CN109587620A - 基于定位模块信息的波束赋形 - Google Patents

Abstract

一种系统，包括：被配置为包括一个或多个可执行指令的存储器；被配置为执行可执行指令的控制器；包括车辆系统和天线系统的车辆，所述车辆系统被配置为生成车辆位置数据，所述天线系统被配置为基于接收到的到达角信息来实现波束赋形策略，以便创建与一个或多个收发设备的定向通信链路；被配置为生成一个或多个选定位置的到达角信息的定位数据模块；并且其中这些可执行指令使得控制器能够：接收从车辆传送的车辆位置数据；基于车辆位置数据，执行定位数据模块以产生一个或多个选定位置的到达角信息；将所述一个或多个选定位置中的每一个的到达角信息传送到车辆系统。

Description

基于定位模块信息的波束赋形

引言

随着远程无线通信能力被结合到移动计算设备(例如，车辆远程信息处理单元和蜂窝电话)中的出现，无线通信正迅速成为公共需求。例如，高速公路上零散分布着越来越多的蜂窝基站。这样，当车辆进入这些其中之一的基站的附近时，可以在基站和车辆的远程信息处理单元之间交换信息。因此，不管基站数量的增加，大量使用蜂窝网络资源的可连接车辆都在网络上造成了损耗，导致这些基站的带宽和范围减少。

为了通过增加范围和带宽来加强蜂窝网络，蜂窝基站已经采用波束赋形技术来连接公路沿线的许多客户车辆。这样，基站可以与这些车辆中的每一个相互通信，而不受任何其他客户端通信的干扰。然而，波束赋形本身存在一系列问题，其中之一是车辆的天线系统在建立通信之前通常必须知道基站的精确方向。

现有车辆系统采用依赖于天线系统信号的瞬时定向来连接附近蜂窝基站的技术。例如，车辆的远程信息处理单元可以上传附近基站位置的实时GPS数据，以确定最近基站的方向，并随后基于该GPS数据指示车辆的天线系统。亦即，以这种方式上传信息可假定，在需要时，实时GPS数据可以在精准时间处访问和获取。如果该数据不可访问和/或不可获取，将迫使远程信息处理单元依靠其他预编程的技术(如果有的话)来找到附近的基站。此外，即使在获取GPS数据时，如果GPS数据稍微不准确，波束赋形技术也可能发生误差，并在车辆天线系统和附近基站之间建立通信时产生问题。

鉴于上述缺点，希望通过一种系统，所述系统能够在车辆进入其广播范围并试图连接之前预测车辆相对于基站的位置。此外，该预测信息可用于在车辆进入基站的广播范围之前，准备将车辆的天线系统指向基站。利用这样的系统可以允许天线系统在从一个基站切换到下一个基站时响应更快，并且减少在进行这样的切换时的等待时间。此外，即使在精确的连接时间无法获取和/或访问实时GPS数据，天线系统也可以指向基站的位置。因此，本文公开的系统和方法提供了这些可能以及其他可能。

发明内容

一个或多个计算设备的系统可以被配置为，通过在系统上安装软件、固件、硬件或它们的组合来执行特定的操作或动作，所述操作或动作在操作中导致或使系统执行这些动作。一个或多个可执行指令可以被配置为，通过包括指令来执行特定的操作或动作，所述指令被控制器执行，并使设备执行动作。

一个一般方面包括一种产生用于实现波束赋形策略的到达角信息的系统，所述系统包括：存储器，被配置为包括一个或多个可执行指令。所述系统还包括被配置为执行所述可执行指令的控制器。所述系统还包括内含车辆系统和天线系统的车辆。所述系统还包括车辆系统，所述车辆系统被配置为生成车辆位置数据，所述车辆系统还被配置为将车辆位置数据传送给控制器，该车辆系统还进一步被配置为从控制器接收到达角信息。所述系统还包括天线系统，所述天线系统被配置为基于接收到的到达角信息来实现波束赋形策略，以便创建与一个或多个收发设备的定向通信链路。所述系统还包括定位数据模块，所述定位数据模块被配置为生成一个或多个选定位置处的到达角信息；并且其中这些可执行指令使得控制器能够：接收从车辆传送的车辆位置数据；基于所述车辆位置数据，执行所述定位数据模块以产生一个或多个选定位置处的到达角信息；将所述一个或多个选定位置中的每一个的到达角信息传送到车辆系统。这个方面的其他实施例包括记录在一个或多个存储设备上的相应计算设备、装置和可执行指令，每个被配置为执行系统的动作。

实施方式可包括一个或多个以下特征。所述系统，其中，车辆系统包括GPS模块以生成车辆位置数据。所述系统，其中，收发设备是蜂窝基站。所述系统，其中，存储器和控制器位于数据中心。所述系统，其中，定位数据模块位于远程计算设备。所述系统，其中：所述定位数据模块包括：被配置为生成地图数据的地图引擎；搜索引擎，被配置为产生地理特征以支持地图数据的生成；并且定位数据模块的性能包括：向地图引擎提供地图请求，所述地图请求包括车辆位置数据；允许地图引擎生成地图数据；允许地图引擎生成地图数据；基于地图数据和地理特征构建定位地图，该定位地图包括对应于一个或多个收发设备的坐标；计算车辆应该充分进入定位地图中的一个或多个收发设备中的每一个的广播范围的选定位置；基于对应于一个或多个收发设备的坐标，计算每个选定位置的到达角；并且为每个选定位置产生到达角。所述系统，其中：天线系统包括：相位控制器，用于基于到达角信息生成视线信息；耦合到多个天线和相位控制器的天线模块，天线模块被配置为改变被配置为传送到多个天线的一个或多个通信输出信号的相对相位，相对相位基于视线信息；所述多个天线被配置为基于所述相对相位与所述一个或多个收发设备建立定向通信链路；并且其中到达角信息使得天线系统能够：经由相位控制器基于接收到的到达角信息生成视线信息；基于来自相位控制器的视线信息，经由天线模块改变一个或多个通信输出信号的相对相位；基于相对相位，经由多个天线建立与一个或多个收发设备的定向通信链路。所述技术的实现可以包括硬件、方法或工艺，或者在非暂时性和机器可读介质上的可执行指令。

一个一般方面包括一种产生用于实现波束赋形策略的到达角信息的方法，该方法包括：被配置为包括一个或多个可执行指令的存储器。该方法还包括提供被配置为执行可执行指令的控制器。所述方法还包括提供内含车辆系统和天线系统的车辆。该方法还包括，其中车辆系统被配置为生成车辆位置数据，其中车辆系统还被配置为将车辆位置数据传送给控制器，其中车辆系统还被进一步配置为从控制器接收到达角信息。该方法还包括其中天线系统被配置为基于接收到的到达角信息实现波束赋形策略，以便创建与一个或多个收发设备的定向通信链路。所述方法还包括提供定位数据模块，所述定位数据模块被配置为产生一个或多个选定位置的到达角信息。所述方法还包括经由控制器接收从车辆传送的车辆位置数据。该方法还包括基于车辆位置数据，经由控制器执行定位数据模块，以产生一个或多个选定位置的到达角信息。该方法还包括经由控制器将一个或多个选定位置中的每一个的到达角信息传送到车辆系统。这个方面的其他实施例包括记录在一个或多个存储设备上的相应计算设备、装置和可执行指令，每个被配置为执行系统的动作。

实施方式可包括一个或多个以下特征。该方法还包括通过天线系统基于接收到的到达角信息实施波束赋形策略，以在一个或多个选定位置创建与一个或多个收发设备的定向通信链路。所述方法，其中车辆系统包括GPS模块以生成车辆位置数据。所述方法，其中，收发设备是蜂窝基站。所述方法，其中，存储器和控制器位于数据中心。所述方法，其中，定位数据模块位于远程计算设备。所述方法，其中：所述定位数据模块包括：被配置为生成地图数据的地图引擎。该方法还可以包括：搜索引擎，被配置为产生地理特征以支持地图数据的生成；并且其中执行定位数据模块的步骤还包括：经由定位数据模块向地图引擎提供地图请求，该地图请求包括车辆位置数据；经由定位数据模块允许地图引擎产生地图数据；经由定位数据模块允许地图引擎生成地图数据；经由所述定位数据模块基于所述地图数据和地理特征构建定位地图，所述定位地图包括对应于所述一个或多个收发设备的坐标；经由所述定位数据模块计算车辆应当充分进入定位图中的一个或多个收发设备中的每一个的广播范围的选定位置；基于对应于一个或多个收发设备的坐标，经由定位数据模块计算每个选定位置的到达角；以及通过定位数据模块产生每个选定位置的到达角。

所述方法，其中：天线系统包括：相位控制器，用于基于到达角信息生成视线信息；耦合到多个天线和相位控制器的天线模块，天线模块被配置为改变被配置为传送到多个天线的一个或多个通信输出信号的相对相位，相对相位基于视线信息；所述多个天线被配置为基于所述相对相位与所述一个或多个收发设备建立定向通信链路；基于接收到的到达角信息，经由相位控制器生成视线信息；基于来自相位控制器的视线信息，经由天线模块改变一个或多个通信输出信号的相对相位；所述多个天线被配置为基于所述相对相位与所述一个或多个收发设备建立定向通信链路；所述技术的实现可以包括硬件、方法或工艺，或者在非暂时性和机器可读介质上的可执行指令。

一个总的方面包括一种其上存储有适于产生到达角信息的可执行指令的非暂时性和机器可读介质，当该可执行指令被提供给控制器并由此被执行时，使得控制器：接收从被配置成产生车辆位置数据的车辆系统传送的车辆位置数据；产生一个或多个选定位置的到达角信息；以及将一个或多个选定位置中的每一个的到达角信息传送到车辆系统，其中到达角信息采用适当的格式来支持天线系统实现波束赋形策略，以便创建与一个或多个收发设备的定向通信链路。这个方面的其他实施例包括记录在一个或多个存储设备上的相应计算设备、装置和可执行指令，每个被配置为执行系统的动作。

实施方式可包括一个或多个以下特征。所述非暂时性和机器可读介质，其中，所述车辆系统包括用于生成车辆位置数据的GPS模块。所述非暂时性和机器可读介质，其中，收发设备是蜂窝基站所述非暂时性和机器可读介质，其中当所述可执行指令被提供给控制器并由此被执行时，还使得所述控制器：向地图引擎提供地图请求，所述地图请求包括车辆位置数据；允许地图引擎生成地图数据；允许搜索引擎为地图数据产生地理特征；基于地图数据和地理特征构建定位地图，该定位地图包括对应于一个或多个收发设备的坐标；计算车辆应该充分进入定位地图中的一个或多个收发设备中的每一个的广播范围的选定位置；基于对应于一个或多个收发设备的坐标，计算每个选定位置的到达角；并且为每个选定位置产生到达角。所述介质还可以包括位于一个或多个选定位置中的每一个的收发设备。所述非暂时性和机器可读介质，其中：所述天线系统包括：相位控制器，用于基于到达角信息生成视线信息；耦合到多个天线和相位控制器的天线模块，天线模块被配置为改变被配置为传送到多个天线的一个或多个通信输出信号的相对相位，相对相位基于视线信息；并且所述多个天线被配置为基于所述相对相位与所述一个或多个收发设备建立定向通信链路。所述技术的实现可以包括硬件、方法或工艺，或者在非暂时性和机器可读介质上的可执行指令。

本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面结合附图对实施本发明的详细描述中显而易见。

附图说明

下面将结合附图描述所公开的示例，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是描述能够利用本文公开的系统和方法的通信系统的示例性实施例的框图；

图2是描述根据实施例的示例性天线系统的框图；

图3是根据在此呈现的系统和方法的一个方面的示例性定位数据模块的示意图；

图4是利用图3的定位数据模块的示例性系统流程；

图5表示说明图3的定位数据模块的性能的示例性地图；

图6是根据实施例的用于实施定位数据的波束赋形方法的示例性系统；以及

图7表示根据实施例的基于定位数据模块输出的波束赋形的实施方式。

具体实施方式

在此对本公开的实施例进行描述。但是，应当理解，本公开的实施例仅仅是本发明的示例，其他实施例可以采取各种替代形式。附图并不一定是成比例的；一些特征可以扩大或者最小化以显示特殊部件的细节。因此，这里公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅是教导本领域技术人员以各种方式使用本系统和/或方法的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图所示和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图所示的特征组合，以产生没有明确示出或描述的实施例。所示特征的组合对于一般应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的发明一致的特征的各种组合和修改对于特定的应用或实现可能是期望的。

参照图1，示出了一种操作环境，除了其他特征之外，该操作环境包括移动车辆通信系统10，并且该操作环境可以用于实现这里公开的方法。通信系统10通常包括车辆12、一个或多个无线载波系统14、陆地通信网络16、远程计算设备18和数据中心20。应当理解，所公开的方法可以与任何数量的不同系统一起使用，并且不具体限于这里所示的操作环境。此外，系统10及其各个部件的结构、构造、设置和操作在本领域中是公知的。因此，以下段落简单地提供了一个这样的通信系统10的简要概述；然而，这里未示出的其他系统也可以采用所公开的方法。

车辆12在所示实施例中被描述为乘用车，但是应当理解，任何其他车辆包括但不限于摩托车、卡车、公共汽车、运动型多功能车(SUV)、休闲车(RV)、建筑车辆(例如推土机)、火车、手推车、海船(例如船只)、飞机、直升机、游乐园车辆、农场设备、高尔夫球车、电车等，也可以使用。一些车辆电子设备28在图1中总体示出，并且包括远程信息处理单元30、麦克风32、一个或多个按钮或其他控制输入34、音频系统36、视觉显示器38、GPS模块40以及多个车辆系统模块(VSM)42。这些设备中的一些可以直接连接到远程信息处理单元30，例如麦克风32和按钮34，而其他设备使用一个或多个网络连接，例如通信总线44或娱乐总线46间接连接。合适的网络连接的示例包括控制器局域网(CAN)、WIFI、蓝牙和蓝牙低能量、面向媒体的系统传输(MOST)、本地互连网络(LIN)、局域网(LAN)以及其他合适的连接，例如以太网或符合已知ISO、SAE和IEEE标准和规范的其他连接，仅举几例。

远程信息处理单元30可以是安装在车辆中的OEM安装(嵌入式)或售后收发器设备，其能够通过无线运营商系统14和经由无线网络进行无线语音和/或数据通信。这使得车辆能够与数据中心20、其他支持远程信息处理的车辆或一些其他实体或设备通信。远程信息处理单元30优选地使用无线电传输来建立与无线载波系统14的通信信道(语音信道和/或数据信道)，使得语音和/或数据传输可以通过该信道发送和接收。通过提供语音和数据通信，远程信息处理单元30使得车辆能够提供多种不同的服务，包括与导航、电话、紧急援助、诊断、信息娱乐等相关的服务。可以通过数据连接发送数据，例如通过数据信道上的分组数据传输，或者使用本领域已知的技术通过语音信道发送数据。对于涉及语音通信(例如，与数据中心20处的实时顾问86或语音响应单元)和数据通信(例如，向数据中心20提供GPS位置数据或车辆诊断数据)的组合服务，系统可以利用语音信道上的单个呼叫，并根据需要在语音和语音信道上的数据传输之间切换，这可以使用本领域技术人员已知的技术来完成。

根据一个实施例，远程信息处理单元30根据诸如LTE或5G之类的标准利用蜂窝通信，因此包括用于诸如免提呼叫之类的语音通信的标准蜂窝芯片组50、用于数据传输的无线调制解调器(即收发器)、电子处理设备52、至少一个数字存储设备54和天线系统70。应当理解，调制解调器可以通过存储在远程信息处理单元中并由处理器52执行的软件来实现，或者它可以是位于远程信息处理单元30内部或外部的独立硬件部件。调制解调器可以使用任何数量的不同标准或协议进行操作，例如但不限于WCDMA、LTE和5G。天线系统56可以通过向所有方向发射或者通过执行波束赋形向接收器(例如，基站)发射输出信号来操作。输出信号的传输主要在射频(RF)范围内，尽管在其他频率的传输也是可能的。

车辆12和其他联网设备之间的无线联网也可以使用远程信息处理单元30来实现。为此，远程信息处理单元30可以被配置为根据一个或多个无线协议进行无线通信，例如IEEE802.11协议、WiMAX或蓝牙中的任何一种。当用于分组交换数据通信(例如TCP/IP)时，远程信息处理单元可以配置有静态IP地址，或者可以设置为从网络上的另一个设备(例如路由器或网络地址服务器)自动接收分配的IP地址。

远程信息处理控制器52(处理器)可以是能够处理电子指令的任何类型的设备，包括微处理器、微控制器、主处理器、控制器、车辆通信处理器和专用集成电路(ASIC)。它可以是仅用于远程信息处理单元30的专用处理器，或者可以与其他车辆系统共享。远程信息处理控制器52执行各种类型的数字存储指令，例如存储在存储器54中的软件或固件程序，这使得远程信息处理单元能够提供各种各样的服务。例如，控制器52可以执行程序或处理数据以执行本文所讨论的方法的至少一部分。

远程信息处理单元30可用于提供各种各样的车辆服务，包括往返车辆的无线通信。这种服务包括：与基于GPS的车辆导航模块40一起提供的逐圈方向和其他导航相关服务；气囊展开通知和与一个或多个车辆系统模块42(VSM)相关的其他紧急或路边援助相关服务；使用一个或多个诊断模块的诊断报告；和信息娱乐相关服务，其中音乐、网页、电影、电视节目、视频游戏和/或其他信息由信息娱乐模块(未示出)下载并存储以供当前或以后回放。上面列出的服务决不是远程信息处理单元30的所有能力的详尽列表，而是远程信息处理单元30能够提供的一些服务的简单列举。此外，应当理解，至少一些前述模块可以以保存在远程信息处理单元30内部或外部的软件指令的形式实现，它们可以是位于远程信息处理单元30内部或外部的硬件部件，或者它们可以彼此集成和/或共享，或者与位于整个车辆中的其他系统共享，仅举几个例子。在模块被实现为位于远程信息处理单元30外部的VSM42的情况下，它们可以利用车辆总线44与远程信息处理单元交换数据和命令。

GPS模块40接收来自GPS卫星星座62(显示为一个)的无线电信号。根据这些信号，模块40可以确定用于向车辆驾驶员提供导航和其他位置相关服务的车辆位置。导航信息可以呈现在显示器38(或车辆内的其他显示器)上，或者可以口头呈现，例如在提供逐圈导航时。导航服务可以使用专用车载导航模块(其可以是GPS模块40的一部分)来提供，或者一些或所有导航服务可以经由远程信息处理单元30来完成，其中位置信息被发送到远程位置，以便为车辆提供导航地图、地图注释(兴趣点、餐馆等)，路线计算等。位置信息可以被提供给数据中心20或其他远程计算机系统，例如远程计算设备18，用于其他目的，例如车队管理。此外，新的或更新的地图数据可以通过远程信息处理单元30从数据中心20下载到GPS模块40。

除了音频系统36和GPS模块40之外，车辆12可以包括电子硬件部件形式的其他VSM42，这些电子硬件部件位于整个车辆中，并且通常从一个或多个传感器接收输入，并且使用感测到的输入来执行诊断、监控、控制、报告和/或其他功能。每个VSM 42优选地通过通信总线44连接到另一个VSM以及远程信息处理单元30，并且可以被编程为运行车辆系统和子系统诊断测试。

作为示例，一个VSM 42可以是控制发动机操作的各个方面(例如燃料点火和点火正时)的发动机控制模块(ECM)，另一个VSM 42可以是调节车辆动力系的一个或多个部件的操作的动力系控制模块，而另一个VSM 42可以是控制位于整个车辆中的各种电气部件(例如车辆的电动门锁和前灯)的车身控制模块。根据一个实施例，发动机控制模块配备有车载诊断(OBD)特征，其提供无数实时数据，例如从包括车辆排放传感器在内的各种传感器接收的数据，并提供标准化的一系列诊断故障代码(DTC)，允许技术人员快速识别和修复车辆内的故障。如本领域技术人员所理解的，上述VSMs仅仅是可以在车辆12中使用的一些模块的示例，因为许多其他模块也是可能的。

车辆电子设备28还包括多个车辆用户界面，其为车辆乘员提供和/或接收信息的手段，包括麦克风32、按钮34、音频系统36和视觉显示器38。如本文所使用的，术语“车辆用户界面”广泛地包括任何合适形式的电子设备，包括硬件和软件部件，其位于车辆上并使得车辆用户能够与车辆的部件通信或通过车辆的部件通信。麦克风32向远程信息处理单元提供音频输入，以使驾驶员或其他乘客能够通过无线载波系统14提供语音命令并执行免提呼叫。为此，它可以利用本领域已知的人机界面(HMI)技术连接到车载自动语音处理单元。

按钮34允许手动用户输入远程信息处理单元30以发起无线电话呼叫并提供其他数据、响应或控制输入。单独的按钮可用于启动紧急呼叫，而不是对数据中心20的常规服务协助呼叫。音频系统36向车辆乘客提供音频输出，并且可以是专用的独立系统或主要车辆音频系统的一部分。根据这里示出的特定实施例，音频系统36可操作地耦合到车辆总线44和娱乐总线46，并且可以提供AM、FM、媒体流服务(例如PANDORA RADIOTM，SPOTIFYTM等)，卫星无线电、CD、DVD和其他多媒体功能。该功能可以与上述信息娱乐模块结合或独立提供。视觉显示器38优选地是图形显示器，例如仪表板上的触摸屏或从挡风玻璃反射的平视显示器，并且可以用于提供多种输入和输出功能(即，能够实现GUI)。音频系统36还可以生成至少一个音频通知来宣布这种第三方联系信息正在显示器38上展示，和/或可以生成独立宣布第三方联系信息的音频通知。也可以使用各种其他车辆用户界面，因为图1的界面仅仅是一个特定实现的示例。

无线载波系统14优选地是蜂窝电话系统，其包括多个蜂窝塔70(仅示出一个)、一个或多个蜂窝基站72以及将无线载波系统14与陆地网络16连接所需的任何其他网络部件。每个蜂窝塔70包括发送和接收天线以及基站，来自不同蜂窝塔的基站直接或经由诸如基站控制器的中间设备连接到基站72。蜂窝系统14可以实现任何合适的通信技术，包括例如模拟技术，例如AMPS，或者较新的数字技术，例如但不限于4G LTE和5G。如本领域技术人员将理解的，各种蜂窝塔/基站/CNI布置是可能的，并且可以与无线系统14一起使用。例如，基站和蜂窝塔可以位于同一地点，或者它们可以彼此远离，每个基站可以负责单个蜂窝塔，或者单个基站可以为各种蜂窝塔服务，并且各种基站可以耦合到单个MSC，仅举几个可能的布置。

除了使用无线载波系统14之外，可以使用卫星通信形式的不同无线载波系统来提供与车辆的单向或双向通信。这可以使用一个或多个通信卫星62和上行链路发射站64来完成。单向通信可以是例如卫星无线电服务，其中节目内容(新闻、音乐等)由发射站64接收，打包用于上传，然后发送到卫星62，卫星62向用户广播节目。双向通信可以是例如卫星电话服务，使用卫星62来中继车辆12和站64之间的电话通信。如果使用，除了无线载波系统14之外或者代替无线载波系统14，可以使用该卫星电话。

陆地网络16可以是连接到一个或多个陆线电话并将无线运营商系统14连接到数据中心20的传统陆地电信网络。例如，陆地网络16可以包括公共交换电话网络(PSTN)，例如用于提供硬连线电话、分组交换数据通信和互联网基础设施(即，互联计算设备节点的网络)。陆地网络16的一个或多个段可以通过使用标准有线网络、光纤或其他光网络、电缆网络、电力线、其他无线网络(例如无线局域网(WLAN)、或提供宽带无线接入(BWA)的网络、或其任何组合来实现。此外，数据中心20不需要经由陆地网络16连接，而是可以包括无线电话设备，使得它可以直接与无线网络通信，例如无线运营商系统14。

远程计算设备18可以是可经由诸如因特网之类的私有或公共网络访问的多个计算机中的一个。每个这样的计算机18可用于一个或多个目的，例如后端服务器82可访问的web服务器、经由远程信息处理单元30的车辆和无线运营商14。其他这样的可访问远程计算设备18可以是例如：定位数据模块服务器，用于实现定位数据模块以产生到达角信息(下面讨论)；车主或其他用户用于访问或接收车辆数据或设置或配置用户偏好或控制车辆功能的客户端计算机；或者第三方储存库，通过与车辆12或数据中心20或两者通信，车辆数据或其他信息被提供给第三方储存库或从第三方储存库提供。远程计算设备18还可以用于提供诸如DNS服务之类的互联网连接，或者作为使用DHCP或其他合适的协议向车辆12分配IP地址的网络地址服务器。

数据中心20被设计为向车辆电子设备28提供许多不同的系统后端功能，并且根据这里所示的示例性实施例，数据中心20通常包括一个或多个交换机80、服务器82、数据库84、实时顾问86以及自动语音响应系统(VRS)88，所有这些都是本领域已知的这些不同的数据中心部件优选地经由有线或无线局域网90彼此耦合。可以是专用交换机(PBX)交换机的交换机80路由输入信号，使得语音传输通常通过普通电话、后端计算机87发送给现场顾问86，或者使用VoIP发送给自动语音响应系统88。服务器82可以结合数据控制器81，该数据控制器81基本上控制服务器82的操作。服务器82可以控制数据信息，并且充当收发器，以从数据库84、远程信息处理单元30和移动计算设备57中的一个或多个发送和/或接收数据信息(即，数据传输)。

控制器81能够读取存储在非瞬态机器可读介质中的可执行指令，并且可以包括处理器、微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGAs)、状态机以及硬件、软件和固件部件的组合中的一个或多个。实时顾问电话也可以使用VoIP，如图1中虚线所示。通过交换机80的VoIP和其他数据通信通过连接在陆地通信网络16和局域网90之间的调制解调器(即收发器)来实现。

数据传输通过调制解调器传递到服务器82和/或数据库84。数据库84可以存储账户信息，例如车辆动态信息和其他相关的用户信息。数据传输也可以由无线系统进行，例如802.11x、GPRS等。尽管所示实施例已经被描述为使用实时顾问86与有人值守的数据中心20结合使用，但是应当理解，数据中心可以替代地使用VRS88作为自动顾问，或者可以使用VRS88和实时顾问86的组合。

波束赋形

波束赋形是一种用于控制辐射模式的方向性/灵敏度的信号处理技术。通过波束赋形技术的性能，天线系统56可以通过调整发射信号的相位以聚焦特定方向的能量来增加输出信号发射方向的增益(下面讨论)。基于收发设备(例如，基站72)相对于无线天线系统56的位置来指定输出信号的传输方向。因此，信号传输的方向取决于天线系统56(即车辆)的位置(以及可能的方位)。到达角信息可以由定位数据模块78计算，并且随后在定位数据模块78和远程信息处理单元30之间交换。远程信息处理单元30然后将到达角信息提供给天线系统56，用于指定波束赋形信号的方向。天线系统56然后可以识别并在收发设备的方向上发射。此外，车辆12的位置还可以由定位数据模块78确定(由来自GPS模块40的信息支持)，以允许天线系统56在车辆沿着从一个位置到另一个位置的路径移动时顺序地与多个收发设备通信。

天线系统

现在参考图2，详细示出了示例性天线系统56，其包括多个天线92-94、相位控制器96以及耦合到天线92-94和相位控制器96的天线模块98。相位控制器96通过控制每个发射天线处输出信号的幅度和相位来控制波束赋形，以便在其中产生相长和相消干扰的模式。通常，相位控制器96作为优化器工作，当正确设置约束时，所述优化器收敛到波束赋形方案。相位控制器96还基于从远程信息处理单元30提供的计算的到达角信息来确定输出信号的幅度和相位。该振幅和相位信息随后从相位控制器96传送到天线模块98，被认为是预测视线信息。天线模块98改变馈送到天线92-94的输出信号的相对相位，使得输出信号的有效辐射方向图在特定方向上得到增强。这样，天线92-94可以被引导以将发射功率聚焦在通信方向上。在一个实施例中，天线系统56的波束赋形提供12dB的发射功率，而基站72的波束赋形提供额外的12dB。此外，通过WIMAX等系统，10dB的传输功率可用于室外通信。因此，天线系统56可以提供超过30dB的发射功率，以允许车辆12和基站72之间的远程宽带通信。应当理解，天线系统56的其他示例性实施例可以用于实现波束赋形策略。还应当理解，远程信息处理单元30可以计算预测视线信息。

定位数据模块

图3是示意性地示出模块服务器18的详细示例性实施例的框图，其包括某些功能块，这些功能块不一定对应于功能的任何物理分离。相反，这些块对应于软件模块(可执行指令的段)。如上所述，可以执行定位数据模块312来识别特定位置。应当理解，模块服务器310可以是后端服务器82或远程计算设备18。当模块服务器310被实现为后端服务器82时，远程计算设备18可以被认为是第三方服务提供商。应当理解，模块服务器18的其他示例性实施例及其示例性功能可以在不偏离本文所讨论的本系统和方法的范围的情况下实现。

定位数据模块312包括两个不同的部件-地图引擎314和搜索引擎316。地图引擎314从数据中心服务器54接收并代表数据中心服务器54服务于地图请求。例如，响应于提供给定GPS坐标的地图的请求，地图引擎314从信息存储器318检索所需信息，然后以适当的形式过滤和格式化地图数据，以提供给数据中心服务器54。相反，搜索引擎316接收并服务来自数据中心服务器54的请求，以定位地图的特定地理特征，例如但不限于山脉、建筑物、树木和其他地理特征。模块服务器310可以相应地使用来自第三方服务提供商320的数据来支持地图数据输出322的产生。例如，搜索引擎314可以访问第三方无线运营商系统数据库，以便确定当前活动的蜂窝基站的地理编码(地图坐标)。此外，第三方服务提供商320可以包括一个或多个动态内容提供商。定位数据模块312可以生成文本标签形式的地图数据。数据模块312的输出可以被压缩成二进制形式，以最小化从模块服务器312到数据中心服务器54的数据传输所消耗的带宽。出于数据安全的目的，该传输的数据还可以被加密。

众所周知，地图数据322可以按层排列，每个层对应于不同类型的地图特征。这些层定义特征的形状和位置，并且可以包括文本标签。这些层中的一个或多个可以另外包括动态数据，例如交通状况。在地图数据322包括可视化方面(例如，通过车辆显示器展示)的那些实施例中，模块服务器18为每层保存多个模板，并且可以将适当的模板下载到数据中心服务器54。熟练的技术人员还将看到，用于在给定客户端设备上呈现多层的模板集合可以被视为单个多模板。由于相同的模板用于显示不同地理区域的地图，数据中心服务器54可以将模板存储在数据库56中，使得模板只需要下载一次就可以显示多个不同的地图。

图4，并进一步参考图5，示出了用于上述定位数据模块312的系统流程的示例性实施例的示例性示意图。如图4所示，系统流程400从发送的实时位置数据410到达模块服务器312开始；该位置数据包括从GPS模块40生成的跟踪的、解调的GPS坐标。在步骤420中，数据模块312接收当前位置数据，并随后将该数据作为地图请求提供给地图引擎314。在步骤430，地图引擎314从信息存储318中检索所需信息，然后以适当的形式过滤和格式化地图数据。在步骤440中，搜索引擎316定位并检索该地图数据的某些地理特征。搜索引擎316还可以与第三方服务提供商320对应，以接收更准确的地图数据(例如，动态数据)，并随后编译和分析该第三方数据，可选地在步骤440中。在步骤450中，数据模块312组合从地图引擎314和搜索引擎316处理、编译和接收的数据，以将地图数据构建为精确的车辆定位地图500。此外，如图所示，从定位数据模块312产生的地图500包括用于不同定位特征的相对/绝对位置参考，例如但不限于道路502、建筑物504、植物506和蜂窝基站508。

在完成定位图500之后，在步骤470中，数据模块312确定输入是否将车辆位置510放置在一个或多个基站508的附近，沿着其沿着道路502’(例如，10英里)的预测路径跟踪一定距离。此外，数据模块312可以计算车辆将充分进入这种基站508的广播范围的预测位置(即，广播信号将首先被天线系统56接收的近似位置)。该计算可以通过已知的数学技术来实现，该已知的数学技术参考未来基站508的估计位置和广播范围，利用组合的预测车辆位置510和预测道路方位(基于预测未来位置的道路形状/地理)。如果车辆位置510反映车辆12将进入至少一个下行基站508的范围，则数据模块312将以信息存储器318内的适当数据格式(二进制代码格式)存储车辆将移动到新基站308的范围内的每个位置的预测坐标(即相对/绝对位置参考)。系统流程400也将移至步骤480。否则，当车辆不在任何基站508的可计算附近时，系统流程400将返回到步骤420，在步骤420，系统流程400将保持，直到接收到更新的位置数据。

在步骤480中，数据模块312将计算每个预测坐标的到达角。可以使用本领域技术人员通常已知的标准数学技术来计算到达角，该标准数学技术利用例如相对于相应基站508的位置的预测坐标和车辆方位(即，由于道路方向等因素)。在步骤490中，数据模块312将提供每个计算角度的非限制性到达角信息(例如，文本数据)作为对服务器82的输出。在步骤490之后，系统流程400结束并结束其操作495。

方法

现在转到图6，可以看到示例性方法600的应用，该方法基于通过定位数据模块产生的预测车辆坐标的一个或多个计算的到达角，在天线系统56和一个或多个基站72之间建立波束赋形的通信链路。该方法的各方面可以通过后端服务器82来执行，例如，实现数据模块312的功能以产生到达角信息。外围方面可以另外通过远程信息处理单元30来执行，例如，接收到达角信息并以适合天线系统56的形式提供这种信息。其他外围方面可以另外通过天线系统56来执行，例如，从到达角信息生成预测视线信息，以便实现波束赋形技术来创建与一个或多个基站72的定向通信链路。熟练的技术人员将会看到，在某些实施例中，远程信息处理单元30本身可以生成视线信息并将其提供给天线系统56。

在该方法中，远程信息处理单元30被预配置为自动发送来自GPS模块40的位置数据以及从后端服务器82接收到达角信息和其他定位数据。后端服务器82还被预配置为与定位数据模块通信，以开发和生成到达角信息，并以合适的形式提供这种信息以供远程信息处理单元30接收。

方法600开始于步骤610，其中远程信息处理单元30向数据中心服务器82提供车辆实时物理位置的相对/绝对位置参考信息。例如，如上所述，GPS模块40将从卫星星座接收GPS卫星信号，并随后基于这些信号生成GPS坐标。

在步骤620中，服务器82将执行定位数据模块，以相对于对应于附近基站位置72的坐标产生选定车辆位置(即，预测车辆位置坐标)的到达角。此外，如上所述，该步骤可以包括数据模块312，数据模块312允许地图引擎314产生地图数据，并且允许搜索引擎316产生地图数据的地理特征。该步骤还可以包括数据模块312基于地图数据和地理特征两者构建定位地图，该地图包括对应于基本上所有填充到定位地图上的基站位置的坐标。该步骤还可以包括数据模块312计算车辆将充分进入每个基站72的广播范围的选定位置。

返回参考图5，该步骤可包括数据模块312基于对应于一个或多个基站位置508的坐标计算每个车辆位置的到达角511。如上所述，到达角511测量是用于确定入射到天线系统56上的射频波的传播方向的方法。如图5所示，将这个概念放入透视图中，如果车辆位置510是静态的，而基站位置508在生成的定位图中从一个点动态地移动到另一个点，则到达角511将改变到每个后续基站位置508。因此，在选定的参考点，对于一个基站位置508，到达角511可以指向西北，而对于另一个基站508位置，它可以指向东南。在步骤630中，作为输出，服务器82发送每个预定车辆位置的到达角信息，在这些预定车辆位置中，车辆应当充分进入基站72的广播范围(即，天线系统56可以在没有实质干扰的情况下与基站72通信的位置)。

如图7所示，当车辆12到达每个基站72a-c的广播范围时，天线系统56可以使用到达角信息来实现波束赋形策略，以允许与每个基站72a-c进行定向通信。因此，在到达每个广播范围之前，远程信息处理单元30已经存储了每个车辆位置的到达角。结果，远程信息处理单元30和/或天线系统56不必计算车辆12进入广播范围时的到达角。当要求天线系统56将通信链路从一个基站72切换到下一个基站(例如，在基站72a和基站72b之间)时，这可以增加连接速度/减少等待时间。此外，如果GPS模块40由于这样或那样的原因不能与GPS卫星连接和/或不能计算车辆12的位置，则该车辆位置的到达角将已经存储在远程信息处理单元30中。因此，特别是当在相当长的时间内实现时，这里呈现的系统充当防止GPS数据丢失事件的保护，该事件将阻止天线系统56创建与最近基站72的通信链路。

本文公开的工艺、方法或算法可交付给处理设备、控制器或计算机/由处理设备、控制器或计算机实现，处理设备、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，过程、方法或算法可以以多种形式存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，包括但不限于永久存储在不可写存储介质(例如ROM设备)上的信息和可替换地存储在可写存储介质(例如软盘、磁带、CD、RAM设备以及其他磁和光介质)上的信息。这些过程、方法或算法也可以在软件可执行对象中实现。或者，可以使用合适的硬件部件，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或设备，或者硬件、软件和固件部件的组合，来全部或部分地实施这些过程、方法或算法。

虽然上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意味着描述权利要求所包含的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性的而非限制性的词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。如前所述，各种实施例的特征可被组合以形成系统和/或方法的其他实施例，这些实施例可能没有被明确描述或示出。虽然各种实施例可以被描述为相对于其他实施例或现有技术的实施方式提供优点或优选一个或多个期望的特性，但是本领域的普通技术人员认识到，一个或多个特征或特性可能会受到损害，以实现期望的整体系统属性，这取决于特定的应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、适用性、重量、可制造性、组装方便性等。因此，相对于一个或多个特征而言，被描述为不如其他实施例或现有技术实现方式理想的实施例并不在本公开的范围之外，并且对于特定应用而言可能是理想的。

如图所示，为了便于描述，这里可以使用空间相关术语，例如“内部”、“外部”、“下方”、“下方”、“下方”、“上方”、“上方”等，来描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间相对术语可以意欲包括除了图中描绘的方位之外的使用或操作中的设备的不同方位。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为“低于”或“低于”其他元素或特征的元素将被定向为“高于”其他元素或特征。因此，示例性术语“下面”可以包括在上面和在下面两个方向。该装置可以以其他方式定向(旋转90度或以其他方向)，并且在此使用的空间相关描述符被相应地解释。

权利要求中列举的要素都不是35U.S.C.§112(f)含义内的手段加功能要素，除非使用短语“用于…的手段”明确阐述所述要素。

Claims (10)

1.一种产生用于波束赋形策略的实施的到达角信息的系统，所述系统包括:

存储器，其被配置为包括一个或多个可执行指令；

控制器，其被配置为执行所述可执行指令；

车辆，其包括车辆系统和天线系统；

所述车辆系统被配置为生成车辆位置数据，所述车辆系统还被配置为将所述车辆位置数据传送给所述控制器，所述车辆系统还被配置为从所述控制器接收到达角信息；

所述天线系统被配置为基于接收到的所述到达角信息实施所述波束赋形策略，以便创建与一个或多个收发设备的定向通信链路；

定位数据模块，其被配置为产生一个或多个选定位置的到达角信息；且

其中所述可执行指令使所述控制器能够:

接收从所述车辆传送的车辆位置数据；

基于所述车辆位置数据，执行所述定位数据模块以产生所述一个或多个选定位置的到达角信息；且

将所述一个或多个选定位置中的每一个的所述到达角信息传送到所述车辆系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述定位数据模块包括：

地图引擎，其被配置为产生地图数据；

搜索引擎，其被配置为产生地理特征以支持地图数据的生成；且

所述定位数据模块的性能包括：

向所述地图引擎提供地图请求，所述地图请求包括车辆位置数据；

允许所述地图引擎产生所述地图数据；

允许所述搜索引擎为所述地图数据产生地理特征；

基于所述地图数据和地理特征构建定位地图，所述定位地图包括对应于所述一个或多个收发设备的坐标；

计算所述车辆应当充分进入所述定位地图中的所述一个或多个收发设备中的每一个的广播范围的选定位置；

基于对应于所述一个或多个收发设备的所述坐标，计算每个所述选定位置的所述到达角；且

为每个所述选定位置产生所述到达角。

3.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述天线系统包括：

相位控制器，其用于基于所述到达角信息生成视线信息；

天线模块，其耦合到多个天线和所述相位控制器，所述天线模块被配置为改变被配置为传送到所述多个天线的一个或多个通信输出信号的相对相位，所述相对相位基于所述视线信息；且

所述多个天线被配置为基于所述相对相位与所述一个或多个收发设备建立所述定向通信链路；且

其中所述到达角信息使得所述天线系统能够:

基于接收到的到达角信息，经由所述相位控制器生成视线信息；

基于来自所述相位控制器的所述视线信息，经由所述天线模块改变一个或多个通信输出信号的所述相对相位；且

基于所述相对相位，经由所述多个天线建立与所述一个或多个收发设备的所述定向通信链路。

4.一种产生用于波束赋形策略实施的到达角信息的方法，所述系统包括:

提供被配置为包括一个或多个可执行指令的存储器；

提供被配置为执行所述可执行指令的控制器；

提供包括车辆系统和天线系统的车辆；

其中，所述车辆系统被配置为生成车辆位置数据，其中，所述车辆系统还被配置为将所述车辆位置数据传送给所述控制器，其中，所述车辆系统还被配置为从所述控制器接收到达角信息；

其中所述天线系统被配置为基于接收到的到达角信息来实施波束赋形策略，以便创建与一个或多个收发设备的定向通信链路；

提供定位数据模块，所述定位数据模块被配置为产生一个或多个选定位置的到达角信息；

经由所述控制器接收从所述车辆传送的车辆位置数据；

基于所述车辆位置数据，经由所述控制器执行所述定位数据模块，以产生所述一个或多个选定位置的到达角信息；且

经由所述控制器将所述一个或多个选定位置中的每一个的到所述达角信息传送到所述车辆系统。

5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括经由所述天线系统基于接收到的到达角信息实施波束赋形策略，以在一个或多个选定位置创建与所述一个或多个收发设备的定向通信链路。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述车辆系统包括生成车辆位置数据的GPS模块。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，

所述定位数据模块包括：

地图引擎，其被配置为产生地图数据；

搜索引擎，其被配置为产生地理特征以支持地图数据生成；且

其中所述执行所述定位数据模块的步骤还包括:

经由所述定位数据模块向所述地图引擎提供地图请求，所述地图请求包括所述车辆位置数据；

经由所述定位数据模块允许所述地图引擎生成地图数据；

经由所述定位数据模块允许所述搜索引擎为所述地图数据产生地理特征；

经由所述定位数据模块基于所述地图数据和地理特征构建定位地图，所述定位地图包括对应于所述一个或多个收发设备的坐标；

经由所述定位数据模块计算所述车辆应当充分进入所述定位地图中的所述一个或多个收发设备中的每一个的广播范围的选定位置；

基于对应于所述一个或多个收发设备的所述坐标，经由所述定位数据模块计算每个所述选定位置的到达角；且

经由所述定位数据模块产生所述选定位置的每一个的到达角。

8.根据权利要求4所述的方法，其中，

所述天线系统包括：

相位控制器，其用于基于所述到达角信息生成视线信息；

天线模块，其耦合到多个天线和所述相位控制器，所述天线模块被配置为改变被配置为传送到所述多个天线的一个或多个通信输出信号的相对相位，所述相对相位基于所述视线信息；且

所述多个天线被配置为基于所述相对相位与所述一个或多个收发设备建立所述定向通信链路；

基于接收到的到达角信息，经由所述相位控制器生成视线信息；

基于来自所述相位控制器的视线信息，经由所述天线模块改变一个或多个通信输出信号的所述相对相位；和

基于所述相对相位，经由所述多个天线建立与所述一个或多个收发设备的定向通信链路。

9.一种其上存储有可执行指令的非暂时性和机器可读介质，所述可执行指令适于产生用于波束赋形策略实施的到达角信息，所述波束赋形策略被提供给控制器，并在由此执行时使得控制器:

接收从被配置为生成车辆位置数据的车辆系统传送的车辆位置数据；

基于所述车辆位置数据，产生一个或多个选定位置的到达角信息；和

将所述一个或多个选定位置中的每一个的所述到达角信息传送到所述车辆系统，其中，所述到达角信息采用适当的格式来支持天线系统实施所述波束赋形策略，以便创建与一个或多个收发设备的定向通信链路。

10.根据权利要求9所述的非暂时性和机器可读介质，其中当所述可执行指令被提供给控制器并由此被执行时，还使得所述控制器:

向地图引擎提供地图请求，所述地图请求包括车辆位置数据；

允许所述地图引擎产生地图数据；

允许所述搜索引擎为所述地图数据产生地理特征；

基于所述地图数据和地理特征构建定位地图，所述定位地图包括对应于所述一个或多个收发设备的坐标；

计算所述车辆应当充分进入所述定位地图中的所述一个或多个收发设备中的每一个的广播范围的选定位置；

基于对应于所述一个或多个收发设备的所述坐标，计算所述选定位置的每一个的到达角；及

为所述选定位置的每一个产生所述到达角。