比较608。确定610当前信道容量是否小于或大于期望的信道容量。如果当前信道容量小于期望的信道容量，或者期望的信道容量大于当前信道容量，则选择612对应于期望的信道容量的天线配置模式。在一个实施例中，选择的天线配置模式优化信道容量。
在一个实施例中，从其中每个天线配置模式对应于一个信道容量的天线配置模式数据库中选择天线配置模式。在一个实施例中，不同的天线配置模式可以对应于不同的倾斜角，倾斜角转而影响信道容量，如上所述。通过当前信道容量和期望的信道容量之间的比较，可以确定期望的天线倾斜角。在一个实施例中，基于对期望的旋转步长的量(即1度、10度或20度)的考虑，控制信令信息比特的数量可被确定，并用于选择对应的天线配置模式。然后，将输入信号131、132之间的连接切换614至对应于所选择的天线配置模式的天线子阵列151-154中的相应的天线子阵列。
在一个实施例中，控制器140接收将导致控制器140选择特定天线配置模式的控制信令信息比特。在图1-3的示例中，第一网络节点110被配置为确定信道容量并将控制信令信息比特发送给控制器140。控制器140然后将改变输入信号131、132和天线子阵列151-154之间的连接，使其对应于期望的或所选择的天线配置模式。
在一个实施例中，控制信令信息比特由第一网络节点110基于第一网络节点110和第二网络节点160之间的信道容量的直接或间接测量来确定。信道容量的间接测量可以通过评估不同参数来确定，该不同参数诸如信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)、信号与干扰噪声比(signal-to-interference noise ratio，SINR)、选择的信道的秩、通信范围或此类其他合适的参数。在此示例中，信道容量测量由第一网络节点110完成。在替换实施例中，信道容量测量可以在别处确定，并且结果可以从一个节点发送至另一个节点，诸如从第二网络节点160发送至第一网络节点110。
在一个实施例中，发送器与接收器之间的通信范围或距离，诸如图1中所示的第一网络节点110和第二网络节点160之间的距离R，可用于确定天线阵列150的特定天线配置模式。第一网络节点110和第二网络节点160之间的不同距离R可能需要天线阵列150的不同旋转或倾斜角θt。所公开的实施例的各方面可以包括确定图1中所示的第一网络节点110和第二网络节点160之间的通信距离R。
第一网络节点110和第二网络节点160之间的通信距离R可以使用任何合适的方法来确定或测量。确定通信距离R的方法的一些示例可以包括但不限于：1)从网络节点110已接入的环境数据库读取距离R；2)基于第一网络节点110和第二网络节点120的地理位置计算距离R；3)使用“激光测距仪”或类似的光学装置，其确定距离，如典型地由安装工程师执行的；4)使用雷达，其中第一网络节点110或第二网络节点160中的一个发送特定信号并接收从与另一个节点相关联的物理结构(天线的屏障，或靠近天线的外墙)反射回来的相同的信号。在另一个节点接收至由第一网络节点110或第二网络160发送的特定信号之后，该“反射”信号也可以由另一个节点产生、再生或放大。在此示例中的通信距离R通过确定信号传播的速度和特定信号的接收与传输之间的延迟来计算。如果“反射”信号由另一个节点产生或再生，而不是从物理结构直接反射，则需要考虑某些额外的延迟，但是该额外的延迟可以是来自节点设计的已知值。上面的列表仅仅是示例性的，并且在替换实施例中，可以使用任何合适的一个或多个方法来实现最佳结果，这取决于通信环境和性能成本权衡。
图4示出了包含所公开的实施例的各方面的配置天线的另一个示例。在这个示例中，示出了两个示例性天线410和420。天线410、420都包括多个单独的天线元件。为了本文说明的目的，天线410中的全部天线元件中的多个天线元件通常被称为天线元件410a-410n，而天线420中的全部天线元件中的多个天线元件通常被称为天线元件420a-420n。所公开的实施例的各方面不受限于图4中所示的特定参考数字标号或单独的元件410a-410n和420a-420n的数量。应当理解的是，诸如子阵列411、412、413、414和421、422、423、424的天线子阵列可以包括任何合适数量的天线元件410a-410n和420a-420n，这取决于相应的天线子阵列的尺寸和配置。
在图4的示例中，天线410的天线元件410a-410n被成组地布置或连接，形成天线子阵列411、412、413和414。对于天线420，天线子阵列示出为421、422、423和424。为了说明的目的，各个组中的单独的天线元件410a-410n和420a-420n的形状已经被改变，仅仅是为了使不同的分组或子阵列明显。然而，应该理解的是，单独的天线元件410a-410n和420a-420n的物理形状不一定是不同的。
参考图4，在一个实施例中，可以调整多个单独的天线元件(诸如一个天线410内的天线元件410a-410n)的配置以分别在子阵列411、412、413、414内提供天线子阵列内星座以及在子阵列411、412、413和414之间提供天线子阵列间星座。可以调整天线420内的多个单独的天线元件420a-420n的配置以分别在子阵列421、422、423、424内提供天线子阵列内星座以及在子阵列421、422、423和424之间提供天线子阵列间星座。
以与图1-3的实施例所描述的方式类似的方式，在这个示例中，可以切换输入信号131、132至天线410的单独的天线子阵列411-414中的不同天线子阵列之间的连接以改变发送器和接收器之间或者第一网络节点110和第二网络节点160之间的信道容量。
如图4中所示，对于天线410，天线元件410a-410n被布置在第一天线子阵列411中以形成波束图案431；被布置在第二天线子阵列412中以形成波束图案432；被布置在第三天线子阵列413中以形成波束图案433以及被布置在第四天线子阵列414中以形成波束图案434。对于天线420，天线元件420a-420n被布置在第一天线子阵列421中以形成波束图案441；被布置在第二天线子阵列422中以形成波束图案442；被布置在第三天线子阵列423中以形成波束图案443以及被布置在第四天线子阵列424中以形成波束图案444。图4的示例中的天线子阵列411-414和421-424的具体布置和形状仅仅是示例性的，并且在替换实施例中，天线元件410a-410n和420a-420n可以被布置在任何合适的组中以优化信道容量，如本文中通常描述的那样。
天线410、420的配置包括不同天线子阵列内星座和天线子阵列间星座的组合。图4中产生的波束图案的特定形状仅仅是示例性的，并且可以控制单独的天线元件410a-410n和420a-420n以产生任何合适的波束图案。
尽管在图4的示例中仅示出了两个天线410、420，但是所公开的实施例的各方面不限于此。在替换实施例中，天线子阵列411、412、413、414和421、422、423、424的数量可以是任何合适的数量。类似地，单独的天线元件410a-410n和420a-420n的数量不受限于图4的示例中所示的数量。不同天线410、420可以包括任何合适数量的单独的天线元件410a-410n和420a-420n。另外，尽管天线410、420具有基本上矩形的形状或形式，但所公开的实施例的各方面不限于此。例如，特定天线阵列和天线子阵列的几何形状或形式可以是任何合适的形式，诸如正方形的、三角形的或圆形的。
在图4的示例中，通过改变输入信号131、132至天线子阵列411-414和421-424的特定天线子阵列的连接来执行对波束图案430、440的修改，如通常在本文中描述的那样。这种灵活的天线元件配置可以用来以这样的方式来影响波束成形：改变由天线子阵列411-414、421-424中的一个或多个成形的波束形式，并且改变相应的天线410、420的星座。这可以包括例如从垂直放置的天线子阵列411-414改变为水平放置的天线子阵列421-424。也可以改变一个天线子阵列411-414、421-424内的天线元件410a-410n的数量和天线子阵列411-414、421-424的数量。
图7示出了可用于实施本公开的各方面的装置1000的框图。装置1000适用于实现本文描述的网络节点和天线切换装置和方法的实施例。本文描述的各个装置1000可以在第一接入节点110和第二接入节点160中的一个或多个中实现。
装置1000通常包括耦合至存储器1004的处理器1002和在本文中也被称为收发器的射频(radio frequency，RF)单元1006。在一个实施例中，RF单元1006可以包括一个或多个天线1010，诸如本文描述的天线阵列150。
装置1000还可以包括用户界面(user interface，UI)1008。装置1000可以是无线通信系统中的节点并且用作为诸如基站中的发送器和/或接收器。这在使用装置1000作为基站来移除UI 1008并且经由网络或其他类型的计算机接口(未示出)远程管理装置1000时可能是期望的。
处理器1002可以是单个处理设备或可以包括多个处理设备，该多个处理设备包括专用设备，诸如数字信号处理(digital signal processing，DSP)设备、微处理器或其他专用处理设备，以及一个或多个通用计算机处理器，包括并行处理器或多核处理器。处理器1002被配置为执行本文描述的过程的实施例。
处理器1002耦合至存储器1004，存储器1004可以是诸如只读存储器(read onlymemory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁盘或光盘或其他类型的计算机存储器的各种类型的易失性和/或非易失性计算机存储器的组合。存储器1004存储计算机程序指令，该计算机程序指令可由处理器1002接入和执行，以使处理器1002执行本文描述的各种期望的计算机实现的过程或方法。存储在存储器1004中的程序指令可以被组织为本领域技术人员以诸如程序、软件组件、软件模块、单元等各种术语称呼的程序指令的程序指令组或集，其中每个程序可以是公认类型的，诸如操作系统、应用程序、设备驱动程序或其他常规公认类型的软件组件。还包括在存储器1004中的是可以由计算机程序指令接入、存储和处理的程序数据和数据文件。
RF单元1006耦合至处理器1002，并且被配置为基于与处理器1002交换的数字数据1013发送和接收RF信号。RF单元1006被配置为发送和接收无线电信号，该无线电信号可以符合当今使用的一个或多个无线通信标准，诸如例如LTE、LTE-A、Wi-Fi，或者可以被配置用于将来的无线电接入技术。RF单元1006可以从一个或多个天线接收无线电信号，对接收的RF信号进行下变频，执行适当的滤波和其他信号调节操作，然后通过采用模数转换器进行采样来将所得到的基带信号转换为数字信号。然后在本文中也被称为数字通信信号1013的数字化基带信号被发送至处理器1002。在发送器应用中，RF单元1006被配置为从处理器1002接收数字数据1013形式的数字信息，并将其发送至诸如移动设备或UE的一个或多个接收器。
在包括UI 1008的装置1000的实施例中，UI 1008可以包括一个或多个用户接口元件，诸如触摸屏、小键盘、按键、语音命令处理器以及适用于与用户交换信息的其它元件。
所公开的实施例的各方面利用在发送器或接收器处的天线子阵列的基于切换的配置和重新配置来改善和/或优化发送器和接收器之间的信道容量。通过改善或促进信道容量接近最佳值，支持发送器和接收器之间的更高的通信数据速率。与更常见的机械调整方法相比，所公开的实施例的基于切换的天线子阵列配置可以根据控制信号更快地作出反应，使控制信号适用于快速改变的通信场景中的发送器和接收器天线配置。
虽然所公开的实施例的各方面在本文中通常被称为适用于毫米波段，但是所公开的实施例的各方面不限于此。所公开的实施例的各方面可以用于任何合适的频带中，诸如低于毫米波段的频带，例如10GHz或甚至6GHz频带。尽管天线阵列150的最终尺寸或者包含用于这种较低频带的天线阵列的物理实体的尺寸可能大于毫米波段的情况下的尺寸，但是所公开的实施例的各方面可以以相同的原理应用。
因此，虽然已经将本发明的基本的新颖特征示出为、描述为和指出为适用于其示例性实施例，但应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对示出的设备和方法的形式和细节以及它们的操作作出各种省略、替换和改变。而且，明确的意图是使以基本上相同的方式执行基本上相同的功能以实现相同结果的那些元件的所有组合都在本发明的范围内。此外，应当认识到，结合本发明的任何公开的形式或实施例示出和/或描述的结构和/或元件可以作为设计选择的一般事项并入任何其他公开的或描述的或建议的形式或实施例中。因此，其目的在于仅如所附权利要求的范围所指示的那样进行限定。

Claims (15)

1.一种网络节点(110)，包括：
天线阵列(150)，具有多个天线子阵列(151-154)；
切换单元(120)，耦合至所述天线阵列(150)，所述切换单元(120)被配置为将至少两个输入信号(131、132)连接至所述多个天线子阵列(151-154)中的相应的天线子阵列；和
处理器(140)，被配置为确定信道容量，其中，基于所述信道容量，所述处理器被配置为：
控制所述切换单元(120)切换所述至少两个输入信号(131,132)至所述多个天线子阵列(151-154)中的不同天线子阵列的连接，以改变所述多个天线子阵列(151-154)中的所述相应的天线子阵列之间的间距和所述天线阵列(150)的向下倾斜角中的一个或多个。
2.根据权利要求1所述的网络节点(110)，其中所述处理器(140)被配置为确定所述网络节点(110)与另一个网络节点(160)之间的所述信道容量，并且使用所述信道容量来控制所述切换单元(120)切换所述至少两个输入(131,132)单元至所述多个天线子阵列(151-154)中的所述不同天线子阵列的所述连接。
3.根据权利要求1或2任一项所述的网络节点(110)，其中所述处理器(140)被配置为基于SNR、SINR、所述信道的秩或所述网络节点(110)与所述另一个网络节点(160)之间的范围或载波频率中的一个或多个来确定所述信道容量。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的网络节点(110)，其中所述处理器(140)被配置为接收所述天线阵列(150)的期望的信道容量；
将天线配置模式的所述确定的信道容量与所述天线阵列(140)的所述期望的信道容量进行比较；
选择其确定的信道容量大于所述期望的信道容量的天线配置模式，并且其中
所述切换单元(120)被配置为切换所述至少两个输入信号(131、132)至对应于所述选择的天线配置模式的所述多个天线子阵列(151-154)中的所述不同天线子阵列的所述连接。
5.根据权利要求4所述的网络节点(110)，其中所述处理器被配置为通过测量所述网络节点(110)与所述另一个网络节点(160)之间的距离来确定所述期望的信道容量，并决定所述天线配置模式。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的网络节点(110)，其中处理器(140)被配置为向所述切换单元(120)发送信号，以使用量化的比特映射切换所述至少两个输入(131、132)至所述多个天线子阵列(151-154)中的不同天线子阵列的所述连接，其中每个量化的比特映射表示不同的天线配置模式。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的网络节点(110)，其中天线配置模式包括至少一个第一输入(131)至所述多个天线子阵列(151-154)中的至少一个天线子阵列的连接，以及至少一个第二输入(132)至所述多个天线子阵列(151-154)中的至少一个其他的天线子阵列的耦接。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的网络节点(110)，其中所述多个天线子阵列(151-154)中的每个天线子阵列包括多个天线元件(410)，并且所述处理器(140)被配置为使所述切换单元(120)将所述至少两个输入信号(131、132)连接至所述多个天线元件(510)中的相应的天线元件。
9.根据权利要求8所述的网络节点(110)，其中所述处理器(140)被配置为将所述至少两个输入信号(131、132)连接至所述多个天线元件(410)中的所述相应的天线元件，以改变天线子阵列(151-154)中的一个天线元件(410a)相对于另一个天线元件(410n)的间距。
10.根据权利要求8和9所述的网络节点(110)，其中所述处理器(140)被配置为向所述切换单元(120)发送信号，以将所述至少两个输入信号(131、132)连接至所述多个天线元件(410)中的至少一个天线元件(410a、410n)，以形成至少一个天线子阵列。
11.根据权利要求8-10所述的网络节点(110)，其中所述处理器(140)被配置为选择所述多个天线元件(410)中的所述至少一个单独的天线元件(410a、410n)，以形成对应于所述期望的信道容量的所述天线配置模式。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的网络节点(110)，其中所述处理器(140)被配置为向所述切换单元(120)发送信号，以将所述至少两个输入信号(131-132)连接至所述多个天线元件(410)中的所述至少一个天线元件(410a、410n)，以基于所述网络节点(110)与所述另一个网络节点(160)之间的所述期望的信道容量在所述多个天线子阵列(151-154)内形成不同天线子阵列。
13.一种方法，包括：
确定(602)信道容量；以及
基于所述确定(602)的信道容量来控制(604)切换单元切换(606)至少两个输入信号至天线阵列的多个天线子阵列中的不同天线子阵列的连接，以改变所述多个天线子阵列中的相应的天线子阵列之间的间距和所述天线阵列的向下倾斜角中的一个或多个。
14.根据权利要求13所述的方法，其中确定(602)所述信道容量包括确定网络节点与另一个网络节点之间的所述信道容量，以及使用所述确定的信道容量来控制(604)所述切换单元切换(606)所述至少两个输入至所述多个天线子阵列中的不同天线子阵列的所述连接。
15.根据权利要求13和14所述的方法，包括：
基于SNR、SINR、所述信道的秩或所述网络节点与所述另一个网络节点之间的范围或载波频率中的一个或多个来确定(602)所述信道容量。
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