CN109714084A - 用于无线车辆通信的波束成形 - Google Patents

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Abstract

公开用于无线车辆通信的波束成形的方法和设备。示例性车辆包括用于波束成形的天线阵列、用于确定车辆位置和行进路线的导航控制器，以及波束成形控制器。所述波束成形控制器用于识别与第一收发器的信号强度，并且在所述信号强度小于阈值时，基于收发器映射信息、所述车辆位置和所述行进路线搜索第二收发器。所述波束成形控制器还用于将所述天线阵列调整成在通往所述第二收发器的预测方向上波束成形。

Description

用于无线车辆通信的波束成形
技术领域
本公开总体涉及车辆通信，并且更具体地，涉及用于无线车辆通信的波束成形。
背景技术
通常，车辆包括天线来与天线站建立通信链路以与外部网络通信。例如，车辆可包括天线来与天线站建立通信链路以与公用网络(例如，因特网)、私用网络(例如，内联网)或其组合进行通信。当车辆沿道路行进时，车辆的天线可以通信地耦接到不同天线站。例如，天线在车辆处于一个位置处时通信地耦接到一个天线站以用于与外部网络通信，并且在车辆处于另一个位置处时通信地耦接到另一个天线站以用于与外部网络通信。
发明内容
所附权利要求定义本申请。本公开概述实施例的各方面并且不应用来限制权利要求。根据本文描述的技术设想到其他实现方式，如在审查下列附图和详细描述时对本领域普通技术人员来说将显而易见的，并且这些实现方式旨在落入本申请的范围内。
示出用于无线车辆通信的波束成形的示例性实施例。示例性公开的车辆包括用于波束成形的天线阵列、用于确定车辆位置和行进路线的导航控制器，以及波束成形控制器。所述波束成形控制器用于识别与第一收发器的信号强度，并且在所述信号强度小于阈值时，基于收发器映射信息、所述车辆位置和所述行进路线搜索第二收发器。所述波束成形控制器还用于将所述天线阵列调整成在通往所述第二收发器的预测方向上波束成形。
示例性公开的方法包括通过导航控制器确定车辆的位置和行进路线，并且通过处理器识别车辆天线阵列与第一收发器的信号强度。示例性公开的方法还包括当所述信号强度小于阈值时，基于收发器映射信息、所述车辆位置和所述行进路线搜索第二收发器；以及将所述车辆天线阵列调整成在通往所述第二收发器的预测方向上波束成形。
示例性公开的系统包括车辆，所述车辆包括用于确定车辆数据的导航控制器和用来传输车辆数据的第一天线阵列，所述车辆数据包括车辆位置和行进路线。示例性公开的系统还包括基地收发站，所述基地收发站包括第二天线阵列。基地收发站被配置为从第一天线阵列接收车辆数据、识别第一天线阵列与第二天线阵列之间的信号强度，并且在确定信号强度小于阈值时，基于车辆数据将第二天线阵列调整成在朝向车辆的预测方向上波束成形。
附图说明
为了更好地理解本发明，可以参考以下附图中示出的实施例。附图中的部件未必按比例绘制并且可以省略相关元件，或者在一些情况下，比例可已经被放大，以便强调和清楚地示出本文所描述的新颖特征。此外，系统部件可如本领域已知按各种方式布置。另外，在附图中，相同的附图标记在若干视图中表示对应的部分。
图1示出根据本文教示内容的示例性车辆。
图2描绘图1的沿道路接近无线收发器行进的车辆。
图3描绘图1的车辆的天线阵列的波束成形方向的栅格。
图4描绘图1的车辆的天线阵列相对于无线收发器的示例性波束成形方向。
图5描绘图1的车辆的天线阵列相对于无线收发器的另一个示例性波束成形方向。
图6是图1的车辆的电子部件的框图。
图7是根据本文教示内容的用于调适车辆的天线阵列的波束成形以用于无线通信的流程图。
具体实施方式
虽然本发明可以各种形式体现，但是在附图中示出并将在下文描述一些示例性和非限制性实施例，应了解，本公开应被视为本发明的范例并且并不意图将本发明限制于所说明的特定实施例。
通常，车辆包括天线来与天线站建立通信链路以与外部网络通信。例如，车辆可包括天线来与天线站建立通信链路以与公用网络(例如，因特网)、私用网络(例如，内联网)或其组合进行通信。当车辆沿道路行进时，车辆的天线可以通信地耦接到不同天线站。例如，天线在车辆处于一个位置处时通信地耦接到一个天线站以用于与外部网络通信，并且在车辆处于另一个位置处时通信地耦接到另一个天线站以用于与外部网络通信。在一些情况下，当车辆从一个位置行进到另一个位置时，由于与一个收发器的通信链路结束并且与另一个收发器的通信链路尚未建立，车辆潜在地可变得与外部网络暂时断开连接。
本文公开的示例性方法和设备包括车辆，所述车辆具有天线阵列和波束成形控制器，其中所述波束成形控制器控制天线阵列的波束成形以在车辆沿道路行进时通过收发器维持与外部网络的通信链路。波束成形控制器监测天线阵列的通信链路的信号强度并且调整天线阵列的波束成形方向以当车辆沿道路行进时，与第一收发器维持强的通信链路和/或与第二收发器建立强的通信链路，使得天线阵列与外部网络的通信链路的信号强度保持高于阈值水平。另外，波束成形控制器用来预测第二收发器的位置并且将天线阵列调整成在朝向第二收发器的预测位置的预测方向上波束成形，以与第二收发器快速地建立通信链路，使得与第二收发器建立通信链路花费的时间减少。通过与收发器快速地建立通信链路，当车辆沿道路行进时，例如当车辆快速地移动，并且因此通往收发器的方向快速地改变时，本文公开的示例性方法和设备减少无线通信覆盖范围中的间隙。
本文公开的示例包括用于通过波束成形在车辆与收发器之间建立通信链路的车辆系统。车辆系统包括被配置为进行波束成形的阵列天线。车辆系统收集车辆数据(例如，速度、GPS位置、车辆投影、导航数据、驾驶历史等)和收发器数据(例如，收发器位置的地图、收发器的天线阵列取向等)。基于所收集的数据，车辆系统确定天线阵列是否能够与具有高于预定阈值的信号强度的收发器建立通信链路。响应于车辆系统识别这种收发器，车辆系统将天线阵列调整成在朝向所识别的收发器的预测位置的预测方向上波束成形以与收发器建立通信链路。响应于车辆系统不能识别这种收发器，车辆系统将阵列天线调整成在默认方向上波束成形。车辆系统从预测方向和/或默认方向调整波束成形方向，直到在天线阵列与收发器之间建立通信链路。另外，车辆系统随后追踪天线阵列与收发器之间的通信链路的信号强度。如果信号强度变得小于预定阈值，则车辆系统基于收集的数据来尝试识别另一个收发器并且重新调整波束成形方向，直到与另一个收发器建立通信链路。另外，在一些示例中，一个或多个收发器(例如，通过网络和/或其他收发器)收集车辆数据(例如，速度、GPS位置、车辆投影、导航数据、驾驶历史等)并且利用所述车辆数据来预测通往车辆的方向。在一些这类示例中，收发器调整其天线阵列的波束成形方向以有利于与车辆建立通信链路。
如本文所使用，“波束成形”是指用于天线阵列的信号处理技术，其中天线阵列的信号强度通过致使在一些方向上发射的信号经历相消干涉和在其他方向上发射的信号经历相长干涉来在方向(被称为波束成形方向)上增加。例如，可执行波束成形来增加天线阵列的信号强度，所述天线阵列在波束成形方向上包括全向天线。如本文所使用，“天线阵列”是指操作地耦接在一起以传输和/或接收信号的天线集合。如本文所使用，“全向天线”是指在平面的每个方向上均匀地发射信号的天线。如本文所使用，“波束成形方向”是指天线阵列通过波束成形来传输和/或接收信号的方向。
转向附图，图1示出根据本文教示内容的示例性车辆100。车辆100可以是标准的汽油动力车辆、混合动力车辆、电动车辆、燃料电池车辆和/或任何其他移动性实现类型的车辆。车辆100包括与移动性相关的零件，诸如具有发动机、传输装置、悬架、驱动轴和/或车轮等的动力传动系统。车辆100可以是非自主的、半自主的(例如，由车辆100控制的一些常规动力功能)，或自主的(例如，动力功能在不具有直接驾驶员输入的情况下由车辆100控制)。
在所示出的示例中，车辆100包括车辆速度传感器102和全球定位系统(GPS)接收器104。车辆速度传感器102测量车辆100行进的速度。另外，在一些示例中，车辆速度传感器102基于由车辆速度传感器102捕获的速度测量值确定车辆100的加速度或减速度。GPS接收器104从全球定位系统接收信号以确定车辆100的位置。
另外，所示出的示例的车辆100包括导航控制器106。例如，导航控制器106基于通过GPS接收器104接收的信号确定车辆100的位置。另外或替代地，导航控制器106确定和/或监测车辆100的行进路线。例如，导航控制器106识别车辆100沿车辆100的行进路线和/或相对于所述行进路线的当前方位。在一些示例中，导航控制器106监测由车辆100的操作员(例如，驾驶员)通过输入装置提供的行进路线。在一些示例中，导航控制器106基于车辆100的当前位置和由车辆操作员通过输入装置提供的目的地来确定行进路线。在一些示例中，导航控制器106基于车辆100和/或车辆100的操作员的驾驶历史来确定预测的行进路线。例如，如果车辆100的位置与车辆操作员的工作场所相关联，则导航控制器106确定行进路线通往车辆操作员的家。另外，在一些示例中，导航控制器106基于车辆操作员的个人日历、交通数据、地图数据、天气状况数据和/或影响从当前位置到目标目的地的行进路线的任何其他数据来确定行进路线。
在所示出的示例中，车辆100还包括天线阵列108和波束成形控制器112，所述天线阵列108包括多个天线110。天线阵列108的天线110包括例如全向天线和/或定向天线。在一些示例中，天线110以拼接图案(例如，正方形、长方形、圆形等)布置在(例如，位于PCB和/或其他绝缘材料片材上的)铜垫和/或板上以形成天线阵列108。天线110操作地耦接在一起以使天线阵列108能够接收和/或传输信号。例如，天线110操作地耦接在一起以使天线阵列108能够通信地耦接到基地收发站。
另外，波束成形控制器112控制天线阵列108的操作。例如，波束成形控制器112识别天线阵列108接收和/或传输信号的方向并且致使天线阵列108在这一方向上使信号波束成形。在一些示例中，波束成形控制器112致使天线阵列108在波束成形方向上使信号波束成形以增加由天线阵列108的天线110在波束成形方向上接收和/或传输的信号的信号强度。例如，波束成形控制器112通过调整天线阵列108的波束成形方向的仰角和/或方位角来调整天线阵列108的波束成形方向。波束成形控制器112通过调整天线阵列108的天线110中的一个或多个的信号相位来调整天线阵列108的波束成形方向的仰角和/或方位角。例如，通过调整天线110中的一个或多个的信号相位，波束成形控制器112调整哪些信号方向经历相消干涉和/或相长干涉。
图2描绘车辆100在道路202上沿接近收发器206(也被称为无线收发器或基地收发站)的行进路线204行进。在所示出的示例中，收发器206包括收发器206a(例如，第一收发器)、收发器206b(例如，第二收发器)和收发器206c(例如，第三收发器)。在其他示例中，收发器206可包括当车辆100在道路202上行进时位于接近车辆100的更多、更少和/或不同的收发器。
在所示出的示例中，车辆100的天线阵列108被配置为与收发器206中的一个或多个无线通信地耦接。另外，天线阵列108被配置为在朝向收发器206的方向上波束成形，以与收发器206通信地耦接。例如，天线阵列108在朝向收发器206a的方向上波束成形以与收发器206a通信地耦接、在朝向收发器206b的方向上波束成形以与收发器206b通信地耦接、在朝向收发器206c的方向上波束成形以与收发器206c通信地耦接等。
另外，车辆100的波束成形控制器112控制天线阵列108的波束成形以在车辆100沿道路202行进时维持用于无线通信的信号。例如，波束成形控制器112监测天线阵列108的信号强度并且调整天线阵列108的波束成形方向以在车辆100沿道路202行进时，致使与收发器206的无线通信的信号强度保持高于阈值水平(例如，静态或绝对阈值，可变的或相对阈值)。
在所示出的示例中，当车辆100沿道路202驾驶经过收发器206a时，车辆100的天线阵列108通信地耦接到收发器206a。例如，当车辆100靠近、经过并且移动超过收发器206a时，天线阵列108在朝向收发器206a的方向上波束成形。当天线阵列108通信地耦接到收发器206a时，波束成形控制器112识别天线阵列108与收发器206a之间的无线通信的信号强度。例如，波束成形控制器112被配置为通过接收信号强度指示符(RSSI)、到达角度、飞行时间、GPS等确定与收发器206的无线通信的信号强度。
当所示出的示例的车辆100移动远离收发器206a时，在天线阵列108与收发器206a之间的无线通信的信号强度由于增加的距离和/或障碍物在车辆100与收发器206a之间的存在而降低。另外，波束成形控制器112将与收发器206a的无线通信的信号强度与阈值信号强度进行比较。响应于确定在天线阵列108与收发器206a之间的信号强度小于阈值信号强度，波束成形控制器112搜索收发器206中的另一个以与其通信地耦接。例如，通过在信号强度小于阈值信号强度时搜索收发器206中的另一个，波束成形控制器112在天线阵列108与收发器206a之间维持可靠通信。也就是说，当信号强度低于阈值信号强度时，波束成形控制器112搜索收发器206中的另一个以在车辆100沿道路202行进时维持强的通信链路。
为了使波束成形控制器112快速地找到收发器206中的另一个而不打断天线阵列108的无线通信，波束成形控制器112基于车辆信息和/或收发器映射信息搜索收发器206中的另一个。例如，当车辆100沿道路202行进时，波束成形控制器112基于车辆100的位置、行进路线、速度、加速度和/或任何其他车辆信息预测收发器206中的通信地耦接到其的一个的位置。另外或替代地，波束成形控制器112基于收发器206的位置、收发器206的天线阵列取向和/或由波束成形控制器112收集的任何其他收发器映射信息预测收发器206中的通信地耦接到其的一个的位置。
所示出的示例的波束成形控制器112基于与收发器206的无线通信的预测的信号强度选择收发器206中的哪一个来与天线阵列108通信地耦接。例如，当波束成形控制器112确定在天线阵列108与收发器206a之间的信号强度低于阈值信号强度时，波束成形控制器112基于车辆信息和/或收发器映射信息来识别收发器206b、206c，并且基于收发器206b、206c中的相应的预测信号强度来确定是否与收发器206b或收发器206c通信地耦接。也就是说，波束成形控制器112响应于确定收发器206中的一个具有的预测的信号强度(例如，第二信号强度)大于阈值来确定将天线阵列108调整成在朝向收发器206中的一个(例如，收发器206b)的预测方向上波束成形。另外或替代地，响应于确定收发器206中的第二个的预测的信号强度(例如，第二信号强度)大于收发器206中的第一个的当前信号强度，波束成形控制器112确定将天线阵列108调整成向收发器206中的第二个(例如，收发器206b)而不是朝向收发器206中的第一个(例如，收发器206a)波束成形。
波束成形控制器112基于例如车辆100的车辆信息和/或收发器206的收发器映射信息来预测天线阵列108尚未通信地耦接到的收发器206的信号强度。在一些示例中，波束成形控制器112基于收发器206中的哪一个被预测处于行进路线204的较大部分附近来选择收发器206中的哪一个与天线阵列108通信地耦接。例如，由于图2中的车辆100的行进路线204转向远离收发器206b并且朝向收发器206c，因此波束成形控制器112可推选调整波束成形方向以与收发器206c通信地耦接。
在识别到收发器206中的天线阵列108通信地耦接到的一个之后，波束成形控制器112将天线阵列108调整成在朝向收发器206中的天线阵列108通信地耦接到的一个的预测位置的预测方向上波束成形。例如，波束成形控制器112基于车辆信息和/或收发器映射信息来确定预测方向。如果当天线阵列108在预测方向上波束成形时通信耦接未被建立，则波束成形控制器112进一步调整波束成形方向(例如，沿顺时针或逆时针方向的向外螺旋路径)，直到在天线阵列108与收发器206中的一个之间形成通信耦接。另外，在天线阵列108与收发器206中的一个之间建立通信耦接之后，波束成形控制器112监测通信耦接的当前信号强度。
另外，在一些示例中，波束成形控制器112确定收发器206的预测信号强度中的每一个的置信度分值。例如，波束成形控制器112确定响应于确定预测的信号强度和预测信号强度的置信度分值大于阈值置信度分值，将天线阵列108调整成在朝向收发器206中的一个的预测方向上波束成形。波束成形控制器112可基于车辆100的车辆信息和/或收发器206的收发器映射信息来确定置信度分值。在一些示例中，当波束成形控制器112不能识别收发器206中的预测信号强度大于阈值信号强度并且置信度分值大于阈值置信度分值的一个时，波束成形控制器112将天线阵列调整成在默认方向上波束成形。波束成形控制器112进一步调整波束成形方向(例如，沿顺时针或逆时针方向的向外螺旋路径)，直到在天线阵列108与收发器206中的一个之间形成通信耦接。
图3描绘车辆100的天线阵列108的波束成形方向的栅格300。例如，波束成形控制器112调整天线阵列108的波束成形方向以通信地耦接到收发器(例如，图2的收发器206中的一个)。在一些示例中，波束成形控制器112基于天线阵列108通信地耦接到的收发器的天线阵列的取向来确定天线阵列108的波束成形方向。
在所示出的示例中，天线阵列108的波束成形方向的栅格300相对于仰角轴线302和方位轴线304被限定。例如，波束成形控制器112通过调整波束成形方向沿仰角轴线302的仰角和/或通过调整波束成形方向沿方位轴线304的方位角来调整天线阵列108的波束成形方向。仰角轴线302和方位轴线304沿平面(例如，水平线、车辆100的天线阵列108的面、收发器的天线阵列的面等)延伸。
所示出的示例的栅格300包括框，所述框对应于相对于仰角轴线302和方位轴线304限定的波束成形方向。例如，框13表示对应于波束成形方向的起点，所述波束成形方向垂直于仰角轴线302和方位轴线304沿其限定的平面。也就是说，框13对应于沿仰角轴线302旋转0°和沿方位轴线304旋转0°的波束成形方向。在一些示例中，框13是波束成形控制器112响应于波束成形控制器112基于收集的车辆信息和/或天线信息未识别到附近的收发器而将波束成形方向设定成的默认位置。
例如，框8对应于在第一方向上沿仰角轴线302旋转第一预定量(例如，22.5°)并且沿方位轴线304旋转0°的波束成形方向；框3对应于在第一方向上沿仰角轴线302旋转第二预定量(例如，45°)并且沿方位轴线304旋转0°的波束成形方向；框18对应于在第二方向上沿仰角轴线302旋转第一预定量并且沿方位轴线304旋转0°的波束成形方向；并且框23对应于在第二方向上沿仰角轴线302旋转第二预定量并且沿方位轴线304旋转0°的波束成形方向。
例如，框12对应于在第一方向上沿方位轴线304旋转第一预定量并且沿仰角轴线302旋转0°的波束成形方向；框11对应于在第一方向上沿方位轴线304旋转第二预定量并且沿仰角轴线302旋转0°的波束成形方向；框14对应于在第二方向上沿方位轴线304旋转第一预定量并且沿仰角轴线302旋转0°的波束成形方向；并且框15对应于在第二方向上沿方位轴线304旋转第二预定量并且沿仰角轴线302旋转0°的波束成形方向。
例如，框7对应于在第一方向上沿仰角轴线302和在第一方向上沿方位轴线304旋转第一预定量的波束成形方向；框1对应于在第一方向上沿仰角轴线302和在第一方向上沿方位轴线304旋转第二预定量的波束成形方向；框9对应于在第一方向上沿仰角轴线302和在第二方向上沿方位轴线304旋转第一预定量的波束成形方向；框5对应于在第一方向上沿仰角轴线302和在第二方向上沿方位轴线304旋转第二预定量的波束成形方向；框19对应于在第二方向上沿仰角302和在第二方向上沿方位轴线304旋转第一预定量的波束成形方向，框25对应于在第二方向上沿仰角轴线302和在第二方向上沿方位轴线304旋转第二预定量的波束成形方向；框17对应于在第二方向上沿仰角轴线302和在第一方向上沿方位轴线304旋转第一预定量的波束成形方向；并且框21对应于在第二方向上沿仰角轴线302和在第一方向上沿方位轴线304旋转第二预定量的波束成形方向。
例如，框2对应于在第一方向上沿仰角轴线302旋转第一预定量和在第一方向上沿方位轴线304旋转第二预定量的波束成形方向；框2对应于在第一方向上沿仰角轴线302旋转第二预定量和在第一方向上沿方位轴线304旋转第一预定量的波束成形方向；框4对应于在第一方向上沿仰角轴线302旋转第二预定量和在第二方向上沿方位轴线304旋转第一预定量的波束成形方向；框10对应于在第一方向上沿仰角轴线302旋转第一预定量和在第二方向上沿方位轴线304旋转第二预定量的波束成形方向；框20对应于在第二方向上沿仰角302旋转第一预定量和在第二方向上沿方位轴线304旋转第二预定量的波束成形方向，框24对应于在第二方向上沿仰角轴线302旋转第二预定量和在第二方向上沿方位轴线304旋转第一预定量的波束成形方向；框22对应于在第二方向上沿仰角轴线302旋转第二预定量和在第一方向上沿方位轴线304旋转第一预定量的波束成形方向；并且框16对应于在第二方向上沿仰角轴线302旋转第一预定量和在第一方向上沿方位轴线304旋转第二预定量的波束成形方向。
在一些示例中，波束成形控制器112从初始位置(例如，通往收发器的预测方向，默认位置)沿栅格300调整波束成形方向，直到天线阵列108通信地耦接到收发器。例如，波束成形控制器112在关于初始位置的向外螺旋路径中从栅格300的初始位置调整天线阵列108的波束成形方向，直到天线阵列108与另一个收发器(例如，第二收发器)通信地耦接。例如，如果波束成形控制器112确定初始位置是栅格300的框12，则波束成形控制器112从框12到框11、到框7、到框13、到框17、到框6、到框8、到框18、到框16、到框1、到框2、到框3等调整波束成形方向，直到波束成形控制器112检测到天线阵列108已经通信地耦接到收发器。
图4描绘用于与基地收发站400无线通信地耦接的车辆100的天线阵列108的示例性波束成形方向。基地收发站400表示例如收发器206a、收发器206b、收发器206c和/或被配置为通信地耦接到车辆100的天线阵列108的任何其他收发器206。所示出的示例的基地收发站400包括被配置为与车辆100的天线阵列108无线通信地耦接的天线阵列402。例如，天线阵列402包括多个天线，所述多个天线例如包括全向天线和/或定向天线。在一些示例中，天线110以拼接图案(例如，正方形、长方形、圆形等)布置在(例如，位于PCB和/或其他绝缘材料片材上的)铜垫和/或板上以形成天线阵列402。天线操作地耦接在一起以使天线阵列402能够接收和/或传输信号。例如，天线操作地耦接在一起以使天线阵列402能够使信号波束成形(例如，朝向车辆100)。
在所示出的示例中，波束成形方向(例如，图3的栅格300的波束成形方向)相对于沿基地收发站400的天线阵列402的面延伸的平面被限定。例如，车辆100的天线阵列108的图4中描绘的波束成形方向8、13、23相对于沿基地收发站400的天线阵列402的面延伸的仰角轴线404具有变化的仰角。另外或替代地，车辆100的天线阵列108的波束成形方向8、13、23相对于沿天线阵列402的面延伸的方位轴线(例如，图5的方位轴线502)具有变化的方位角。
例如，车辆100的波束成形控制器112基于基地收发站400的天线阵列402的取向来确定天线阵列108的波束成形方向。例如，当车辆100如图4中所描绘相对于基地收发站400处于第一位置时，波束成形控制器112将天线阵列108调整成在波束成形方向8上波束成形，以通信地耦接到基地收发站400的天线阵列402。当车辆100处于更靠近基地收发站400的第二位置时，波束成形控制器112将天线阵列108调整成在波束成形方向13上波束成形，以与基地收发站400通信地耦接。另外，当车辆100处于更靠近基地收发站400的第三位置时，波束成形控制器112将天线阵列108调整成在波束成形方向23上波束成形，以与基地收发站400通信地耦接。
另外或替代地，收发器402例如通过网络、通信地耦接到车辆100的收发器206中的一个和/或与车辆100的另一个通信链路收集车辆的车辆数据。在这类示例中，收发器402包括利用收集的车辆数据来预测通往车辆100的方向的波束成形控制器(例如，与车辆100的波束成形控制器112完全相同或基本上类似)。也就是说，车辆100向网络、收发器402和/或收发器206中的另一个(例如，通过天线阵列108和/或另一个通信模块)传输车辆数据以使收发器402的波束成形控制器能够预测车辆100的位置。如果收发器402的波束成形控制器能够基于车辆数据预测车辆100的位置，则收发器402的波束成形控制器将天线阵列402调整成在通往车辆100的预测方向上波束成形，以有利于与车辆100建立通信链路。否则，如果收发器402的波束成形控制器不能基于车辆数据预测车辆100的位置，则收发器402的波束成形控制器将天线阵列402调整成在默认方向上波束成形。另外，收发器402的波束成形控制器在向外螺旋路径中从预测方向和/或默认方向调整天线阵列402的波束成形方向，直到收发器402的天线阵列402通信地耦接到车辆100的天线阵列108。
图5也描绘用于与基地收发站400无线通信地耦接的车辆100的天线阵列108的示例性波束成形方向。在所示出的示例中，波束成形方向(例如，图3的栅格300的波束成形方向)相对于沿基地收发站400的天线阵列402的面延伸的平面被限定。例如，车辆100的天线阵列108的图5中描绘的波束成形方向12、13、20相对于仰角轴线404具有变化的仰角和/或相对于方位轴线502具有变化的方位角。如图5所示，仰角轴线404和方位轴线502沿基地收发站400的天线阵列402的面延伸。
例如，车辆100的波束成形控制器112基于基地收发站400的天线阵列402的取向来确定天线阵列108的波束成形方向。例如，当车辆100如图5中所描绘相对于基地收发站400处于第二位置时，波束成形控制器112将天线阵列108调整成在波束成形方向13上波束成形，以通信地耦接到基地收发站400的天线阵列402。当车辆100处于更靠近基地收发站400并且在第一方向上从仰角轴线404偏移的第四位置时，波束成形控制器112将天线阵列108调整成在波束成形方向12上波束成形，以与基地收发站400通信地耦接。另外，当车辆100处于更靠近基地收发站400并且在第二方向上从仰角轴线404偏移的第五位置时，波束成形控制器112将天线阵列108调整成在波束成形方向20上波束成形，以与基地收发站400通信地耦接。
图6是车辆100的电子部件600的框图。如图6所示，电子部件600包括车载计算平台602、GPS接收器104、信息娱乐主机单元604、传感器606和天线阵列108，所述天线阵列包括天线110。
机载计算平台602包括微控制器单元、控制器或处理器610、存储器612和数据库614。在一些示例中，机载计算平台602的处理器610被构造成包括导航控制器106和/或波束成形控制器112。替代地，在一些示例中，导航控制器106和/或波束成形控制器112并入到具有其自己的处理器610、存储器612和数据库614的另一个电子控制单元(ECU)中。数据库614存储例如使波束成形方向与收发器映射信息、收发器天线阵列取向信息、其他收发器数据、车辆位置、行进路线、车辆速度、车辆加速度和/或其他车辆数据相关的条目。例如，波束成形控制器112基于由波束成形控制器112收集的收发器数据和/或车辆数据检索通往收发器的预测方向。
处理器610可以是任何合适的处理装置或处理装置集合，诸如但不限于微处理器、基于微控制器的平台、集成电路、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)和/或一个或更多专用集成电路(ASIC)。存储器612可以是易失性存储器(例如，RAM，包括非易失性RAM、磁性RAM、铁电RAM等)、非易失性存储器(例如，磁盘存储器、FLASH存储器、EPROM、EEPROM、基于忆阻器的非易失性固态存储器等)、不可修改的存储器(例如，EPROM)、只读存储器和/或高容量存储装置(例如，硬盘驱动器、固态驱动器等)。在一些示例中，存储器612包括多种存储器，具体地，易失性存储器和非易失性存储器。
存储器612是一组或多组指令(诸如用于操作本公开的方法的软件)可嵌入其上的计算机可读介质。指令可体现如本文所描述的方法或逻辑中的一个或多个。例如，在执行指令期间，指令完全地或至少部分地驻留在存储器612、计算机可读介质中的一个或多个内和/或驻留在处理器610内。
术语“非暂时性计算机可读介质”和“计算机可读介质”包括存储一个或多个指令集的单个介质或多个介质，诸如集中式数据库或分布式数据库，和/或关联的高速缓存和服务器。另外，术语“非暂时性计算机可读介质”和“计算机可读介质”包括能够存储、编码或携带指令集的任何有形介质，所述指令集用于由处理器执行或致使系统执行本文所公开的方法或操作中的任何一个或多个。如本文所用，术语“计算机可读介质”明确地定义成包括任何类型的计算机可读存储装置和/或存储盘并且排除传播信号。
信息娱乐主机单元604在车辆100与用户之间提供接口。信息娱乐主机单元604包括数字和/或模拟接口(例如，输入装置和输出装置)以用于接收来自用户的输入并且为用户显示信息。输入装置包括例如控制旋钮、仪表板、用于图像捕获和/或视觉命令辨识的数字相机、触摸屏、音频输入装置(例如，厢内麦克风)、按钮或触摸板。输出装置可包括仪表群输出(例如，拨号盘、照明装置)、致动器、平视显示器、显示器616(例如中间控制台显示器，诸如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、平板显示器、固态显示器等)和/或扬声器618。在所示出的示例中,信息娱乐主机单元604包括用于信息娱乐系统(诸如由推出的和MyFord)的硬件(例如，处理器或控制器、存储器、存储装置等)和软件(例如，操作系统等)。另外，信息娱乐主机单元604例如在显示器616上显示信息娱乐系统。
传感器606布置在车辆100中和车辆100的四周，以监测车辆100和/或车辆100所处环境的性质。传感器606中的一个或多个可被安装来测量车辆100外部四周的性质。另外或替代地，传感器606中的一个或多个可安装在车辆100的车厢内侧或车辆100的车身(例如，发动机舱，轮舱等)中以测量车辆100内部的性质。例如，传感器606包括里程表、转速表、俯仰和偏航传感器、车轮速度传感器、麦克风、轮胎压力传感器、生物识别传感器和/或任何其他合适类型的传感器。在所示出的示例中，传感器606包括车辆速度传感器102和加速度计620。例如，车辆速度传感器102检测车辆100行进的速度和/或加速度，并且加速度计620检测车辆100的取向。
车辆数据总线608通信地耦接GPS接收器104、天线阵列108、车载计算平台602、信息娱乐主机单元604和传感器606。在一些示例中，车辆数据总线608包括一个或多个数据总线。车辆数据总线608可根据如由国际标准组织(ISO)11898-1定义的控制器区域网(CAN)总线协议、媒体定向的系统传输(MOST)总线协议、CAN灵活的数据(CAN-FD)总线协议(ISO11898-7)和/K线总线协议(ISO 9141和ISO 14230-1)和/或以太网TM总线协议IEEE 802.3(2002以后)等来实现。
图7是调整车辆和/或基地收发站的天线阵列的波束成形以用于无线通信的示例性方法700的流程图。图7的流程图表示存储在存储器(诸如图6的存储器612)中并且包括一个或多个程序的机器可读指令，所述一个或多个程序在由处理器(诸如图6的处理器610)执行时致使车辆100实现图1和图6的示例性导航控制器106和/或示例性波束成形控制器112。虽然参考图7中所示的流程图描述示例性程序，但是可以替代地使用实现示例性导航控制器106和/或示例性波束成形控制器112的许多其他方法。例如，执行框的顺序可被重新布置、改变、消除和/或组合以执行方法700。另外，由于方法700结合图1至图6的部件公开，因此那些部件的一些功能将在下文不进行详细描述。
初始地，在框702处，波束成形控制器112例如从车辆100的机载计算平台602的存储器612收集收发器映射信息。另外，在一些示例中，波束成形控制器112收集其他收发器数据，诸如收发器206的天线阵列取向。在框704处，波束成形控制器112收集车辆100的车辆数据，诸如车辆100的位置、预测行进路线、速度、加速度、取向等。例如，导航控制器106基于由车辆100的操作员提供的信息(例如，目标目的地、目标行进路线)和/或操作员和/或车辆100的驾驶历史来确定预测行进路线。
在框706处，波束成形控制器112确定车辆100的天线阵列108是否通信地耦接到收发器206中的一个。响应于波束成形控制器112确定天线阵列108并未通信地耦接到收发器206中的一个，方法700进行到框710。否则，响应于波束成形控制器112确定天线阵列108通信地耦接到收发器206中的一个，方法700进行到框708。
在框708处，波束成形控制器112确定在天线阵列108与收发器206中的一个(例如，图2的收发器206a)之间的无线连接的信号强度是否小于阈值强度(例如，静态或绝对阈值、可变的或相对阈值)。例如，波束成形控制器112确定在天线阵列108与收发器206中的天线阵列108通过RSSI、到达角度、飞行时间、GPS等无线地连接到的一个之间传输的信号的信号强度。响应于波束成形控制器112确定信号强度不小于阈值强度，方法700返回至框702。否则，响应于波束成形控制器112确定信号强度小于阈值强度，方法700进行到框710。
在框710处，波束成形控制器112搜索收发器206中的另一个(例如，图2的收发器206b，图2的收发器206c)以用于与车辆100的天线阵列108进行无线通信。在框712处，波束成形控制器112确定收发器206中的另一个是否已经被识别用于无线通信。响应于波束成形控制器112确定不存在收发器206中的另一个，方法700进行到框714，在所述框714处，波束成形控制器112在默认方向(例如，包括默认仰角方向和默认方位角方向)上调整天线阵列108。否则，响应于波束成形控制器112确定存在收发器206中的另一个，方法700进行到框716。
在框716处，波束成形控制器112预测天线阵列108与收发器206中的识别的一个之间的无线通信的信号强度。例如，波束成形控制器112基于通往收发器206中的识别的一个的波束成形的预测方向来确定预测的信号强度。波束成形控制器112基于车辆100的车辆数据(例如，位置、预测的行进路线、速度、加速度、取向等)和/或收发器206中的识别的一个的收发器数据(例如，位置、阵列天线取向等)确定预测方向。在框718处，波束成形控制器112确定预测的信号强度是否大于阈值强度。在一些示例中，框718的阈值强度与框708的阈值强度相同。在其他示例中，框708和框718的阈值强度不同。响应于波束成形控制器112确定预测的信号强度不大于阈值强度，方法700返回至框710以搜素收发器206中的另一个。否则，响应于波束成形控制器112确定预测的信号强度大于阈值强度，方法700进行到框720，在框720处，波束成形控制器112将天线阵列108调整成在通往收发器206中的识别的一个的预测方向上波束成形。
在框722处，波束成形控制器112确定天线阵列108是否通信地耦接到收发器206中的一个。响应于波束成形控制器112确定天线阵列108通信地耦接到收发器206中的一个，方法700返回至框722。否则，响应于波束成形控制器112确定天线阵列108通信地耦接到收发器206中的一个，方法700进行到框724，在框724处，波束成形控制器112在向外螺旋路径中调整天线阵列108的波束成形方向。在波束成形控制器112调整波束成形方向之后，方法700返回至框722。
另外或替代地，车辆100的波束成形控制器112向网络和/或收发器206中的一个或多个传输(例如，通过天线阵列108和/或另一个通信模块)车辆数据。收发器206中的尝试通信地耦接到车辆100的天线阵列108的一个接收车辆100的车辆数据(例如，从网络、车辆100和/或收发器206中的另一个)。另外，收发器206中的所述一个的波束成形控制器(例如，与车辆100的波束成形控制器112完全相同或基本上类似)利用收集的车辆数据来预测通往车辆100的方向。如果收发器206中的所述一个的波束成形控制器能够基于车辆数据预测车辆100的位置，则波束成形控制器将收发器206中的所述一个的天线阵列(例如，天线阵列402)调整成在通往车辆100的预测方向上波束成形。否则，如果收发器206中的所述一个的波束成形控制器不能基于车辆数据预测车辆100的位置，则波束成形控制器将收发器206的所述一个的天线阵列调整成在默认方向上波束成形。另外，收发器206中的所述一个的波束成形控制器在向外螺旋路径中从预测方向和/或默认方向调整收发器206中的所述一个的天线阵列的波束成形方向，直到收发器206的所述一个的天线阵列通信地耦接到车辆100的天线阵列108。
在本申请中，转折连词的使用意在包括连接意义。定冠词或不定冠词的使用并不意在指示基数。具体地，对“该”对象或“一个”和“一种”对象的参考意在还表示可能的多个这类对象中的一个。另外，连接词“或”可用于传达同时存在的特征而不是相互排斥的替代方案。换句话说，连接词“或”应理解为包括“和/或”。术语“包括(includes)”、“包括(including)”和“包括(include)”是包含性的，并且分别具有与“包括(comprises)”、“包括(comprising)”和“包括(comprise)”相同的范围。
上述实施例并且具体地任何“优选”实施例是实现方式的可能的示例并且仅被阐述用于清楚地理解本发明的原理。在基本上不脱离本文描述的技术的精神和原理的情况下，可以对上述实施例做出许多变化和修改。所有修改在本文中意在被包括在本公开的范围内，并且受所附权利要求的保护。
根据本发明，提供一种车辆，所述车辆具有：天线阵列，所述天线阵列用于波束成形；导航控制器，所述导航控制器用于确定车辆位置和行进路线；以及波束成形控制器，所述波束成形控制器用来：识别与第一收发器的信号强度；在所述信号强度小于阈值时，基于收发器映射信息、所述车辆位置和所述行进路线搜索第二收发器；并且将所述天线阵列调整成在通往所述第二收发器的预测方向上波束成形。
根据实施例，所述天线阵列包括多个天线，并且为了调整所述天线阵列，所述波束成形控制器调整所述天线阵列的所述多个天线中的至少一个的相位。
根据实施例，为了调整所述天线阵列，所述波束成形控制器调整所述天线阵列的波束成形方向的仰角和方位角中的至少一个。
根据实施例，上述发明的进一步特征在于GPS接收器以接收所述车辆位置。
根据实施例，所述导航控制器基于驾驶历史确定所述行进路线。
根据实施例，所述波束成形控制器通过接收的信号强度指示符来确定所述信号强度。
根据实施例，所述波束成形控制器基于所述收发器映射信息、所述车辆位置和所述行进路线来预测所述天线阵列与所述第二收发器之间的第二信号强度。
根据实施例，所述波束成形控制器响应于确定所述第二信号强度大于所述阈值来确定将所述天线阵列调整成在通往所述第二收发器的所述预测方向上波束成形。
根据实施例，所述波束成形控制器在关于所述预测方向的向外螺旋路径中从所述预测方向调整所述天线阵列的波束成形方向直到所述天线阵列与所述第二收发器通信地耦接。
根据实施例，所述波束成形控制器在所述天线阵列与所述第二收发器通信地耦接时监测电流信号强度。
根据实施例，上述发明的进一步特征在于车辆速度传感器以检测车辆速度和车辆加速度中的至少一个，其中所述波束成形控制器基于所述车辆速度和所述车辆加速度中的至少一个来搜索所述第二收发器。
根据实施例，所述波束成形控制器收集包括基地收发站的天线阵列取向的所述收发器映射信息，所述基地收发站包括所述第一收发器和所述第二收发器。
根据实施例，所述波束成形控制器进一步基于所述第二收发器的天线阵列取向来确定所述预测方向。
根据实施例，上述发明的进一步特征在于响应于识别到无其他收发器具有增大的信号强度，所述波束成形控制器将所述天线阵列调整成在默认方向上波束成形。
根据实施例，所述波束成形控制器在关于所述预测方向的向外螺旋路径中从所述默认方向调整所述天线阵列的波束成形方向直到所述天线阵列与另一个收发器通信地耦接。
根据本发明，提供一种方法，所述方法具有：通过导航控制器确定车辆的位置和行进路线；通过处理器识别车辆天线阵列与第一收发器的信号强度；当所述信号强度小于阈值时，基于收发器映射信息、所述车辆位置和所述行进路线搜索第二收发器；以及将所述车辆天线阵列调整成在通往所述第二收发器的预测方向上波束成形。
根据实施例，调整所述天线阵列包括调整所述车辆天线阵列的波束成形方向的仰角和方位角中的至少一个。
根据实施例，上述发明的进一步特征在于：在关于所述预测方向的向外螺旋路径中从所述预测方向调整所述车辆天线阵列的波束成形方向直到所述天线阵列与所述第二收发器通信地耦接。
根据实施例，上述发明的进一步特征在于：响应于识别到无其他收发器相对于与所述第一收发器的所述信号强度具有增大的信号强度来将所述车辆天线阵列调整成在默认方向上波束成形；以及在关于所述默认方向的向外螺旋路径中从所述默认方向调整所述车辆天线阵列的波束成形方向直到所述车辆天线阵列与另一个收发器通信地耦接。
根据本发明，提供一种系统，所述系统具有：车辆，所述车辆包括：导航控制器，所述导航控制器用于确定包括车辆位置和行进路线的车辆数据；以及第一天线阵列，所述第一天线阵列用于传输所述车辆数据；以及基地收发站，所述基地收发站包括第二天线阵列并且被配置为：从所述第一天线阵列接收所述车辆数据；识别在所述第一天线阵列与所述第二天线阵列之间的信号强度；并且在确定所述信号强度小于阈值时，基于所述车辆数据将所述第二天线阵列调整成在朝向所述车辆的预测方向上波束成形。

Claims (15)

1.一种车辆，其包括：
天线阵列，所述天线阵列用于波束成形；
导航控制器，所述导航控制器用于确定车辆位置和行进路线；以及
波束成形控制器，所述波束成形控制器用来：
识别与第一收发器的信号强度；
在所述信号强度小于阈值时，基于收发器映射信息、所述车辆位置和所述行进路线搜索第二收发器；并且
将所述天线阵列调整成在通往所述第二收发器的预测方向上波束成形。
2.如权利要求1所述的车辆，其中所述天线阵列包括多个天线，并且为了调整所述天线阵列，所述波束成形控制器调整所述天线阵列的所述多个天线中的至少一个的相位。
3.如权利要求1所述的车辆，其中为了调整所述天线阵列，所述波束成形控制器调整所述天线阵列的波束成形方向的仰角和方位角中的至少一个。
4.如权利要求1所述的车辆，其中所述导航控制器基于驾驶历史确定所述行进路线。
5.如权利要求1所述的车辆，其中所述波束成形控制器通过接收的信号强度指示符来确定所述信号强度。
6.如权利要求1所述的车辆，其中所述波束成形控制器：
基于所述收发器映射信息、所述车辆位置和所述行进路线来预测所述天线阵列与所述第二收发器之间的第二信号强度；并且
响应于确定所述第二信号强度大于所述阈值来确定将所述天线阵列调整成在通往所述第二收发器的所述预测方向上波束成形。
7.如权利要求1所述的车辆，其中所述波束成形控制器在关于所述预测方向的向外螺旋路径中从所述预测方向调整所述天线阵列的波束成形方向直到所述天线阵列与所述第二收发器通信地耦接。
8.如权利要求1所述的车辆，其中所述波束成形控制器在所述天线阵列与所述第二收发器通信地耦接时监测电流信号强度。
9.如权利要求1所述的车辆，其还包括车辆速度传感器以检测车辆速度和车辆加速度中的至少一个，其中所述波束成形控制器基于所述车辆速度和所述车辆加速度中的至少一个来搜索所述第二收发器。
10.如权利要求1所述的车辆，其中所述波束成形控制器收集包括基地收发站的天线阵列取向的所述收发器映射信息，所述基地收发站包括所述第一收发器和所述第二收发器，并且所述波束成形控制器进一步基于所述第二收发器的天线阵列取向来确定所述预测方向。
11.如权利要求1所述的车辆，其中所述波束成形控制器响应于识别到无其他收发器具有增大的信号强度，将所述天线阵列调整成在默认方向上波束成形，其中所述波束成形控制器在关于所述默认方向的向外螺旋路径中从所述默认方向调整所述天线阵列的波束成形方向直到所述天线阵列与另一个收发器通信地耦接。
12.一种方法，其包括：
通过导航控制器确定车辆的位置和行进路线；
通过处理器识别车辆天线阵列与第一收发器的信号强度；
当所述信号强度小于阈值时，基于收发器映射信息、所述车辆位置和所述行进路线搜索第二收发器；以及
将所述车辆天线阵列调整成在通往所述第二收发器的预测方向上波束成形。
13.如权利要求12所述的方法，其还包括在关于所述预测方向的向外螺旋路径中从所述预测方向调整所述车辆天线阵列的波束成形方向直到所述车辆天线阵列与所述第二收发器通信地耦接。
14.如权利要求12所述的方法，其还包括：
响应于识别到无其他收发器相对于与所述第一收发器的所述信号强度具有增大的信号强度来将所述车辆天线阵列调整成在默认方向上波束成形；以及
在关于所述默认方向的向外螺旋路径中从所述默认方向调整所述车辆天线阵列的波束成形方向直到所述车辆天线阵列与另一个收发器通信地耦接。
15.一种系统，其包括：
车辆，所述车辆包括：
导航控制器，所述导航控制器用于确定包括车辆位置和行进路线的车辆数据；以及
第一天线阵列，所述第一天线阵列用于传输所述车辆数据；以及基地收发站，所述基地收发站包括第二天线阵列并且被配置为：
从所述第一天线阵列接收所述车辆数据；
识别在所述第一天线阵列与所述第二天线阵列之间的信号强度；并且
在确定所述信号强度小于阈值时，基于所述车辆数据将所述第二天线阵列调整成在朝向所述车辆的预测方向上波束成形。
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