CN110582949B - 无线电通信网络中的到达角估计 - Google Patents

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Abstract

提供了用于估计无线电通信网络中的无线电信号的到达角的机制。方法由无线电收发器装置执行。该无线电收发器装置包括天线阵列，该天线阵列被配置成通过模拟波束成形在至少两个相位中心位置之间移位。该方法包括使用两个相互不同的相位中心位置获得如由天线阵列接收的无线电信号的测量。该方法包括使用如利用两个相互不同的相位中心位置获得的测量来估计无线电信号的到达角。

Description

无线电通信网络中的到达角估计
技术领域
本文呈现的实施例涉及用于估计无线电通信网络中的无线电信号的到达角的方法、无线电收发器装置、计算机程序和计算机程序产品。
背景技术
在通信网络中，对于给定的通信协议、其参数和其中部署通信网络的物理环境，可能存在获得良好的性能和容量的挑战。
例如，对于未来几代的移动通信系统，可能需要处于许多不同载波频率的频带。例如，可能需要这种低频带来为无线装置实现足够的网络覆盖，并且可能需要（例如，以毫米波长（mmW），即，接近和高于30 GHz的）较高频带来达到所需的网络容量。一般而言，在高频处，无线电信道的传播特性更具挑战性，并且可能需要在网络侧的网络节点处和在用户侧的无线装置处两者进行波束成形以达到足够的链路预算。
无线装置和/或网络节点的传输和接收点（TRP）可以通过模拟波束成形、数字波束成形或混合波束成形来实现波束成形。每种实现都具有它的优点和缺点。数字波束成形实现是这三种实现中最灵活的实现，但由于需要大量的无线电链和基带链，所以也是最昂贵的实现。模拟波束成形实现是最不灵活的，但是由于与数字波束成形实现相比减少了无线电链和基带链的数量，所以制造起来更便宜。混合波束成形实现是模拟与数字波束成形实现之间的折衷。如本领域技术人员所理解的，取决于不同无线装置的成本和性能要求，将需要不同的实现。
所谓的波束管理的一个目的是使网络节点利用（如在TRP和/或无线装置处使用的）窄波束保持跟踪它所服务的无线装置，以便增加覆盖和吞吐量。由于被服务的无线装置的旋转、移动和/或阻塞，（在TRP和/或无线装置处的）波束需要动态地更新，以便在网络节点和被服务的无线装置之间保持良好的信道质量。在被服务的无线装置和网络节点之间的操作连接（例如由于阻塞）丢失的情况下，可以启动波束恢复过程以重新建立波束连接。这种波束恢复过程例如可能涉及在TRP和无线装置处两者扫过所有不同的波束组合。当存在许多候选波束时，这种波束扫描（sweeping）过程在时间消耗和开销信令方面可能是昂贵的。尤其是对于必须以顺序方式扫描波束的模拟和混合天线阵列实现，波束训练可能需要大的开销信令和时间消耗。如果在TRP和无线装置处都使用具有模拟波束成形的天线阵列，则这变得甚至更有挑战性，这是因为在穷举波束搜索中，对于每个TRP波束，需要测试无线装置处的所有候选波束。
因此，仍然需要改进的波束管理。
发明内容
本文中的实施例的目的是提供可用于高效波束管理的高效到达角估计。
根据第一方面，提供了一种用于估计无线电通信网络中的无线电信号的到达角的方法。该方法由无线电收发器装置执行。该无线电收发器装置包括天线阵列，该天线阵列被配置成通过模拟波束成形在至少两个相位中心位置之间移位。该方法包括使用两个相互不同的相位中心位置（即，至少两个相位中心位置的两个相互不同的相位中心位置）获得如由天线阵列接收的无线电信号的测量。该方法包括使用如利用两个相互不同的相位中心位置获得的测量来估计无线电信号的到达角。
根据第二方面，提供了一种用于估计无线电通信网络中的无线电信号的到达角的无线电收发器装置。该无线电收发器装置包括天线阵列，该天线阵列被配置成通过模拟波束成形在至少两个相位中心位置之间移位。该无线电收发器装置还包括处理电路。处理电路被配置成使得无线电收发器装置使用两个相互不同的相位中心位置（即，至少两个相位中心位置的两个相互不同的相位中心位置）来获得如由天线阵列接收的无线电信号的测量。处理电路被配置成使得无线电收发器装置使用如利用两个相互不同的相位中心位置获得的测量来估计无线电信号的到达角。
根据第三方面，提供了一种用于估计无线电通信网络中的无线电信号的到达角的无线电收发器装置。该无线电收发器装置包括天线阵列，该天线阵列被配置成通过模拟波束成形在至少两个相位中心位置之间移位。该无线电收发器装置还包括处理电路和存储介质。存储介质存储指令，所述指令当由处理电路执行时使无线电收发器装置执行操作或步骤。所述操作或步骤使得无线电收发器装置使用两个相互不同的相位中心位置（即，至少两个相位中心位置的两个相互不同的相位中心位置）来获得如由天线阵列接收的无线电信号的测量。所述操作或步骤使得无线电收发器装置使用如利用两个相互不同的相位中心位置获得的测量来估计无线电信号的到达角。
根据第四方面，提供了一种用于估计无线电通信网络中的无线电信号的到达角的无线电收发器装置。该无线电收发器装置包括天线阵列，该天线阵列被配置成通过模拟波束成形在至少两个相位中心位置之间移位。该无线电收发器装置还包括获得模块，其被配置成使用两个相互不同的相位中心位置（即，至少两个相位中心位置的两个相互不同的相位中心位置）来获得如由天线阵列接收的无线电信号的测量。该无线电收发器装置还包括估计模块，该估计模块被配置成使用如利用两个相互不同的相位中心位置获得的测量来估计无线电信号的到达角。
根据第五方面，提供了一种用于估计无线电通信网络中的无线电信号的到达角的计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码当在无线电收发器装置上运行时使得无线电收发器装置执行根据第一方面的方法。该无线电收发器装置包括天线阵列，该天线阵列被配置成通过模拟波束成形在至少两个相位中心位置之间移位。
根据第六方面，提供了一种计算机程序产品，包括根据第五方面的计算机程序和其上存储该计算机程序的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是非暂时性计算机可读存储介质。
有利地，该方法、这些无线电收发器装置、该计算机程序和该计算机程序产品提供高效的到达角估计，进而实现高效的波束管理。
有利地，该方法、这些无线电收发器装置、该计算机程序和该计算机程序产品避免了在接收无线电信号的无线电收发器装置处使用顺序波束扫描。这减少了找到最佳模拟波束对的时间以及与波束寻找参考信号的传输相关联的开销。
要注意，第一、第二、第三、第四、第五和第六方面的任何特征可在任何适当的情况下应用于任何其它方面。同样，第一方面的任何优点可以分别等同地应用于第二、第三、第四、第五和/或第六方面，反之亦然。从以下详细公开、从所附从属权利要求以及从附图中，所包含的实施例的其它目的、特征和优点将是显而易见的。
通常，除非本文另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语将根据它们在技术领域中的普通含义来解释。除非另有明确说明，否则对“一/一个/该元件、设备、组件、部件、模块、步骤等”的所有引用都要开放地解释为指代该元件、设备、组件、部件、模块、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文所公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切次序执行。
附图说明
现在通过示例的方式，参考附图来描述本发明概念，其中：
图1是示出根据实施例的通信网络的示意图；
图2示意性地示出了根据实施例的如包括在TRP或无线电收发器装置的通信接口中的天线阵列；
图3示意性地示出了根据实施例的天线阵列；
图4、8和9是根据实施例的方法的流程图；
图5示意性地示出了根据实施例的在两个时隙中工作的天线阵列；
图6示意性地示出了根据实施例的半OFDM符号的生成；
图7示意性地示出了根据实施例的在四个时隙中工作的天线阵列；
图10是根据实施例的示出无线电收发器装置的功能单元的示意图；
图11是根据实施例的示出无线电收发器装置的功能模块的示意图；以及
图12示出了根据实施例的包括计算机可读存储介质的计算机程序产品的一个示例。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明概念，在附图中示出了本发明概念的某些实施例。然而，本发明概念可以用许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；相反，这些实施例是通过示例的方式提供的，使得本公开将是透彻和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明概念的范围。在整个描述中，同样的数字指代同样的元件。虚线所示的任何步骤或特征应被认为是可选的。
图1是示出了其中可以应用本文所呈现的实施例的通信网络100的示意图。通信网络100可以是第三代（3G）电信网络、第四代（4G）电信网络或第五（5G）电信网络，并且支持任何3GPP电信标准。通信网络100包括至少一个无线电收发器装置200，其被配置成提供对无线电接入网络110中的无线电收发器装置300的网络接入。无线电接入网110可操作地连接到核心网络120。核心网络120又可操作地连接到服务网络130，诸如因特网。因此，无线电收发器装置300经由无线电收发器装置200，能够接入服务网络130的服务并与服务网络130交换数据。网络节点200通过向无线电收发器装置300传送信号并从无线电收发器装置300接收信号来提供无线电接入网络110中的网络接入。信号可以从无线电收发器装置200的TRP205传送并由TRP 205接收。TRP 205可形成无线电收发器装置200的组成部分，或与无线电收发器装置200物理分离。
为了便于描述，无线电收发器装置200表示接收无线电收发器装置，并且无线电收发器装置300表示传送无线电收发器装置，但是如本领域技术人员所理解的，无线电收发器装置200、300两者一般被配置用于传输和接收两者。特别地，无线电收发器装置200经由TRP205被配置成接收如由无线电收发器装置300传送的无线电信号。
本文公开的实施例可以被应用在被实现为无线电接入网络节点和无线装置两者的无线电收发器装置，或者甚至被实现为回程节点或侧链路节点的无线电收发器装置。因此，虽然在至少一些本文公开的实施例中的无线电收发器装置200被设想为无线电接入网络节点，并且无线电收发器装置300被设想为无线装置，但是本文公开的无线电收发器装置200的功能性可以等同地在无线装置中实现。
无线电接入网络节点的示例是无线电基站、基站收发信台、节点B、演进节点B、千兆比特节点B、接入点和接入节点。无线装置的示例是移动台、移动电话、手持机、无线本地环路电话、用户设备（UE）、智能电话、膝上型计算机、平板计算机、网络装备传感器、网络装备车辆和所谓的物联网装置。
由无线电收发器装置300传送的无线电信号在无线电收发器装置200处以到达角α接收。通常，相对于节点来确定到达角α，在该节点处通过无线电接口物理接收无线电信号。在图1的说明性示例中，对于由无线电收发器装置200接收的无线电信号，该节点由TRP 205表示。到达角α将通常取决于用于接收信号的天线阵列的相位中心的位置。图1示意性地示出了三个不同的相位中心位置p0、p1、p2。然而，对于大多数实际天线阵列，相位中心的位置的改变将很小以使得到达角将基本上相同（诸如，到达角的差在几分之一度的量级或甚至更小）。因此，出于说明性目的，在图1中夸大了不同相位中心位置p0、p1和p2的到达角的差。所做的改变是作为到达角的函数的电相位（这只是因为路径长度变得不同）。关系式是φ=2∙π/ dr∙sin（α），其中φ是电相位，dr是以波长表示的（诸如在p0与p1之间或在p0与p2之间的）相位中心位置的改变，且α是（相对于TRP的天线阵列的法线）的到达角。下面将公开如何将相位中心从p0移动到p1以及从p0移动到p2。
图2示出了如包括在无线电收发器装置200的TRP 205或通信接口220中的两个天线阵列190a、190b。在图2的说明性示例中，存在两个天线阵列190a、190b，每个天线阵列具有M个单极化天线元件160a、160b，天线元件160a、160b利用一个移相器186a、186b和/或诸如功率放大器（PA）或低噪声放大器（LNA）之类的增益控制元件182a、182b以及可选地每个天线元件的开关184a、184b，可操作地连接到它自己的模拟分布网络180a、180b（被配置用于模拟波束成形）。PA/LNA的备选配置将关于图3公开。每个模拟分配网络180a、180b又可操作地连接到其自己的单个基带（BB）链170a、170b。单极化天线元件160a、160b具有相互正交的极化（polarization）。本文所公开的实施例在天线阵列190a、190b的数量方面不受限制。一般而言，无线电收发器装置200或无线电收发器装置200的TRP 205包括至少一个天线阵列190a、190b。
图3示意性地示出PA和LNA的两个实现示例，PA和LNA表示天线阵列190a、190b中的增益控制元件182a、182b。图3（a）说明共用配置（即，对于所有天线元件具有一个共用PA/LNA 182a、182b）。图3（b）示出了分布式PA/LNA配置（即，每个天线元件具有单独的PA/LNA182a、182b）。
假定无线电收发器装置200、300被配置成在彼此通信时使用波束成形。因此，可能需要波束管理以便无线电收发器装置200、300确定由无线电收发器装置200、300使用哪些波束来彼此通信。如上面所公开的，当在无线电收发器装置200和无线电收发器装置300两者处存在许多候选波束时，使用波束扫描过程在时间消耗和开销信令方面可能是昂贵的。
因此，本文公开的实施例涉及用于估计无线电通信网络100中的无线电信号的到达角α的机制。为了获得这样的机制，提供了一种无线电收发器装置200、由无线电收发器装置200执行的方法、包括例如采取计算机程序形式的代码的计算机程序产品，所述代码当在无线电收发器装置200上运行时使得无线电收发器装置200执行所述方法。
图4和8是示出用于估计无线电通信网络100中的无线电信号的到达角α的方法的实施例的流程图。所述方法由无线电收发器装置200执行。所述方法有利地被提供作为计算机程序1220。
现在参考图4，其示出了根据实施例的如由无线电收发器装置200执行的用于估计无线电通信网络100中的无线电信号的到达角α的方法。
无线电收发器装置200包括天线阵列190a、190b（如图2所示），天线阵列190a、190b被配置成通过模拟波束成形在至少两个相位中心位置p1、p2之间移位。两个相位中心位置p1、p2中的至少一个偏移了天线阵列190a、190b的初始中心位置p0。
假设无线电收发器装置200根据无线电收发器装置200是实现网络节点的功能性还是实现无线装置的功能性，发信号通知无线电收发器装置300传送某种无线电信号，诸如参考信号，例如上行链路探测参考信号（SRS）或下行链路信道状态信息参考信号（CSI-RS），使得无线电收发器装置200可确定无线电信号的到达角（AOA），其表示为α。进一步假设无线电收发器装置300传送可包括此类参考信号的无线电信号。因此，无线电收发器装置200被配置成执行步骤S102：
S102：无线电收发器装置200使用两个相互不同的相位中心位置p1、p2来获得如由天线阵列190a、190b接收的无线电信号的测量。因此，这两个相互不同的相位中心位置p1、p2是天线阵列190a、190b被配置成在其间移位的上述至少两个相位中心位置中的两个。
然后，无线电信号的测量被用于估计无线电信号的到达角α。因此，无线电收发器装置200被配置成执行步骤S104：
S104：无线电收发器装置200使用如利用两个相互不同的相位中心位置p1、p2获得的测量来估计无线电信号的到达角α。
在一些方面，（诸如根据以上公开的关系式）到达角α由电相位φ表示。因此，无线电收发器装置200使用如利用两个相互不同的相位中心位置p1、p2获得的测量来估计无线电信号的到达角α，这可以被解释为无线电收发器装置200针对该无线电信号并使用该测量，估计由天线阵列190a、190b使用两个相互不同的相位中心位置p1、p2接收的无线电信号所引起的电相移。
电相移类似于如上定义的电相位，但是表示p1和p2之间（即，不在p0和p1之间或p0和p2之间）的相位中心位置的改变。因此，电相移具有关系式φs = 2∙π/ dr,p1-p2∙sin（α），其中φs是电相移，其中dr,p1-p2是p1和p2之间的距离，并且其中α是到达角。可能的是，p1和p2各自与p0在相反方向上分开dr，使得dr,p1-p2 = 2 dr。
现在将公开涉及如由无线电收发器装置200执行的估计无线电通信网络100中的无线电信号的到达角α的进一步细节的实施例。
在一些方面，获得其测量的无线电信号包括参考信号，诸如上行链路SRS或下行链路CSI-RS，并且对参考信号进行测量。
如上所述，在一些方面，使用针对不同相位中心p1、p2的测量之间的相位差来估计到达角α。该相位差等于电相移φs。特别地，根据实施例，利用如使用两个相互不同的相位中心位置中的一个（例如，p1）获得的测量与如使用两个相互不同的相位中心位置中的另一个（例如，p2）获得的测量之间的相位差来估计无线电信号的到达角α。为了该目的，可以使用标准到达角技术，诸如，多信号分类（MUSIC；用于频率估计和发射器定位的算法）、经由旋转不变性技术的信号参数估计（ESPRIT）、常规波束成形、空间频谱等。
在一些方面，当接收无线电信号时，通过交替地使用部分重叠的天线元件组来实现不同的相位中心。更详细地，如上面所公开的，天线阵列190a、190b包括天线元件160a、160b。当由天线阵列190a、190b使用两个相互不同的相位中心位置p1、p2中的一个（例如p1）接收无线电信号时，则可以使用第一组天线元件。当由天线阵列190a、190使用两个相互不同的相位中心位置p1、p2中的另一个（例如p2）接收无线电信号时，则可以使用第二组天线元件。第二组与第一组部分地但不是完全地重叠。例如，第一组和第二组可以具有除了两个之外的所有共同的天线元件，或者具有甚至一个共同的天线元件，但不具有全部共同的天线元件。
在至少两个相位中心位置p1、p2之间可以有不同的方式来移位。在一些方面，在使用天线阵列190a、190b接收无线电信号期间，特定的天线元件实际上被关断。特别地，根据实施例，天线阵列190a、190b包括天线元件160a、160b，并且天线阵列190a、190b被配置成通过选择性地接通和断开天线元件160a、160b中的至少一个，在至少两个相位中心位置p1、p2之间移位。通过在不同时间关断不同的天线元件，接收波束将在不同时间具有不同的相位中心。
在接收无线电信号期间，可以有不同的方式来实际断开特定的天线元件。在一些方面，通过关断特定天线元件的LNA 182a、182b（这仅适用于诸如图3（b）中的分布式LNA配置），或者通过使用衰减器或通过使用开关（这适用于诸如图3（a）中的共用LNA配置和诸如图3（b）中的分布式LNA配置）两者）来关断特定天线元件。因此，根据实施例，天线元件160a、160b中的至少一个被配置成通过选择性地接通和断开天线元件160a、160b中的该至少一个的LNA 182a、182b、衰减器或开关184a、184b来选择性地接通和断开。
在其它方面，天线元件没有完全断开，而是改为LNA 182a、182b被用于降低特定天线元件的接收功率（这仅适用于诸如图3（b）中的分布式LNA配置）。因此，根据实施例，天线阵列190a、190b包括天线元件160a、160b，并且天线阵列190a、190b被配置成通过选择性地增加和减少天线元件160a、160b中的至少一个的LNA 182a、182b的增益，在至少两个相位中心位置p1、p2之间移位。这虑及天线阵列190a、190b的相位中心的灵活放置，这意味着，即使天线阵列190a、190b中的天线元件间隔大于0.5个波长，在天线阵列190a、190b的接收波束之间也有可能具有0.5个波长的相位中心位置之间的差。
双极化波束成形可以用于天线阵列190a、190b的有源天线元件，以便使由于天线元件160a、160b中的一些的断开或增益减小而引起的接收信号强度的损失最小化。特别地，根据实施例，天线阵列190a、190b包括天线元件160a、160b，并且仅使用天线元件160a、160b中的用于产生至少一个接收波束的那些元件的（如由移相器186a、186b实现的）相移，在天线阵列190a、190b中由模拟波束成形所产生的至少一个接收波束中，接收用于两个相互不同的相位中心位置p1、p2中的每一个的无线电信号。
一种产生宽波束以及窄波束的方法是通过WO2016141961A1中描述的阵列扩展技术，其中仅在天线阵列190a、190b处应用相移。WO2016141961A1涉及使用包括双极化天线元件的天线阵列的波束成形。产生一个或两个波束端口，其中通过组合天线元件的至少两个非重叠子阵列来定义所述一个或两个波束端口。每个子阵列具有两个子阵列端口，所述两个子阵列端口具有相同的功率模式和相互正交的极化。所述至少两个非重叠子阵列经由扩展权重被组合。扩展权重将一个或两个波束端口映射到子阵列端口，使得一个或两个波束端口具有与子阵列相同的功率模式。至少一些扩展权重具有相同的非零幅度，并且在相位上相关以形成传输波瓣。
此外，通过应用文献WO2011/050866A1中公开的原理，例如，可能生成与元件波束宽度一样宽的阵列波束宽度而不管天线阵列中存在多少个天线元件，从而导致双极化波束成形。因此，双极化波束成形可以用于根据需要选择性地使波束变宽或变窄。因此，文献WO2011/050866A1中公开的原理可以应用于模拟波束成形网络以便产生波束。
可以用于根据需要生成宽波束以及窄波束的原理的其它示例基于优化天线阵列190a、190b的复权重或者通过使天线阵列190a、190b的一些天线元件静音。特别地，根据实施例，天线阵列190a、190b包括天线元件160a、160b，并且在天线阵列190a、190b中由模拟波束成形所产生的至少一个接收波束中接收用于两个相互不同的相位中心位置p1、p2中的每一个的无线电信号，这是使用天线元件160a、160b中的用于产生至少一个接收波束的那些天线元件的（如由移相器186a、186b所实现的）相移和（如由LNA 182a、182b所实现的）振幅渐变（tapering）的组合来进行的。
在一些方面，天线阵列190a、190b共同包括两个极化的天线元件。然后，可以同时断开天线元件160a、160b的两个极化。因此，根据实施例，天线元件160a、160b具有两个相互正交的极化，并且当天线元件160a、160b中的至少一个选择性地接通和断开时，两个正交的极化同时接通和断开。
此外，对于至少一些无线电传播信道，无论极化如何，到达角通常都是相同的，并且因此两个到达角估计（每个极化一个）可以被组合成单个估计。也就是说，根据实施例，为两个相互正交的偏振中的每一个而估计到达角α的一个中间值。然后，使用中间值的组合来估计到达角α。
此外，根据实施例，天线阵列190a、190b被配置成在两个相互正交的极化中同时接收无线电信号。对此，原因之一是无线电信号的入射波的极化通常是未知的。因此，为了获得可靠的测量，可以同时为两个极化执行无线电信号的接收。然而，无线电信号是否在特定元件中被接收尤其（inter alia）取决于无线电信号是如何被极化的。
根据实施例，天线阵列190a、190b在第一时隙中使用两个相互不同的相位中心位置p1、p2中的第一相位中心位置（例如p1）并且在第二时隙中使用两个相互不同的相位中心位置p1、p2中的第二相位中心位置（例如p2）来接收无线电信号。图5示意性地示出了一维天线阵列190a，其中开关用于选择性地关断天线元件160a、160b中的一些。天线阵列190a被图示为在两个时隙中操作。在第一时隙（“时隙# 1”）中，关断顶部天线元件，并且通过在剩余的活动天线元件上应用双极化波束成形来生成接收波束。通过转动顶部元件，天线阵列190a的相位中心将从默认位置p0向下移动0.25个波长到相位中心位置p1（假定以相同振幅使用所有天线元件，即，对于无渐变天线阵列，并且假定天线元件160a、160b被分开0.5个波长）。在第二时隙（时隙# 2）中，底部天线元件被关断。这将使天线阵列190a的相位中心相对于p0向上移动0.25个波长到相位中心位置p2。通过对两个时隙的接收无线电信号执行测量，由于在相应时隙的两个接收波束之间的0.5个波长的总相位中心分离，可以获得到达角估计而没有明确性（unambiguity）。
在假设天线阵列190a、190b的模拟波束成形结构的情况下，顺序测量对于无线电信号是优选的，以便获得两个正交极化的测量（如上所述）。实现这一点的一种直接方式是使无线电收发器装置300在两个连续的正交频分复用（OFDM）符号中传送无线电信号，并且因此使无线电收发器装置200测量这两个连续的OFDM符号中的无线电信号。也可能通过首先使用OFDM符号的前半部分中的第一相位中心位置p1测量无线电信号，并然后使用第二相位中心位置p2测量同一OFDM符号的后半部分中的无线电信号，从而在单个OFDM符号中执行两个测量。因此，根据实施例，无线电信号的每个测量对应于OFDM符号的一个整体或一部分，使得使用两个相互不同的相位中心位置p1、p2中的每一个来接收OFDM符号的一个整体或一部分，测量中的相应一个基于该整体或该部分。（OFDM符号的）该部分可以对应于所谓的交织正交频分复用（IOFDM）的重复因子。
实现这一点的一种方式是使传送无线电收发器装置300传送仅占用每第k子载波的波束参考信号（定义无线电信号），其中k表示重复因子。作为示例，在每第二子载波上传送意味着在频域中每隔一个采样之间的零插入。通过离散傅立叶变换（DFT）的特性，这意味着时域信号的两倍周期重复，如图6中所示。图6示意性地示出了如何通过在每第二子载波上进行传送来生成半OFDM符号。因此，在每第二子载波上传送意味着所得到的OFDM符号将由两个相同的半部分构成，并且然后，可以在前半部分中执行第一接收波束的测量，并且在后半部分中执行第二接收波束的测量（或者反之亦然）。
在基于长期演进（LTE）的通信网络中，在每第二子载波上传送参考信号是常见的做法，其中使用所谓的梳状模式来传送上行链路SRS，其中每第二或每第四子载波由参考符号占用。因此，在单个OFDM符号中执行所提出的到达角估计可以与像SRS的参考信号结构一起使用。在单个OFDM符号中的两个相位中心位置p1、p2上执行测量的优点是两个连续测量之间的减少的信道变化和减少的参考信号开销。
在具有两个二维天线阵列190a、190b的一个实施例中，两个维度中的一个维度中的天线元件160a、160b可以用于获得该维度中（例如，在方位角（azimuth）中）的到达角的估计，而两个维度中的另一个维度中的天线元件160a、160b可以用于同时获得该维度中（例如，在仰角中）的到达角的估计，以便加速到达角的估计。也就是说，在其中天线阵列190a、190b是二维天线阵列的实施例中，可以在两个维度（诸如在方位角域和仰角域两者）中同时估计到达角α。也就是说，到达角α可以具有两个分量；两个维度中的每一个中有一个。因此，本文公开的实施例适用于二维天线阵列，该二维天线阵列然后可用于在方位角和仰角域两者中估计到达方向。这可能需要对无线电信号进行四次测量以形成方位角和仰角两者中的鉴别器（discriminator）。这可以通过在每第四个子载波上传送参考信号而在单个OFDM符号中执行。图7示出了其中对于二维天线阵列190a在方位角域和仰角域中都获得到达角α的估计的一个示例。天线阵列190a被示为在四个时隙中操作。在前两个时隙（时隙# 1和时隙#2）中，获得在仰角域中的到达角α的估计，并且在两个最后时隙（时隙# 3和时隙# 4）中，获得在方位角域中的到达角α的估计。在方位角和仰角域两者中的到达方向甚至可能仅需要无线电信号的三次测量以在方位角和仰角两者中形成鉴别器，该鉴别器具有对于两个维度公共的一个相位中心和每个维度一个附加相位中心。关于图7，这尤其可以通过同时切换顶行和左列的天线元件（即，组合如在时隙# 1和# 3中使用的天线阵列的配置）来实现。
通过适当地选择关断哪些天线元件160a、160b，所接收的无线电信号的工作频率的大约0.5个波长的相位中心间隔可以在接收波束之间（对于给定维度）获得（只要天线阵列190a、190b内的天线元件间隔是大约0.5个波长，这通常是这种情况），这将实现明确的到达角估计（对于该给定维度）。更详细地，半波长的间隔实现明确的估计，但是如果在比[-π/2,π/2]更小的区间内的估计是足够的，则间隔可以大于半波长。例如，在仰角域中，天线元件160a、160b可以被分开大约0.7-0.8个波长，因为与在方位角域中相比，在仰角域中的感兴趣的角区间通常更小。诸如在图7中，如果一行（顶行或底行）天线元件被关断，相位中心位置将被移动天线阵列中的天线元件的间隔。在大多数实际情况下，该距离小于波长。特别地，根据实施例，两个相互不同的相位中心位置p1、p2至少被分开所接收的无线电信号的工作频率的半波长。根据另外的实施例，天线阵列190a、190b的相邻天线元件160a、160b至少被分开所接收的无线电信号的工作频率的半波长。
在一些方面，可能需要将天线阵列190a、190b校准到某一水平的准确度。这可能是为了促进模拟波束成形所需要的。不需要跨不同天线阵列190a、190b进行校准。
现在参考图8，其示出了根据另外的实施例如由无线电收发器装置200执行的用于估计无线电通信网络100中的无线电信号的到达角α的方法。假设步骤S102、S104如上所述参考图4来执行，并因此省略其中重复的描述。
如上面所公开的，在一些方面，无线电信号是从另一无线电收发器装置300接收的波束参考信号。因此，无线电收发器装置200可以被配置成使用估计的到达角α来确定在与所谓的另一收发器装置300的后续数据通信中使用哪个（哪些）模拟波束。特别地，根据其中从另一无线电收发器装置300接收无线电信号的实施例，无线电收发器装置200被配置成执行步骤S106：
S106：无线电收发器装置200与所谓的无线电收发器装置300以波束通信，其中波束指向根据到达角α选择的方向。波束可以是接收波束和/或传送波束。
即，假设无线电收发器装置200被配置成在多个窄波束中通信，则无线电收发器装置200可以基于所估计的到达角α来选择最接近所估计的到达角α的波束，以供与所谓的另一无线电收发器装置300的后续数据通信中使用。
下面将参考图9的信令图来公开一个特定实施例，该实施例用于估计无线电通信网络100中的无线电信号的到达角α，如由无线电收发器装置200基于至少一些上述公开的实施例所执行的那样。
S201：无线电收发器装置200发信号通知无线电收发器装置300传输参考信号，诸如SRS或CSI-RS。
S202：无线电收发器装置300传输参考信号。参考信号应该在正交时隙中被传送，使得无线电收发器装置200可以针对不同的参考信号使用不同的相位中心位置p1、p2。
S203：在接收每个参考信号期间，一个或多个天线元件被关断，以便使用天线阵列的接收波束的适当相位中心位置。剩余的有源天线元件用于使用双极化波束成形来形成具有期望形状的接收波束。实现步骤S203的一种方式是执行步骤S102。
S204：无线电收发器装置200通过使用标准到达角估计技术来估计所接收的参考信号的到达角。实现步骤S204的一种方式是执行步骤S104。
S205：无线电收发器装置200使用所估计的到达角α作为波束管理的输入，以便找到合适的传输和/或接收波束。实现步骤S205的一种方式是执行步骤S106。
S206：无线电收发器装置200以传输和/或接收波束与无线电收发器装置300通信，其中传输和/或接收波束指向根据到达角α选择的方向。实现步骤S206的一种方式是执行步骤S106。
图10示意性地示出按照多个功能单元的根据实施例的无线电收发器装置200的组件。使用能够执行软件指令的适当的中央处理单元（CPU）、多处理器、微控制器、数字信号处理器（DSP）等中的一个或多个的任意组合来提供处理电路210，所述软件指令被存储在例如采取存储介质230的形式的（如图12中所示的）计算机程序产品1210中。处理电路210还可以被提供为至少一个专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）。
特别地，处理电路210被配置成使得无线电收发器装置200执行如上所述的一组操作或步骤S102-S106。例如，存储介质230可以存储该组操作，并且处理电路210可以被配置成从存储介质230检索该组操作，以使得无线电收发器装置200执行该组操作。该组操作可以作为一组可执行指令来提供。
因此，处理电路210由此被布置成执行如本文所公开的方法。存储介质230还可以包括永久性存储装置，其可以是例如磁存储器、光存储器、固态存储器或者甚至远程安装的存储器中的任何单个或者组合。无线电收发器装置200可以进一步包括通信接口220，其至少被配置用于与通信网络100的其他实体、节点、功能和装置通信，诸如与至少一个其它无线电收发器装置300通信。因此，通信接口220可以包括一个或多个传送器和接收器，包括模拟和数字组件。特别地，无线电收发器装置200包括至少一个模拟天线阵列190a、190b，其可以是通信接口220的一部分。处理电路210例如通过向通信接口220和存储介质230发送数据和控制信号、通过从通信接口220接收数据和报告、以及通过从存储介质230检索数据和指令，来控制无线电收发器装置200的一般操作。省略了无线电收发器装置200的其它组件以及相关功能性，以免混淆本文所呈现的概念。
图11示意性地示出按照多个功能模块的根据实施例的无线电收发器装置200的组件。图11的无线电收发器装置200除了包括多个功能模块之外，还可以包括至少一个模拟天线阵列190a、190b；被配置成执行步骤S102的获得模块210a，以及被配置成执行步骤S104的估计模块210b。图11的无线电收发器装置200可进一步包括多个可选功能模块，诸如被配置成执行步骤S106的通信模块210c。一般而言，在一个实施例中，每个功能模块210a-210c可以仅在硬件中实现，而在另一实施例中借助于软件来实现，即，后一实施例具有存储在存储介质230上的计算机程序指令，当该计算机程序指令在处理电路210上运行时，使无线电收发器装置200执行以上结合图11所述的对应步骤。还应当提及，即使模块对应于部分计算机程序，它们也不必是其中单独的模块，但它们在软件中被实现的方式取决于所使用的编程语言。优选地，一个或多个或所有功能模块210a-210c可以由处理电路210实现，可能与通信接口220和/或存储介质230协作。因此，处理电路210可以被配置成从存储介质230取指令并执行这些指令，这些指令如由功能模块210a-210c来提供，从而执行本文公开的任何步骤。
无线电收发器装置200可作为独立装置或作为至少一个另外装置的一部分来提供。如上面所公开的，无线电收发器装置200可以是无线电接入网络节点。例如，无线电收发器装置200可以在无线电接入网络110的节点中或在核心网络120的节点中提供。备选地，无线电收发器装置200的功能性可分布在至少两个装置或节点之间。这至少两个节点或装置可以是同一网络部分（诸如无线接入网络110或核心网络120）的一部分，或者可以分布在至少两个这样的网络部分之间。
因此，由无线电收发器装置200执行的指令的第一部分可以在第一装置中执行，并且由无线电收发器装置200执行的指令的第二部分可以在第二装置中执行；本文公开的实施例不限于可以执行由无线电收发器装置200执行的指令的任何特定数量的装置。因此，根据本文公开的实施例的方法适于由驻留在云计算环境中的无线电收发器装置200执行。因此，虽然在图10中示出了单个处理电路210，但是处理电路210可以分布在多个装置或节点之间。这同样适用于图11的功能模块210a-210c和图12的计算机程序1220（见下文）。
图12示出了包括计算机可读存储介质1230的计算机程序产品1210的一个示例。在该计算机可读存储介质1230上，可以存储计算机程序1220，该计算机程序1220可以使得处理电路210以及可操作地耦合到其的实体和装置（诸如，通信接口220和存储介质230）执行根据本文描述的实施例的方法。因此，计算机程序1220和/或计算机程序产品1210可以提供用于执行如本文公开的任何步骤的部件。
在图12的示例中，计算机程序产品1210被示为光盘，诸如CD（压缩盘）或DVD（数字多功能盘）或蓝光盘。计算机程序产品1210还可以被体现为存储器，诸如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）或电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），并且更特别地被体现为外部存储器中的装置的非易失性存储介质，外部存储器诸如USB（通用串行总线）存储器或诸如紧凑闪速存储器之类的闪速存储器。因此，虽然计算机程序1220在此被示意性地示出为所描绘的光盘上的轨道，但是计算机程序1220可以以适合于计算机程序产品1210的任何方式存储。
上面已主要参考一些实施例描述了本发明概念。然而，如本领域技术人员容易理解的，在如所附专利权利要求所限定的本发明概念的范围内，除了以上公开的实施例之外的其它实施例同样是可能的。

Claims (27)

1.一种用于估计无线电通信网络(100)中的无线电信号的到达角(α)的方法，所述方法由无线电收发器装置(200)执行，所述无线电收发器装置(200)包括天线阵列(190a，190b)，所述天线阵列(190a，190b)被配置成通过模拟波束成形在至少两个相位中心位置(p1，p2)之间移位，所述方法包括：
使用两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)获得(S102)由所述天线阵列(190a，190b)接收的所述无线电信号的测量；以及
使用利用所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)获得的所述测量来估计(S104)所述无线电信号的所述到达角(α)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用利用所述两个相互不同的相位中心位置之一(p1)获得的所述测量和利用所述两个相互不同的相位中心位置中的另一个(p2)获得的所述测量之间的相位差来估计所述无线电信号的所述到达角(α)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)至少被分开所接收的无线电信号的工作频率的半波长。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中所述天线阵列(190a，190b)包括天线元件(160a，160b)，并且其中相邻天线元件(160a，160b)至少被分开所接收的无线电信号的工作频率的半波长。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中所述天线阵列(190a，190b)包括天线元件(160a，160b)，其中当由所述天线阵列(190a，190b)使用所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)之一来接收所述无线电信号时使用第一组所述天线元件，其中当由所述天线阵列(190a，190b)使用所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)中的另一个接收所述无线电信号时使用第二组所述天线元件，并且其中所述第二组与所述第一组部分地但不是完全地重叠。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中所述天线阵列(190a，190b)包括天线元件(160a，160b)，并且其中所述天线阵列(190a，190b)被配置成通过选择性地接通和断开所述天线元件(160a，160b)中的至少一个，在所述至少两个相位中心位置(p1，p2)之间移位。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述天线元件(160a，160b)中的至少一个被配置成通过选择性地接通和断开所述天线元件(160a，160b)中的所述至少一个的低噪声放大器(182a，182b)、衰减器或开关(184a，184b)来选择性地接通和断开。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述天线元件(160a，160b)具有两个相互正交的极化，并且其中当所述天线元件(160a，160b)中的所述至少一个被选择性地接通和断开时，两个正交的极化被同时接通和断开。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述天线阵列(190a，190b)包括天线元件(160a，160b)，并且其中所述天线阵列(190a，190b)被配置成通过选择性地增加和减小所述天线元件(160a，160b)中的至少一个的低噪声放大器(182a，182b)的增益，在所述至少两个相位中心位置(p1，p2)之间移位。
10.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中所述天线阵列(190a，190b)被配置成在两个相互正交的极化中同时接收所述无线电信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其中对于所述两个相互正交的极化中的每一个，估计所述到达角(α)的一个中间值，并且其中使用所述中间值的组合来估计所述到达角(α)。
12.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中所述天线阵列(190a，190b)包括天线元件(160a，160b)，并且其中仅使用所述天线元件(160a，160b)中的用于产生至少一个接收波束的那些天线元件的相移，在所述天线阵列(190a，190b)中通过所述模拟波束成形产生的所述至少一个接收波束中，接收所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)中的每一个的所述无线电信号。
13.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中所述天线阵列(190a，190b)包括天线元件(160a，160b)，并且其中使用所述天线元件(160a，160b)中的用于产生至少一个接收波束的那些天线元件的相移和振幅渐变的组合，在所述天线阵列(190a，190b)中通过所述模拟波束成形产生的所述至少一个接收波束中，接收所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)中的每一个的所述无线电信号。
14.根据权利要求1所述的方法，其中由所述天线阵列(190a，190b)在第一时隙中使用所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)中的第一相位中心位置并在第二时隙中使用所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)中的第二相位中心位置，接收所述无线电信号。
15.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中所述无线电信号的每个测量对应于正交频分复用OFDM符号的一个整体或一部分，使得使用所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)中的每一个来接收所述OFDM符号的一个整体或一部分，所述测量中的相应一个测量基于所述OFDM符号的所述一个整体或所述一部分。
16.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中所述天线阵列(190a，190b)是二维天线阵列，并且其中在两个维度上同时估计所述到达角(α)。
17.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中从另一无线电收发器装置(300)接收所述无线电信号，所述方法还包括：
以波束与所述另一无线电收发器装置(300)通信(S106)，所述波束指向根据所述到达角(α)选择的方向。
18.一种用于估计无线电通信网络(100)中的无线电信号的到达角(α)的无线电收发器装置(200)，所述无线电收发器装置(200)包括天线阵列(190a，190b)，所述天线阵列(190a，190b)被配置成通过模拟波束成形在至少两个相位中心位置(p1，p2)之间移位，所述无线电收发器装置(200)还包括处理电路(210)，所述处理电路被配置成使得所述无线电收发器装置(200)：
使用两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)获得由所述天线阵列(190a，190b)接收的所述无线电信号的测量；以及
使用利用所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)获得的所述测量来估计所述无线电信号的所述到达角(α)。
19.根据权利要求18所述的无线电收发器装置(200)，还被配置成执行根据权利要求2至17中的任一项所述的方法。
20.根据权利要求18所述的无线电收发器装置(200)，其中所述无线电收发器装置(200)是无线电接入网络节点。
21.一种用于估计无线电通信网络(100)中的无线电信号的到达角(α)的无线电收发器装置(200)，所述无线电收发器装置(200)包括天线阵列(190a，190b)，所述天线阵列(190a，190b)被配置成通过模拟波束成形在至少两个相位中心位置(p1，p2)之间移位，所述无线电收发器装置(200)还包括：
处理电路(210)；以及
存储指令的存储介质(230)，所述指令当由处理电路(210)执行时使得所述无线电收发器装置(200)：
使用两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)获得由所述天线阵列(190a，190b)接收的所述无线电信号的测量；以及
使用利用所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)获得的所述测量来估计所述无线电信号的所述到达角(α)。
22.根据权利要求21所述的无线电收发器装置(200)，还被配置成执行根据权利要求2至17中的任一项所述的方法。
23.根据权利要求21所述的无线电收发器装置(200)，其中所述无线电收发器装置(200)是无线电接入网络节点。
24.一种用于估计无线电通信网络(100)中的无线电信号的到达角(α)的无线电收发器装置(200)，所述无线电收发器装置(200)包括天线阵列(190a，190b)，所述天线阵列(190a，190b)被配置成通过模拟波束成形在至少两个相位中心位置(p1，p2)之间移位，所述无线电收发器装置(200)还包括：
获得模块(210a)，被配置成使用两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)来获得由所述天线阵列(190a，190b)接收的所述无线电信号的测量；以及
估计模块(210b)，被配置成使用利用所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)获得的所述测量来估计所述无线电信号的所述到达角(α)。
25.根据权利要求24所述的无线电收发器装置(200)，还被配置成执行根据权利要求2至17中的任一项所述的方法。
26.根据权利要求24所述的无线电收发器装置(200)，其中所述无线电收发器装置(200)是无线电接入网络节点。
27.一种计算机可读存储介质(1230)，所述计算机可读存储介质(1230)上存储计算机程序(1220)，所述计算机程序(1220)用于估计无线电通信网络(100)中的无线电信号的到达角(α)，所述计算机程序包括计算机代码，所述计算机代码当在包括天线阵列(190a，190b)的无线电收发器装置(200)的处理电路(210)上运行时使得所述无线电收发器装置(200)执行以下操作，所述天线阵列(190a，190b)被配置成通过模拟波束成形在至少两个相位中心位置(p1，p2)之间移位：
使用两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)获得(S102)由所述天线阵列(190a，190b)接收的所述无线电信号的测量；以及
使用利用所述两个相互不同的相位中心位置(p1，p2)获得的所述测量来估计(S104)所述无线电信号的所述到达角(α)。
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