CN110352608A - 用于车辆通信的动态波束导向 - Google Patents

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CN110352608A CN201780087750.9A CN201780087750A CN110352608A CN 110352608 A CN110352608 A CN 110352608A CN 201780087750 A CN201780087750 A CN 201780087750A CN 110352608 A CN110352608 A CN 110352608A
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D·卡瓦尔坎蒂
A·L·A·皮涅罗
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Abstract

公开了通信技术。配置用于通信的示例装置包括无线通信系统和耦合到无线通信系统的天线阵列。装置还包括被配置为运行通信应用程序的处理器，其中通信应用程序被配置为确定感兴趣的区域。装置还包括图案控制器，用于调整天线阵列的辐射图案以将无线能量导向感兴趣的区域。

Description

用于车辆通信的动态波束导向
技术领域
本技术一般性地涉及通信系统。更具体地，本技术涉及车辆通信系统中的动态波束导向。
背景技术
车联网(V2X)通信是一种新兴技术，其使得信息能够在车辆与车辆范围内的其他实体之间传递，所述其他实体包括其他车辆、路侧单元、诸如为交通信号灯的基础设施部件等。V2X通信能够用于广泛的应用中，包括自动驾驶、诸如为碰撞避免的安全应用、交通管理等。
附图说明
图1图示了能够用于车辆通信的设备系统。
图2是装备有动态波束导向的车辆的图示。
图3是可用于车辆通信中的动态波束导向的示例性组件系统的框图。
图4是第一示例波束导向实现的图示。
图5是第二示例波束导向实现的图示。
图6是第三示例波束导向实现的图示。
图7是第四示例波束导向实现的图示。
图8是概述提供车辆通信消息的方法的简化过程流程图。
在通篇本公开内容和附图中使用相同的数字来指代类似的组件和特征。100系列中的数字指代最初在图1中找到的特征；200系列中的数字指代最初在图2中找到的特征；等等。
具体实施方式
已经开发了各种通信协议以使能V2X通信。一种这样的协议是专用短程通信(DSRC)，其通过IEEE 802.11p标准实现，也称为用于车辆环境的无线接入(WAVE)。诸如为长期演进(LTE)V2X的蜂窝V2X应用通过蜂窝通信标准来使能车辆通信。诸如为DSRC、LTE V2X、5G、Multi-Fire、WiFi、Zigbee、ZWave等的通信协议能够用于通过在车辆之间、设备之间、路侧单元与车辆之间、车辆与基础设施之间、车辆与个人电子设备之间、等等共享信息来提供道路上的各种驾驶应用。
诸如为车辆到车辆(V2V)或车联网(V2X)的车辆通信技术使得车辆能够彼此通信以及与路侧基础设施和道路的其他用户(包括行人和自行车)通信。这在车队应用、协作驾驶、事故避免、以及自动驾驶等方面能够是有用的。在某些情况下，车辆被配置为以全向模式广播信息，以便周围的每个人都能够接收消息。然而，随着车辆通信变得越来越流行，频谱可能变得拥挤，导致分组冲突和不可靠，尤其是在交叉路口或交通拥堵等密集情形下。给定某些道路配置(例如，划分的高速公路)，全向的广播信息可能没有用，并且可以避免以减少无线媒介的拥塞。然而，在某些情形下，全向广播可能更合适。本公开内容描述了用于在车辆通信中实现动态波束导向的技术。动态波束导向(dynamic beam steering)能够提高通信的可靠性，提高频谱效率，并使能带宽共享和共存。
图1图示了能够用于车辆通信的设备系统。这些设备能够包括但不限于车辆102、用户移动设备104、以及路侧单元106。路侧单元106可以是安装在道路旁边的独立设备，并且还可以包括在交通信号灯108、路侧照明设备等中。这些设备中的任意设备都可以被配置为与其无线通信范围内的任意其他设备通信以提供一系列的信息服务。例如，车辆102可以交换信息以提供安全服务，诸如协作自适应巡航控制、协作前向碰撞警告、交叉路口碰撞避免等。车辆102还可以交换信息以使能车队服务，这减少了车辆之间的距离并且使得若干车辆能够同时加速或制动。图1中所示的某些车辆可以是自动驾驶车辆。车辆102和其他设备可以使用任何合适的车辆通信协议，包括WAVE DSRC、LTE V2X等。在本公开内容的上下文中，车辆和设备可以互换使用而不脱离本公开内容的精神和范围。
车辆102还可以与路侧单元106交换信息。路侧单元106可以提供各种服务，这取决于它们的配置和能力。例如，路侧单元106可以从车辆102收集位置和速度信息，其可以用于生成关于特定道路上的交通的统计数据。然后，可以将交通信息发送回车辆102以通知驾驶员关于某些道路的交通流量并且警告驾驶员关于交通相关的事件，诸如交通拥堵、建筑工程、交通事故等。某些路侧单元106可以被配置为从驾车者收取通行费或停车费。某些路侧单元106还可以被配置为向车辆提供天气警报。还可以进行各种各样的附加信息交换。
车辆102还可以与耦合到交通信号灯108的路侧单元交换信息。例如，交通信号灯108可以向车辆102发送信息以警告驾车者即将发生的信号灯变化。交通信号灯108还可以从车辆102接收信息。在各种交叉路口处靠近的车辆的数量可以用于帮助确定信号灯变化以在道路上提供更顺畅的交通流。交通信号灯108还可以通过诸如为智能电话、智能手表、手镯、平板电脑等的移动电子设备104来从行人接收信息。在确定信号灯变化时，可以考虑人行横道上的行人数量。交通信号灯108还能够彼此交换信息以协调信号灯变化。移动电子设备104还可以被配置为与车辆102交换消息。例如，移动电子设备104可以被配置为将位置信息发送到车辆，车辆102可以使用该位置信息来避免与移动电子设备104的所有者或佩戴者发生碰撞。
在某些实施例中，某些设备可能能够通过各种接入点耦合到广域网(WAN)。例如，路侧单元106可以通过蜂窝通信标准通信地耦合到WAN，所述蜂窝通信标准诸如为4G、5G、长期演进(LTE)、或WiFi无线接入点。到WAN的连接可以使得路侧单元106能够访问中央管理设施，诸如交通管理设施、收费设施等。到广域网的连接可以使得路侧单元106能够促进车辆与连接到广域网的服务器之间的信息交换。
在某些情况下，车辆的车载天线系统可以具有固定的预定辐射图案，其可以被优化用于在所有方向上广播数据。然而，取决于特定情形，特定车辆可能不需要在所有方向上广播数据或从所有方向接收数据。例如，作为车队的一部分的车辆可能仅需要与紧跟在其后面或在其前面的车辆通信。在这种情形下，可能期望在较窄的视野内发送和接收数据。这能够通过仅在所需方向上引导能量来提高频谱效率和频谱共享，使得其他用户能够在空间上重用可用频谱。在某些情形下，还可能期望在所有方向上广播信息。某些车辆可以被配置为检测期望全方向性的场景和能够激活波束导向的场景。此外，车辆102和路侧单元106可以被配置为识别一个或多个感兴趣的区域并且能够改变设备的天线阵列的辐射图案以将无线能量聚焦到一个或多个感兴趣的区域。这能够基于关于道路配置(例如，地图)、实时交通、周围环境中的对象的检测等的信息来完成。
图2是装备有动态波束导向的车辆的图示。如图2中所示，车辆102包括形成天线阵列的多个天线200。天线200分布在车辆102周围以确保完全覆盖空间环境。将理解到，图2中用于代表天线200的符号是出于解释的目的。在实际的实施例中，天线200可以集成到汽车的形状因子中，以便隐藏或可见但不引人注目。此外，可以基于特定实施例的设计考虑来确定天线200的数量及其在车辆102上的放置。
天线200形成天线阵列，该天线阵列能够被控制以将传输的能量引导到与一个或多个感兴趣的区域相对应的一个或多个期望的方向。能够基于期望的波束角度、期望的波束宽度等来生成任何合适的辐射图案。还能够控制天线阵列以形成具有变化的波束宽度的多个波束。在某些实施例中，天线可以被分组以形成在单独的信道上通信的单独的天线阵列。可以将任何天线与任何其他天线或天线组分组，并且可以基于当前的需要来动态地重配置分组。
天线200由车辆102中的电子设备集中控制，以适当地设置天线增益和相位以提供期望的波束方向性。为了实现天线波束成形，可以使用包括在中央控制器中或与中央控制器相关联的时钟来使得与每个天线相关联的每个RF无线电单元时间同步。能够通过RF无线电单元与中央控制器之间的有线连接或无线连接来实现同步。
可以以各种方式确定天线阵列的期望的辐射图案。可以基于特定的车辆通信应用和车辆动作的认知来确定期望的辐射图案。在某些实施例中，车辆可以被配置为发送关于驾驶员或车辆动作的信息，诸如车辆是否在制动。这些信息可用于自动驾驶和碰撞避免应用。可以选择期望的辐射图案以将驾驶员或车辆动作信息发送到可能更有可能受影响的其他车辆，同时排除未受影响的车辆。例如，如果正在施加刹车，则期望的辐射图案可以是指向车辆102后部的单个波束。如果车辆的驾驶员正在改变车道，则期望的辐射图案可以是朝向车辆后部成一角度并且在车辆移动到的车道的方向上的单个波束。
在某些实施例中，期望的辐射图案可以基于接收的关于车辆周围环境的信息。车辆可以装备有传感器和系统，所述传感器和系统使得其能够识别周围环境中的对象。例如，车辆可以包括摄像机、激光测距系统、雷达等。这些系统可以用于定位和识别可受益于来自车辆的信息的其他车辆、行人、自行车等。如果该信息可用，则期望的辐射图可以是窄波束，其直接瞄准意图接收信息的位置。
在某些实施例中，期望的辐射图案可以基于从地图数据收集的道路配置。例如，如果确定车辆在分车道公路上行驶，则期望的辐射图案可以是朝向车辆的前部和后部的窄波束。这使得车辆能够限制与在相同方向和相同车道中行驶的其他车辆的通信。
为了支持车辆导航系统或自动驾驶，车辆可以装备有定位技术，诸如全球定位系统(GPS)或其他类型的全球导航卫星系统(GNSS)，诸如伽利略。位置信息可以用于确定期望的辐射图案。例如，由于法规遵从性或安全规定，在某些区域可能要求全向传输，诸如在交叉路口附近或在未分隔的双向道路上。位置信息能够用于在波束导向模式与全向模式之间切换。
期望的辐射图案还可以基于从其他车辆或其他能够进行车辆通信的设备接收的信息。可以使用诸如为WAVE/DSRC协议的车辆通信协议来在车辆之间共享位置信息。例如，位置信息可以包括在基本安全消息(BSM)中，其由WAVE/DSRC协议定义，每100毫秒与附近的车辆发送一次。从其他车辆或路侧单元接收的位置信息能够用于确定期望的辐射图案，使得能量被引导到所指示的位置。
图3是可以用于车辆通信中的动态波束导向的示例组件系统的框图。系统300可以包括在关于图1和2描述的车辆102中、在关于图1描述的路侧单元106和交通信号灯108中等等。系统300还可以包括在诸如为移动电话的个人移动电子设备104中、诸如为智能手表的可穿戴设备中、手镯等中。组件可以实现为IC、其部分、分立电子设备、或者在设备中适配的其他模块、逻辑、硬件、软件、固件或其组合，或者实现为包括在较大设备的机箱内的组件。图3的框图旨在示出系统300的组件的高级视图。然而，在其他实现中，可以省略某些所示的组件，可以存在额外的组件，可以存在所示组件的不同布置。
系统300可以包括处理器302，其可以是微处理器、多核处理器、多线程处理器、超低电压处理器、嵌入式处理器、或其他已知的处理元件。处理器302可以是片上系统(SoC)的一部分，其中处理器302和其他组件形成为单个集成电路、或单个封装，诸如来自英特尔的EdisonTM或GalileoTM SoC板。作为示例，处理器302可以包括基于架构核心TM的处理器，诸如QuarkTM、AtomTM、i3、i5、i7、或MCU类型处理器，或者可以从加利福尼亚州圣克拉拉市的公司获得的另一个这样的处理器。然而，可以使用其他处理器，诸如可从加利福尼亚州桑尼维尔的超微半导体公司(AMD)获得的处理器，来自加利福尼亚州桑尼维尔的MIPS技术公司的基于MIPS设计，ARM控股有限公司、或其客户、或其被授权商或采纳者授权的基于ARM的设计。处理器可以包括诸如为A5、A9或类似物的单元，来自公司的处理器，来自技术公司的SnapdragonTM处理器，或来自德州仪器公司的OMAPTM处理器。
处理器302可以通过总线306与系统存储器304通信。可以使用任意数量的存储器设备来提供给定量的系统存储器。作为示例，存储器能够是按照联合电子设备工程委员会(JEDEC)的基于低功率双倍数据速率(LPDDR)的设计(诸如，根据JEDEC JESD209-2E的当前的LPDDR2标准(发布于2009年4月)或被称为LPDDR3或LPDDR4的下一代LPDDR标准，其提供对LPDDR2的扩展以增加带宽)的随机存取存储器(RAM)。在各种实现中，各个存储器设备可以是任意数量的不同封装类型，诸如单晶片封装(SDP)、双晶片封装(DDP)或四晶片封装(Q17P)。在某些实施例中，这些设备可以直接焊接到母板上以提供较低轮廓的解决方案，而在其他实施例中，这些设备被配置为一个或多个存储器模块，这些存储器模块通过给定的连接器依次耦合到母板。可以使用任意数量的其他存储器实现，诸如其他类型的存储器模块，例如，不同种类的双列直插式存储器模块(DIMM)，包括但不限于microDIMM或MiniDIMM。例如，存储器的大小可以在2GB与16GB之间，并且可以被配置为DDR3LM封装或LPDDR2或LPDDR3存储器，其通过球栅阵列(BGA)焊接到母板上。
为了提供诸如为数据、应用程序、驱动程序、操作系统等的信息的持久存储，大容量存储器308还可以经由总线306耦合到处理器302。大容量存储器308可以通过任意类型的非暂时性机器可读介质实现，诸如固态磁盘驱动器(SSDD)、硬盘驱动器、硬盘驱动器阵列、光盘、拇指驱动器以及类似物。在某些示例中，可以使用微硬盘驱动器(HDD)来实现大容量存储器308。进一步，除了所描述的技术之外或代替所描述的技术，可以将任意数量的新技术用于大容量存储器308，诸如电阻变化存储器、相变存储器、全息存储器、或化学存储器等。例如，系统300可以包括来自和的3D XPOINT存储器。
组件可以通过总线306通信。总线306可以包括任意数量的技术，包括工业标准架构(ISA)、扩展的ISA(EISA)、外围组件互连(PCI)、外围组件互连扩展(PCIx)、PCI Express(PCIe)，或任意数量的其他技术。总线306可以是专用总线，例如，在基于SoC的系统中使用的专用总线。可以包括其他总线系统，诸如I2C接口、SPI接口、以及点对点接口等。
总线306可以将处理器302耦合到定位系统310，诸如全球定位系统(GPS)、伽利略等。定位系统还可以包括依赖于WiFi接入点、蜂窝基站等的本地定位系统。
在某些实施例中，总线306可以将处理器302耦合到一个或多个传感器312，用于感知周围环境和/或感知车辆系统。例如，传感器312可以包括邻近传感器、摄像机、激光测距系统、雷达等。传感器312还可以包括用于检测车辆控制的传感器，所述车辆控制诸如为车辆速度、车辆是否刹车等。
总线306可以将处理器302耦合到无线通信系统314，用于与其他设备(包括其他车辆、路侧单元等)通信。无线通信系统314可以提供一个或多个无线电链路。无线通信系统314可以按照任意合适的V2V或V2X通信协议来配置，诸如LTE V2X、WAVE DSRC(也称为IEEE802.11p)等。例如，任意无线电链路可以根据以下无线电通信技术和/或标准中的任意一个或多个来操作，包括但不限于：全球移动通信系统(GSM)无线电通信技术、通用分组无线电服务(GPRS)无线电通信技术、增强数据速率GSM演进(EDGE)无线电通信技术、和/或第三代合作伙伴计划(3GPP)无线电通信技术，例如通用移动电信系统(UMTS)、自由多媒体接入(FOMA)、3GPP长期演进(LTE)、3GPP长期演进高级(LTE高级)、码分多址接入2000(CDMA2000)、蜂窝数字分组数据(CDPD)、Mobitex、第三代(3G)、电路交换数据(CSD)、高速电路交换数据(HSCSD)、通用移动电信系统(第三代)(UMTS(3G))、宽带码分多址接入(通用移动电信系统)(W-CDMA(UMTS))、高速分组接入(HSPA)、高速下行链路分组接入(HSDPA)、高速上行链路分组接入(HSUPA)、高速分组接入+(HSPA+)、通用移动电信系统-时分双工(UMTS-TDD)、时分-码分多址接入(TD-CDMA)、时分-同步码分多址接入(TD-CDMA)、第三代合作伙伴计划Release 8(前4代)、3GPP Rel.8(前4G)、3GPP Rel.9(第三代合作伙伴计划Release9)、3GPP Rel.10(第三代合作伙伴计划Release 10)、3GPP Rel.11(第三代合作伙伴计划Release 11)、3GPP Rel.12(第三代合作伙伴计划Release 12)、3GPP Rel.13(第三代合作伙伴计划Release 13)、3GPP Rel.14(第三代合作伙伴计划Release 14)、3GPP Rel.1 5(第三代合作伙伴计划Release 15)、3GPP Rel.16(第三代合作伙伴计划Release16)、3GPPRel.17(第三代合作伙伴计划17)、3GPP Rel.18(第三代合作伙伴计划Release 18)、3GPP5G、3GPP LTE Extra、LTE高级Pro、LTE许可辅助接入(LAA)、MuLTEfire、UMTS陆地无线接入(UTRA)、演进UMTS陆地无线接入(E-UTRA)、长期演进高级(第4代)(LTE高级(4G))、cdmaOne(2G)、码分多址接入2000(第三代)(CDMA2000(3G))、演进数据优化或仅演进数据(EV-DO)、高级移动电话系统(第1代)(AMPS(1G))、全接入通信系统/扩展的全接入通信系统(TACS/ETACS)、数字AMPS(第2代)(D-AMPS(2G))、即按即说(PTT)、移动电话系统(MTS)、改进的移动电话系统(IMTS)、高级移动电话系统(AMTS)、OLT(挪威语，Offentlig LandmobilTelefoni，公共陆地移动电话)、MTD(瑞典语Mobiltelefonisystem D、或移动电话系统D的缩写)、公共自动陆地移动(Autotel/PALM)、ARP(芬兰语Autoradiopuhelin，“汽车无线电话”)、NMT(北欧移动电话)、NTT(日本电报和电话)的高容量版本(Hicap)、蜂窝数字分组数据(CDPD)、Mobitex、DataTAC、集成数字增强网络(iDEN)、个人数字蜂窝(PDC)、电路交换数据(CSD)、个人手持电话系统(PHS)、宽带集成数字增强网络(WiDEN)、iBurst、非许可移动接入(UMA)(也称为3GPP通用接入网络，或GAN标准)、Zigbee、无线吉比特联盟(WiGig)标准、一般mmWave标准(工作在10-300GHz及以上的无线系统，诸如WiGig、IEEE802.11ad、IEEE 802.11ay等)、工作在300GHz和THz频段以上的技术、(基于3GPP/LTE或IEEE 802.11p以及其他的)车辆到车辆(V2V)和车辆到X(V2X)以及车辆到基础设施(V2I)和基础设施到车辆(I2V)通信技术、3GPP蜂窝V2X以及DSRC(专用短距离通信)通信系统，诸如智能传输系统等。
本文描述的技术还能够用于任意频谱管理方案的上下文中，包括专用许可频谱、非许可频谱、(许可)共享频谱(诸如2.3-2.4GHz、3.4-3.6GHz、3.6-3.8GHz以及进一步的频率中的许可共享接入(LSA)、以及3.55-3.7GHz和进一步的频率中的频谱接入系统(SAS))。可适用的频段可以包括国际移动电信(IMT)频谱(包括450-470MHz、790-960MHz、1710-2025MHz、2110-2200MHz、2300-2400MHz、2500-2690MHz、698-790MHz、610-790MHz、3400-3600MHz等)、IMT高级频谱、IMT-2020频谱(预期包括3600-3800MHz、3.5GHz频段、700MHz频段、24.25-86GHz范围内的频段等)、按照FCC的“频谱前沿(Spectrum Frontier)”5G计划倡议的可用频谱(包括27.5-28.35GHz、29.1-29.25GHz、31-31.3GHz、37-38.6GHz、38.6-40GHz、42-42.5GHz、57-64GHz、71-76GHz、81-86GHz以及92-94GHz等)、5.9GHz(通常为5.85-5.925GHz)和63-64GHz频段的智能传输系统(ITS)频段、当前分配给WiGig的频段(诸如，WiGig频段1(57.24-59.40GHz)、WiGig频段2(59.40-61.56GHz)和WiGig频段3(61.56-63.72GHz)和WiGig频段4(63.72-65.88GHz))、70.2GHz-71 GHz频段、65.88GHz与71GHz之间的任意频段、当前分配给汽车雷达应用的频段(诸如，76-81GHz)以及未来的频段(包括94-300GHz及以上频段)。此外，该方案能够在诸如为TV白空间频段(典型地，低于790MHz)的频带上作为次要方案使用，包括400MHz和700MHz频段。除了蜂窝应用之外，还可以解决垂直市场的特定应用，诸如PMSE(节目制作和特殊事件)、医疗、健康、手术、汽车、低延迟、无人机等应用。通过将OFDM载波数据位向量分配给对应的符号资源，本文描述的技术还能够应用于不同的单载波或OFDM风格(CP-OFDM、SC-FDMA、SC-OFDM、基于滤波器组的多载波(FBMC)、OFDMA等)，特别是3GPP NR(新无线电)。在某些示例中，基于对频谱的优先访问，可以针对不同类型的用户对频谱的访问进行优先级排序(例如，低/中/高优先级等)，其中，例如，等级1用户具有最高优先级，其次是等级2，接着是等级3用户，等等。
总线306可以将处理器302耦合到控制天线阵列200的辐射图案的图案控制器316。图案控制器316通过控制由天线200中的每个天线发送或接收的信号的相对幅度和相位来控制辐射图案。施加到天线信号的相对幅度和相位在这里可以称为图案控制参数。每个图案控制参数可以是对应于天线信号输入或输出中的特定一个输入或输出的复增益。可以在操作期间改变图案控制参数以使天线图案适应变化的条件。图案控制器316还可以被配置为对与天线阵列200的每个天线相关联的每个RF无线电单元进行时间同步。
大容量存储器308能够存储一个或多个V2V或V2X应用程序，包括安全应用、信息服务应用、自动驾驶应用、以及车队应用等。V2V或V2X应用程序可以被配置为将图案控制指令发送到图案控制器316以设置天线阵列200的辐射图案。可以基于通过传感器312、定位系统310接收的信息以及从诸如为其他车辆的远程设备接收的位置信息等来确定图案控制指令。
应当理解，图3的框图并不旨在表示系统300将包括图3中所示的所有组件。而是，系统300能够包括更少或图3中未图示的额外的组件。此外，组件可以根据任意合适的系统架构彼此耦合，包括图3中所示的系统架构或使得能够控制天线200以进行动态波束成形的任意其他合适的系统架构。关于图4-8进一步描述波束导向技术的某些示例。
图4是示例波束导向实现的图示。图4示出了涉及配置用于V2V通信的两个车辆400和402的示例。在该示例中，能够动态地调整车辆400的天线系统以选择性地将无线能量引导到编号为1到4的四个不同的区域。可以单独激活每个区域，或者可以同时激活两个或更多个区域。对于全向通信，可以激活所有四个区域。应当意识到，图4中所示的区域配置仅是可能的区域配置的一个示例。在本技术的其他实施例中，汽车周围的区域能够分成更少或额外的区域，并且区域的取向可以与图4中所示的不同。
车辆400和402能够为各种目的交换消息，诸如，列队、碰撞避免、自动驾驶等。附加地，车辆400能够确定车辆402的位置并相应地调整其天线系统的辐射图案。可以通过处理从车辆402接收的信息来确定车辆402的位置。例如，车辆402可以将位置信息发送到车辆400，诸如地图坐标。基于车辆402的位置与其自身位置的比较，车辆400以最合适的波束角度激活该区域。在图4中所示的示例中，区域1被激活并且区域2-4被去激活，导致大约6分贝的信号增益。
除了位置之外，车辆速度和方向也能够用作动态波束跟踪的信息。车辆速度和方向信息可以从车辆402传递到车辆400。车辆402的位置、速度、以及方向能够由车辆400处理，以通过实时预测车辆402的新位置来动态地调整波束方向。例如，车辆400可以预测车辆402将进入区域2，此时，车辆400能够停用区域1并激活区域2。
图5是另一示例波束导向实现的图示。图5示出了涉及配置用于车辆到车辆通信的两个车辆500和502的示例。与图4的车辆402一样，能够动态地调整车辆502的天线系统以选择性地将无线能量引导到编号为1到4的四个不同的区域。其他区域配置也是可能的。
在该示例中，车辆500和502在相同道路上沿相同方向行进。为了列队或其他V2V服务，车辆彼此进行无线通信。图5中还示出了干扰源504。干扰源可以是具有无线电发送器的任何类型的设备，包括另一车辆、手持移动设备、路侧单元、蜂窝塔等。干扰可以是随机噪声，其能够降低从车辆502接收的输入信号的信噪比(SNR)。在某些情况下，干扰源可能由试图通过车辆通信系统入侵车辆的系统的恶意软件产生。
车辆500能够检测输入干扰信号的角度并改变天线阵列的辐射图案以在空间上滤除干扰信号。例如，在检测到干扰信号之前，车辆500可以具有激活区域1和区域4，用于与直接位于其前方的车辆502通信。在检测到区域4中的干扰信号时，区域4被停用，并且传输能量现在仅被引导到区域1。停用区域4可以减小从车辆502接收的期望信号的信号增益。然而，干扰信号的信号增益将更加大大减小。这能够有助于改善与车辆502的通信并且限制不想要的传输消耗带宽或引起安全风险的能力。
图6是另一示例波束导向实现的图示。具体地，图6示出了使用波束导向来基于车辆行驶的道路类型来改变天线阵列的方向性的示例。可以调整波束的方向性水平以减少可能对相邻系统造成的干扰。例如，图6示出了两种不同类型的道路，双向道路600和更加隔离的单向道路602。双向道路600具有两个用于沿相反方向行进的车道，在相对的车道之间具有较少的或没有间隔。因此，能够预期沿相反方向行驶的车辆将彼此相对靠近。然而，每个车辆可以被配置为仅与在相同方向上一起行进的那些车辆通信。因此，可以增加每个车辆的天线阵列的方向性以提供窄的波束宽度，使得对于向相反方向移动并且装备有相同的车辆通信技术的汽车将发生很小的干扰或不会发生干扰。
相比之下，道路602更加孤立。例如，道路600可以是单向道路，其与沿相反方向行进的任何道路具有宽的间隔距离。因此，能够预期与沿相反方向行驶的车辆之间存在较宽的间隔距离。在这种情形下，可以减小每个车辆的天线阵列的方向性，以提供更宽的波束宽度，同时具有对向相反方向移动的汽车的较小的干扰风险或者没有干扰风险。
可以通过将车辆自身的地理位置与路线图信息进行比较来确定天线阵列的方向性。控制方向性的其他因素能够包括监管规则，诸如城市条例、其他安全法规或政策、交通条件、一天中的时间等。
图7是另一示例波束导向实现的图示。具体地，图7示出了使用波束导向来基于车队700中的车辆的移动来改变天线阵列的波束角度的示例。在该示例中，车队700中的车辆102被配置为适应其天线阵列的波束角度，以便与车队700中的其他车辆102通信，同时空间上滤除不在车队700中的那些车辆。信号传输可以用于车辆102之间的数据通信。另外，信号传输可以用于确定车辆102之间的距离，例如，使用飞行时间计算。
随着车辆102的相对位置改变，相应地调整天线阵列的波束角度。例如，如图7中所示，车队700中的车辆102可能遇到道路弯曲。当每个车辆102绕弯道行进时，调整波束角度以保持传输能量瞄准车队700的其他成员。可以在车道变换或道路状况的其他变化期间对波束角度进行类似的调整。
为了适当地调整波束角度，每个车辆被配置为跟踪车队700中的相邻车辆102的意图的移动。在某些实施例中，可以通过信号传输在相邻车辆之间通信所述意图的移动。在某些实施例中，可以通过将车辆的位置、速度和方向与道路地图信息进行比较来确定相邻车辆的意图的移动。用于确定车队中的相邻车辆的意图的移动的其他技术也是可能的。
图8是概述提供车辆通信消息的方法的简化过程流程图。方法800可以是由图3中描述的系统300实现，其可以在车辆中实现，或者在诸如为路侧单元的静止设备中实现。方法800可以在块802处开始。
在块802处，确定用于发送车辆通信消息的感兴趣的区域。感兴趣的区域是已知或预期包括通信应该被引导到的其他设备(例如，车辆)的区域。可以基于通过无线通信系统314从车辆接收的位置信息来确定感兴趣的区域。还可以基于执行该方法的设备的位置和周围环境来确定感兴趣的区域。例如，可以通过将设备的地理位置与从地图数据识别的道路配置进行比较、和/或通过传感器检测周围环境中的对象来确定感兴趣的区域。在某些实施例中，感兴趣的区域是车辆的预测位置，其中预测位置可以基于从车辆接收的位置、速度和方向信息。
在块804处，控制天线阵列的辐射图案以将无线能量导向感兴趣的区域。改变辐射图案可以包括改变波束宽度、波束角度、波束数量，使辐射图案全向，改变天线阵列内天线的分组等。
在块806处，通过耦合到天线阵列的无线通信系统发送车辆通信消息。可以按照任意合适的V2V或V2X通信协议来发送消息，包括LTE V2X、WAVE/DSRC，(也称为IEEE 802.11p)等。消息的内容可以包括车辆安全信息，诸如碰撞避免信息、自动驾驶信息、列队信息等。消息还可以包括用于确定感兴趣的区域的信息，诸如车辆位置信息等。然后，处理流程可以返回到块802处，并且可以重复该方法。
方法800不应该被解释为意味着必须以所示顺序执行各个块。此外，取决于特定实现的设计考虑，能够在方法800中包括更少或更多的动作。
示例
示例1是用于车辆通信的装置。该装置包括无线通信系统；耦合到无线通信系统的天线阵列；处理器，被配置为运行车辆通信应用程序。车辆通信应用程序被配置为确定感兴趣的区域。该装置还包括图案控制器，用于调整天线阵列的辐射图案以将无线能量导向感兴趣的区域。
示例2包括示例1的装置。在该示例中，该装置部署在车辆中，并且基于在车辆的周围环境中检测到的对象来确定感兴趣的区域。
示例3包括示例1至2中任一项的装置。在该示例中，基于通过无线通信系统从车辆接收的位置信息来确定感兴趣的区域。
示例4包括示例1至3中任一项的装置。在该示例中，基于装置的地理位置与从地图数据识别的道路配置的比较来确定感兴趣的区域。
示例5包括示例1至4中任一项的装置。在该示例中，车辆通信应用程序被配置为识别干扰源并命令图案控制器调整天线阵列的辐射图案以引导无线能量离开干扰源。
示例6包括示例1至5中任一项的装置。在该示例中，该装置部署在车辆中，并且其中调整天线阵列的辐射图案包括当车辆在双向道路上行驶时增加天线阵列的方向性。
示例7包括示例1至6中任一项的装置。在该示例中，该装置部署在第一车辆中，并且其中调整天线阵列的辐射图案包括随着第一车辆与第二车辆之间的相对位置变化而调整天线阵列的波束角度以将无线能量引导到第二车辆。
示例8包括示例1至7中任一项的装置。在该示例中，该装置部署在路侧单元中。
示例9包括示例1至8中任一项的装置。在该示例中，感兴趣的区域基于车辆的预测位置，其中预测位置基于从车辆接收的位置、速度和方向信息。
示例10包括示例1至9中任一项的装置。在该示例中，无线通信系统是专用短程通信(DSRC)系统。
示例11是一种包括指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由处理器执行时指导处理器发送车辆通信消息。该计算机可读介质包括指令，所述指令指导处理器通过耦合到天线阵列的无线通信系统来发送车辆通信消息；确定用于发送车辆通信消息的感兴趣的区域；以及，控制天线阵列的辐射图案以将无线能量导向感兴趣的区域。
示例12包括示例11的计算机可读介质。在该示例中，计算机可读介质被部署在车辆中，并且基于在车辆的周围环境中检测到的对象来确定感兴趣的区域。
示例13包括示例11至12中任一项的计算机可读介质。在该示例中，基于通过无线通信系统从车辆接收的位置信息来确定感兴趣的区域。
示例14包括示例11至13中任一项的计算机可读介质。在该示例中，基于地理位置与从地图数据识别的道路配置的比较来确定感兴趣的区域。
示例15包括示例11至14中任一项的计算机可读介质。在该示例中，计算机可读介质包括用于识别干扰源并控制天线阵列的辐射图案以将引导无线能量离开干扰源的指令。
示例16包括示例11至15中任一项的计算机可读介质。在该示例中，计算机可读介质部署在车辆中，并且控制天线阵列的辐射图案包括当车辆在双向道路上行驶时增加天线阵列的方向性。
示例17包括示例11至16中任一项的计算机可读介质。在该示例中，计算机可读介质部署在第一车辆中，并且调整天线阵列的辐射图案包括随着第一车辆与第二车辆之间的相对位置变化而调整天线阵列的波束角度以将无线能量引导到第二车辆。
示例18包括示例11至17中任一项的计算机可读介质。在该示例中，计算机可读介质部署在路侧单元中。
示例19包括示例11至18中任一项的计算机可读介质。在该示例中，感兴趣的区域基于车辆的预测位置，其中预测位置基于从车辆接收的位置、速度和方向信息。
示例20包括示例11至19中任一项的计算机可读介质。在该示例中，无线通信系统是专用短程通信(DSRC)系统。
示例21是一种执行车辆通信的方法。该方法包括通过耦合到天线阵列的无线通信系统发送车辆通信消息；确定用于发送车辆通信消息的感兴趣的区域；以及，控制天线阵列的辐射图案以将无线能量导向感兴趣的区域。
示例22包括示例21的方法。在该示例中，确定感兴趣的区域基于在车辆的周围环境中检测到的对象。
示例23包括示例21至22中任一项的方法。在该示例中，确定感兴趣的区域基于通过无线通信系统从车辆接收的位置信息。
示例24包括示例21至23中任一项的方法。在该示例中，确定感兴趣的区域是基于地理位置与从地图数据识别的道路配置的比较。
示例25包括示例21至24中任一项的方法。在该示例中，该方法包括识别干扰源并且控制天线阵列的辐射图案以引导无线能量离开干扰源。
示例26包括示例21至25中任一项的方法。在该示例中，无线通信系统和天线阵列部署在车辆中，并且其中控制天线阵列的辐射图案包括当车辆在双向道路上行驶时增加天线阵列的方向性。
示例27包括示例21至26中任一项的方法。在该示例中，无线通信系统和天线阵列部署在第一车辆中，并且调整天线阵列的辐射图案包括随着第一车辆与第二车辆之间的相对位置变化而调整天线阵列的波束角度以将无线能量引导到第二车辆。
示例28包括示例21至27中任一项的方法。在该示例中，无线通信系统和天线阵列部署在路侧单元中。
示例29包括示例21至28中任一项的方法。在该示例中，感兴趣的区域基于车辆的预测位置，其中预测位置基于从车辆接收的位置、速度和方向信息。
示例30包括示例21至29中任一项的方法。在该示例中，无线通信系统是专用短程通信(DSRC)系统。
示例31是一种用于车辆通信的装置。该装置包括：模块(means)，用于通过耦合到天线阵列的无线通信系统发送车辆通信消息；模块，用于确定用于发送车辆通信消息的感兴趣的区域；以及，模块，用于控制天线阵列的辐射图案以将无线能量导向感兴趣的区域。
示例32包括示例31的装置。在该示例中，该装置部署在车辆中，并且用于确定感兴趣的区域的模块基于在车辆的周围环境中检测到的对象来确定感兴趣的区域。
示例33包括示例31至32中任一项的装置。在该示例中，用于确定感兴趣的区域的模块基于通过无线通信系统从车辆接收的位置信息来确定感兴趣的区域。
示例34包括示例31至33中任一项的装置。在该示例中，用于确定感兴趣的区域的模块基于地理位置与从地图数据识别的道路配置的比较来确定感兴趣的区域。
示例35包括示例31至34中任一项的装置。在该示例中，该装置包括用于识别干扰源的模块，其中用于控制辐射图案的模块引导无线能量离开干扰源。
示例36包括示例31至35中任一项的装置。在该示例中，该装置部署在车辆中，并且其中用于控制辐射图案的模块在车辆在双向道路上行驶时增加天线阵列的方向性。
示例37包括示例31至36中任一项的装置。在该示例中，该装置部署在第一车辆中，并且用于控制辐射图案的模块随着第一车辆与第二车辆之间的相对位置变化而调整天线阵列的波束角度以将无线能量引导到第二车辆。
示例38包括示例31至37中任一项的装置。在该示例中，该装置部署在路侧单元中。
示例39包括示例31至38中任一项的装置。在该示例中，用于确定感兴趣的区域的模块基于车辆的预测位置来确定感兴趣的区域，其中预测位置基于从车辆接收的位置、速度和方向信息。
示例40包括示例31至39中任一项的装置。在该示例中，用于发送车辆通信消息的模块是专用短程通信(DSRC)系统。
某些实施例可以在硬件、固件和软件中的一个或组合中实现。某些实施例还可以实现为存储在机器可读介质上的指令，其可以由计算平台读取和运行以执行本文描述的操作。机器可读介质可以包括用于以机器(例如计算机)可读的形式存储或发送信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光存储介质；闪存设备；或者，电气、光学、声学或其他形式的传播信号，例如载波、红外信号、数字信号、或者发送和/或接收信号的接口等。
实施例是实现或示例。说明书中对“实施例”、“一个实施例”、“某些实施例”、“各种实施例”或“其他实施例”的引用意指结合实施例描述的特定的特征、结构或特性包括在这些技术的至少某些实施例中，但不一定是所有实施例中。各处出现的“实施例”、“一个实施例”或“某些实施例”不一定都指代相同的实施例。来自实施例的要素或方面能够与另一实施例的要素或方面组合。
在特定的一个或多个实施例中，并非本文描述和示出的所有组件、特征、结构、特性等都需要被包括。例如，如果说明书记载了组件、特征、结构或特性“可以”、“能够”、“可”被包括，则不要求包括该特定组件、特征、结构或特性。如果说明书或权利要求书提及“一个(a)”或“一个(an)”元素(元件)，那并不意味着只有一个元素。如果说明书或权利要求书提及“附加(an additional)”元素，那并不排除存在多于一个的附加元素。
应注意，尽管已参照特定的实现描述了某些实施例，但根据某些实施例，其它实现也是可能的。附加地，附图中示出和/或本文描述的电路元件或其他特征的安排和/或顺序不需要以所示出和描述的特定方式安排。根据某些实施例，众多其他安排是可能的。
在图中所示的每个系统中，在某些情况下，元件可以各自具有相同的附图标记或不同的附图标记，以表示所表示的元件能够是不同的和/或类似的。然而，元件可以足够灵活以具有不同的实现并且与本文示出或描述的某些或所有系统一起工作。图中所示的各种元件可以相同或不同。哪一个被称为第一元件、哪个被称为第二元件是任意的。
这些技术不限于这里列出的特定细节。实际上，受益于本公开内容的本领域技术人员将意识到，可以在本技术的范围内进行前述描述和附图的众多其他变型。因此，以下权利要求(包括对其作出的任意修改)限定了本技术的范围。

Claims (25)

1.一种用于无线通信的装置，包括：
无线通信系统；
耦合到无线通信系统的天线阵列；
处理器，被配置为运行无线通信应用程序，其中，该无线通信应用程序被配置为确定感兴趣的区域；以及
图案控制器，用于调整天线阵列的辐射图案以将无线能量导向感兴趣的区域。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，该装置部署在车辆中，并且基于在车辆的周围环境中检测到的对象来确定感兴趣的区域。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，基于通过所述无线通信系统从车辆接收的位置信息来确定感兴趣的区域。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，基于该装置的地理位置与从地图数据识别的道路配置的比较来确定感兴趣的区域。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述无线通信应用程序被配置为识别干扰源并命令所述图案控制器调整所述天线阵列的辐射图案以引导无线能量离开所述干扰源。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，该装置部署在车辆中，并且其中调整所述天线阵列的辐射图案包括当所述车辆在双向道路上行驶时增加所述天线阵列的方向性。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，该装置部署在第一车辆中，并且其中调整所述天线阵列的辐射图案包括随着所述第一车辆与第二车辆之间的相对位置变化而调整所述天线阵列的波束角度以将无线能量引导到所述第二车辆。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，该装置部署在路侧单元中。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述感兴趣的区域基于车辆的预测位置，其中所述预测位置基于从所述车辆接收的位置、速度和方向信息。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中，所述无线通信系统是专用短程通信(DSRC)系统。
11.一种包括指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由处理器执行时指导所述处理器发送无线通信消息，所述指令指导所述处理器：
通过耦合到天线阵列的无线通信系统来发送无线通信消息；
确定用于发送所述无线通信消息的感兴趣的区域；以及
控制所述天线阵列的辐射图案以将无线能量导向所述感兴趣的区域。
12.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中，所述计算机可读介质被部署在车辆中，并且基于在所述车辆的周围环境中检测到的对象来确定所述感兴趣的区域。
13.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中，基于通过所述无线通信系统从车辆接收的位置信息来确定所述感兴趣的区域。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的计算机可读介质，其中，基于地理位置与从地图数据识别的道路配置的比较来确定所述感兴趣的区域。
15.根据权利要求11至13中任一项所述的计算机可读介质，包括用于识别干扰源并控制所述天线阵列的辐射图案以引导无线能量离开所述干扰源的指令。
16.一种执行通信的方法，包括以下步骤：
通过耦合到天线阵列的无线通信系统发送无线通信消息；
确定用于发送所述无线通信消息的感兴趣的区域；以及
控制所述天线阵列的辐射图案以将无线能量导向所述感兴趣的区域。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，确定所述感兴趣的区域基于通过所述无线通信系统从车辆接收的位置信息。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，包括识别干扰源并且控制所述天线阵列的辐射图案以引导无线能量离开所述干扰源。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述无线通信系统和所述天线阵列部署在车辆中，并且其中控制所述天线阵列的辐射图案包括当所述车辆在双向道路上行驶时增加所述天线阵列的方向性。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述无线通信系统和所述天线阵列部署在第一车辆中，并且其中调整所述天线阵列的辐射图案包括随着所述第一车辆与第二车辆之间的相对位置变化而调整所述天线阵列的波束角度以将无线能量引导到所述第二车辆。
21.一种用于通信的装置，包括：
模块，用于通过耦合到天线阵列的无线通信系统发送无线通信消息；
模块，用于确定用于发送所述无线通信消息的感兴趣的区域；以及
模块，用于控制所述天线阵列的辐射图案以将无线能量导向所述感兴趣的区域。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，用于确定感兴趣的区域的模块基于地理位置与从地图数据识别的道路配置的比较来确定感兴趣的区域。
23.根据权利要求21所述的装置，该装置部署在路侧单元中。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的装置，其中，用于确定感兴趣的区域的模块基于车辆的预测位置来确定感兴趣的区域，其中所述预测位置基于从车辆接收的位置、速度和方向信息。
25.根据权利要求21至23中任一项所述的装置，其中，用于发送所述无线通信消息的模块是专用短程通信(DSRC)系统。
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