CN110663198A - 通信网络中的电相位关系的确定 - Google Patents

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Abstract

提供了用于确定天线阵列中的天线元件之间的电相位关系的机制。一种方法由无线电收发器装置执行。该方法包括获得在覆盖给定角扇区的两个接收波束中所接收的无线电信号的测量。接收波束具有不同的复波束图案。该方法包括使用两个接收波束中的测量来估计针对接收波束中的每个接收波束的至少一个极化端口的无线电信号的到达角。该方法包括根据针对每个极化端口估计的到达角来确定天线阵列中的天线元件之间的电相位关系，该电相位关系对应于所估计的到达角。

Description

通信网络中的电相位关系的确定
技术领域
本文提出的实施例涉及用于确定天线阵列中的天线元件之间的电相位关系的方法、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而言，对获得良好的性能和容量可能存在挑战。
例如，对于未来几代的移动通信系统而言，可能需要在许多不同载波频率处的频带。例如，可能需要这种低的频带来实现针对无线装置的足够网络覆盖，并且可能需要（例如，在毫米波长（mmW）处，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，并且可能需要网络的网络节点处以及无线装置处两者的波束成形以达到足够的链路预算。
网络节点的传输和接收点（TRP）和/或无线装置可以借助于模拟波束成形、数字波束成形或混合波束成形来实现波束成形。每种实现方式都有其优点和缺点。数字波束成形实现是三种实现中最灵活的实现，而且还由于需要大量无线电链和基带链，所以成本也最高。模拟波束成形实现是最不灵活的，但由于与数字波束成形实现相比无线电链和基带链的数量降低，所以制造起来更便宜。混合波束成形实现是模拟波束成形实现和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。
在网络侧的TRP使用窄波束进行传输的通信网络中，假设针对用户侧处的每个被服务的无线装置发现和监测窄传输波束中的至少一个。这种发现和监测的过程被称为波束管理。为了执行波束管理，网络节点使用由被服务的无线装置所获得和所报告的对下行链路参考信号（诸如信道状态信息参考信号（CSI-RS））的测量（诸如，所接收的参考信号功率）。然后，针对其获得了最高所接收的参考信号功率的波束对（beam pair）被用作活动波束对链路。一般而言，波束对由传送端处（例如在TRP处）的传送波束和接收端处（例如在无线装置处）的对应接收波束来定义，其中传送波束和接收波束从可用候选波束的集合中选择，以便最大化用于从传送端到接收端的传输的质量准则（例如最高所接收的参考信号功率）。
在被服务的无线装置例如由于阻塞（blockage）而丢失与TRP的波束连接的情况下，可以发起波束恢复过程以重新建立波束连接。这种波束恢复过程可以例如包括扫描TRP波束和无线装置波束的所有不同组合。当在TRP和无线装置两者处都存在许多候选波束时，这种波束扫描过程在时间消耗和开销信令方面可能是昂贵的。此外，在一些场景中，无线装置可以在下行链路和上行链路中可操作地连接到不同的TRP，因此，针对下行链路和上行链路这可能需要单独的波束管理过程。
因此，仍存在对于改进的波束管理的需要。
发明内容
本文的实施例的目的是实现高效的波束管理。
根据第一方面，提出了一种用于确定天线阵列中的天线元件之间的电相位关系的方法。该方法由无线电收发器装置执行。该方法包括获得在覆盖给定角扇区（angularsector）的两个接收波束中所接收的无线电信号的测量。接收波束具有不同的复波束图案（complex beam pattern）。该方法包括使用两个接收波束中的测量来估计针对接收波束中的每个接收波束的至少一个极化端口的无线电信号的到达角。该方法包括根据针对每个极化端口估计的到达角来确定对应于所估计的到达角的天线阵列中的天线元件之间的电相位关系。
根据第二方面，提出了一种用于确定天线阵列中的天线元件之间的电相位关系的无线电收发器装置。无线电收发器装置包括处理电路。处理电路被配置成使得无线电收发器装置以获得在覆盖给定角扇区的两个接收波束中所接收的无线电信号的测量。接收波束具有不同的复波束图案。处理电路被配置成使得无线电收发器装置使用两个接收波束中的测量来估计针对接收波束中的每个接收波束的至少一个极化端口的无线电信号的到达角。处理电路被配置成使得无线电收发器装置根据针对每个极化端口估计的到达角来确定对应于所估计的到达角的天线阵列中的天线元件之间的电相位关系。
根据第三方面，提出了一种用于确定天线阵列中的天线元件之间的电相位关系的无线电收发器装置。该无线电收发器装置包括处理电路和存储介质。存储介质存储指令，该指令在由处理电路执行时，使得无线电收发器装置以执行操作或步骤。这些操作或步骤使得无线电收发器装置以获得在覆盖给定角扇区的两个接收波束中所接收的无线电信号的测量。接收波束具有不同的复波束图案。所述操作或步骤使得无线电收发器装置使用两个接收波束中的测量来估计针对接收波束中的每个接收波束的至少一个极化端口的无线电信号的到达角。所述操作或步骤使得无线电收发器装置根据针对每个极化端口估计的到达角来确定对应于所估计的到达角的天线阵列中的天线元件之间的电相位关系。
根据第四方面，提出了一种用于确定天线阵列中的天线元件之间的电相位关系的无线电收发器装置。无线电收发器装置包括获得模块，其被配置成获得在覆盖给定角扇区的两个接收波束中所接收的无线电信号的测量。接收波束具有不同的复波束图案。无线电收发器装置包括估计模块，其被配置成使用两个接收波束中的测量来估计针对接收波束中的每个接收波束的至少一个极化端口的无线电信号的到达角。无线电收发器装置包括确定模块，其被配置成根据针对每个极化端口估计的到达角来确定对应于所估计的到达角的天线阵列中的天线元件之间的电相位关系。
根据第五方面，提出了一种用于确定天线阵列中的天线元件之间的电相位关系的计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码在无线电收发器装置上运行时，使得无线电收发器装置以执行根据第一方面的方法。
根据第六方面，提供了一种计算机程序产品，该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态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了高效的波束管理。
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使得能够避免在无线电收发器装置处使用连续波束扫描。以这种方式估计到达角并确定电相位关系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。
应当注意，第一、第二、第三、第四、第五和第六方面的任何特征可以在任何适当的情况下应用于任何其它方面。从以下详细公开、从所附从属权利要求以及从附图中，所公开的实施例的其它目的、特征和优点将是明显的。
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要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/该单元、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单元、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顺序来执行。
附图说明
现在通过示例的方式，参考附图描述本发明概念，其中：
图1是示出根据实施例的通信网络的示意图；
图2示意性地示出根据实施例的无线电收发器装置的通信接口和/或传输和接收点；
图3和4是根据实施例的方法的流程图；
图5、9、11示出根据实施例的鉴别器（discriminator）函数的幅度和相位；
图6、7、8、10示出根据实施例的复波束图案；
图12示意性地示出根据实施例的频域中的子载波间距在时域中的影响；
图13是示出根据实施例的无线电收发器装置的功能单元的示意图；
图14是示出根据实施例的无线电收发器装置的功能模块的示意图；以及
图15示出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构思，在其中示出了本发明构思的某些实施例。然而，本发明构思可以采用许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；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全面传达本发明构思的范围。贯穿本描述，相同的数字指代相同的元件。由虚线示出的任何步骤或特征应被认为是可选的。
图1是示出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）电信网络或第五代（5G）电信网络，并且支持任何3GPP电信标准。
通信网络100至少包括无线电收发器装置200，其配置成经由TRP 205向无线电接入网络110中的无线电收发器装置300提供网络接入。在一些实施例中，无线电收发器装置300是终端装置的一部分、与终端装置集成或与终端装置共置，并且无线电收发器装置200是网络节点或TRP 205的一部分、与网络节点或TRP 205集成或与网络节点或TRP 205共置。
无线接入网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。由此，无线电收发器装置300经由TRP 205和无线电收发器装置200能够接入服务网络130的服务并与服务网络130交换数据。
网络节点的示例是无线电接入网络节点、无线电基站、基站收发信台、节点B、演进节点B、千兆位节点B、接入点和接入节点。终端装置的示例是无线装置、移动站、移动电话、手提式步话机（handset）、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、配备网络的传感器、配备网络的载具、以及所谓的物联网装置。
本文公开的实施例可以应用在实现为无线接入网络节点和终端装置两者的接收无线电收发器装置，或者甚至可以应用在实现为回程节点或侧链路节点的接收无线电收发器装置。因此，虽然本文公开的实施例中的至少一些实施例中的无线电收发器装置200被描述为网络节点，并且无线电收发器装置300被描述为终端装置，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终端装置中实现。
为了易于描述，无线电收发器装置200因而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，尽管无线电收发器装置200、300两者都可被配置用于传输以及接收两者。特别地，接收无线电收发器装置200经由TRP 205被配置成接收由传送无线电收发器装置300在两个接收波束140a、140b中所传送的无线电信号。两个接收波束140a、140b一起覆盖给定角扇区150。虽然图1中仅示出了两个接收波束140a、140b，但是接收无线电收发器装置200可以被配置成使用具有不同形状和宽度的各种波束进行通信，这在本文中通常称为具有不同的复波束图案。
以到达角α接收由传送无线电收发器装置300传送的无线电信号。通常，相对于在节点通过无线接口物理地接收无线电信号的所述节点来确定到达角α。在图1的说明性示例中，该节点由TRP 205表示。
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，每个天线元件利用一个移相器和/或增益控制（以及可选地，利用开关）可操作地连接到其自己的模拟分布网络180a、180b（每个定义模拟分布网络并且被配置用于模拟波束成形）。每个模拟分布网络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。本文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。例如，两个天线阵列190a、190b可以是无线电收发器装置200的通信接口220的一部分。
假设无线电收发器装置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确定使用哪些波束以用于彼此通信。如上所述，当在接收无线电收发器装置200和传送无线电收发器装置300 200两者处都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。
本文公开的实施例涉及用于确定天线阵列190a、190b中的天线元件160a、160b之间的电相位关系的机制。为了获得这样的机制，提供了无线电收发器装置200、由无线电收发器装置200执行的方法、包括例如采用计算机程序形式的代码的计算机程序产品，所述代码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3和图4是示出用于确定天线阵列190a、190b中的天线元件160a、160b之间的电相位关系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。有利地，将所述方法作为计算机程序1520来提供。
现在参考图3，其示出根据实施例用于确定天线阵列190a、190b中的天线元件160a、160b之间的电相位关系的方法，该方法由无线电收发器装置200执行。
该方法基于无线电收发器装置200测量两个不同波束140a、140b中接收的无线电信号，以便直接确定最佳传送和/或接收波束以用于与传送无线电收发器装置300的后续通信，而不需要执行任何连续波束扫描。特别地，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获得两个接收波束140a、140b中所接收的无线电信号的测量。
如上面所公开的，两个接收波束140a、140b覆盖给定角扇区150。两个接收波束140a、140b具有相互不同的复波束图案。
接收波束140a、140b的复波束图案在给定角扇区150内具有足够的增益，在该角扇区150内，波束寻找过程应当标识哪个波束用于与传送无线电收发器装置300的后续通信。
通过测量两个接收波束140a、140b中接收的无线电信号来估计到达角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使用两个接收波束140a、140b中的测量来估计针对接收波束140a、140b中的每个接收波束的至少一个极化端口的无线电信号的到达角α。
在此，接收波束中的每个接收波束的用语指的是极化端口（即，每个接收波束存在至少一个极化端口）。也就是说，需要两个接收波束140a、140b中的测量来估计到达角α。
然后，使用到达角α来确定天线元件160a、160b之间的电相位关系。特别地，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根据针对每个极化端口估计的到达角α来确定对应于所估计的到达角α的天线阵列190a、190b中的天线元件160a、160b之间的电相位关系。
因此，无线电收发器装置200能够仅使用两个接收波束140a、140b来直接估计所接收的无线电信号的到达角α以及天线元件160a、160b之间的电相位关系，而代替了执行昂贵的连续波束扫描过程。
现在将公开涉及确定天线阵列190a、190b中的天线元件160a、160b之间的电相位关系的进一步细节的实施例，所述实施例由无线电收发器装置200执行。
现在参考图4，其示出根据另外的实施例用于确定天线阵列190a、190b中的天线元件160a、160b之间的电相位关系的方法，该方法由无线电收发器装置200执行。假设步骤S102、S104、S106如上参考图3所述的那样执行，并因此省略其由此重复的描述。
根据实施例，每个接收波束140a、140b具有两个极化端口，其中每个接收波束140a、140b的两个极化端口具有相互不同的极化。然后，在每个极化端口中可以有一个关于其自身的到达角α的估计。也就是说，根据实施例，独立于任何其它极化端口的到达角α来估计针对每个极化端口的无线电信号的到达角α。在两个极化端口中的每个极化端口中的无线电信号的到达角α可以表示一个中间值，并且然后可以使用中间值的组合来估计到达角α。
如上所述，接收波束140a、140b的复波束图案在给定角扇区150内具有足够的增益。因此，在一些方面中，生成两个接收波束140a、140b，使得在给定角扇区150内的任何角度，当在每个接收波束140a、140b的两个极化端口上求和时，接收波束140a、140b中的至多一个接收波束具有低于阈值的功率增益。然而，这并不意味着实际上执行了这种求和。然而，根据实施例，当估计无线电信号的到达角α时，在两个极化端口上对复波束图案确实进行加权和求和。
现在将公开生成两个接收波束140a、140b的方式的示例。
在一些方面，仅使用相移通过模拟波束成形生成两个接收波束140a、140b。因此，根据实施例，仅使用相移通过模拟波束成形生成两个接收波束140a、140b。
可以用于到达角估计的两个接收波束140a、140b中的一个示例是所谓的总和与delta波束。可以在天线阵列190a、190b中仅使用相移利用模拟波束成形来生成总和波束和delta波束。可以通过对每个天线阵列维度的所有共极化天线元件上的无线电信号求和来生成总和波束。通过在求和之前将π弧度的相移应用于一半的天线阵列，可以生成delta波束。
然而，通过对天线阵列中的所有共极化天线元件求和来生成总和波束将生成窄波束（并且对于delta波束而言是类似的），这导致有限的角覆盖150。图6示意性地示出了用于天线阵列的总和波束和delta波束的复波束图案的示例，该天线阵列是具有8个天线元件的均匀线性阵列（ULA）。这将使得难以估计总和波束的主瓣（mainlobe）之外的到达方向，并且因此对于波束管理目的而言不太有用。
因此，提出了生成具有大波束宽度的两个接收波束140a、140b。更准确地说，生成复波束图案以便可适合于假设在角扇区150中要被接收的无线电信号的所述角扇区150的宽度。例如，只要在需要时，就可以生成具有较小覆盖的较窄接收波束140a、140b，并且从而生成较高增益。波束宽度还可以适合于与传送无线电收发器装置300的后续通信应该覆盖的给定角扇区150的宽度。
实现这些的一种方式是在阵列中仅使用两个天线元件来生成两个接收波束140a、140b。也就是说，在一些方面，两个接收波束140a、140b是使用相移和振幅渐变（amplitudetapering）通过模拟波束成形生成的。因此，根据实施例，两个接收波束140a、140b使用相移和振幅渐变的组合通过模拟波束成形来生成。图7中示出了所得到的复波束图案的示例。
然而，使用相移和振幅渐变的组合对于下述天线阵列而言是不可能的：对于例如在没有增益控制并且因此仅利用移相器来控制每个天线元件的天线阵列中的一些天线元件而言，该天线阵列缺少将振幅增益设置为零的支持。根据实施例，因此使用双极化波束成形生成两个接收波束140a、140b。
更详细地，通过应用文献WO2011/050866A1中公开的原理，例如，有可能生成与元件波束宽度一样宽的阵列波束宽度（针对接收波束140a、140b），而不管天线阵列中存在多少个天线元件，因此导致双极化波束成形。因此，双极化波束成形可以根据需要用于选择性地使两个接收波束140a、140b变宽或变窄。因此，文献WO2011/050866A1中公开的原理可应用于模拟波束成形网络以便生成接收波束140a、140b。可用于根据需要生成宽接收波束140a、140b的原理的其他示例基于优化模拟波束成形网络的天线阵列的复权重或者通过使天线阵列的一些天线元件静音。
特别地，根据实施例，天线阵列190a、190b中的模拟波束成形基于具有用于两个极化中的第一极化的第一非零权重向量的第一权重矩阵和具有用于两个极化中的第二极化的第二非零权重向量的第二权重矩阵。第二权重矩阵基于第一权重矩阵的权重向量。第一权重矩阵被应用于天线元件160a、160b，以生成用于两个极化端口中的第一极化端口的两个接收波束140a、140b中的第一接收波束。第二权重矩阵被应用于天线元件160a、160b，以生成用于两个极化端口中的第二极化端口的两个接收波束140a、140b中的第一接收波束。因此，此处的第一权重矩阵和第二权重矩阵指的是针对波束140a、140b中的一个波束的两个极化。在这方面，注意到只需要实际使用第一极化和第二极化中的一个。因此，在不失去一般性的情况下，第二极化的实际使用是可选的。然而，在这方面，第二波束然而不是可选的并且必须被生成（具有与用于第一光束相同的极化）。
根据实施例，估计无线电信号的到达角α包括将针对两个接收波束140a、140b中的极化端口中的每个极化端口的测量的复振幅与鉴别器函数进行比较。
现在将公开鉴别器函数的各方面。
在一些方面，鉴别器函数是根据两个复波束图案计算的复函数，其将复振幅值唯一地映射到到达角α值。根据实施例，鉴别器函数基于复波束图案，并且在给定角扇区150内是到达角α的一对一函数。在一些方面，鉴别器函数由曲线表示。
通过测量在两个接收波束140a、140b中所接收的无线电信号，并与基于两个接收波束140a、140b的复波束图案的经计算的鉴别器函数进行比较，可以估计无线电信号的唯一到达角α。鉴别器函数的一个示例是两个复波束图案之间的比率。因此，根据实施例，鉴别器函数被定义为两个接收波束140a、140b的复波束图案之间的比率。
因此，一种从两个接收波束140a、140b估计到达角α的方式是形成鉴别器函数Δ/Σ，其中Δ和Σ分别由两个接收波束140a、140b的复波束图案定义。图5在（a）处示出该鉴别器的幅度随着方位角（azimuth angle）的变化，在（b）处示出该鉴别器的相位随着方位角的变化。例如，如果Δ/Σ的幅度是2并且相位是π/2，则在图5的说明性示例中，到达角α可被估计为40度。
一种生成仅具有相移的宽接收波束140a、140b的方法是借助于WO2016141961A1中描述的阵列扩展技术。WO2016141961A1涉及使用包括双极化元件的天线阵列的波束成形。通过适应并随后应用WO2016141961A1中描述的扩展技术，可能生成每极化鉴别器函数，其与用于总和波束和delta波束的鉴别器函数Δ/Σ相同，所述总和波束和delta波束具有与在扩展中使用的虚拟阵列（即，定义期望波束宽度并所述期望波束宽度被扩展到全天线阵列大小的天线阵列190a、190b的虚拟阵列）的波束宽度对应的波束宽度。
特别地，根据实施例，天线阵列190a、190b中的模拟波束成形基于生成一个或两个波束端口。通过组合天线元件160a、160b的至少两个非重叠虚拟阵列来定义一个或两个波束端口。两个接收波束140a、140b的虚拟阵列与相互不同的权重向量相关联。应用于虚拟阵列的权重向量定义虚拟阵列端口。每个虚拟阵列具有两个虚拟阵列端口。两个虚拟阵列端口具有相同的功率图案和相互正交的极化。经由扩展权重组合至少两个非重叠虚拟阵列。扩展权重将两个接收波束140a、140b中的每个接收波束映射到虚拟阵列端口，使得当在两个极化端口上求和时，每个接收波束具有与当在两个虚拟阵列端口上求和时的虚拟阵列相同的功率图案。扩展权重中的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两个接收波束140a、140b。在这方面，虚拟阵列在它们由相同的物理天线元件组成的意义上是相同的。应用于虚拟阵列的权重向量对于两个波束而言是不同的（例如，对于总和波束和delta波束而言，权重向量分别是[1 1 1 1]和[1 1 -1 -1]）。因此，虚拟阵列端口的波束图案是不同的，而并非虚拟阵列本身不同。
应用WO2016141961A1中的扩展技术并不意味着针对各个极化的波束图案具有总和与delta图案形状，而是仅意味着在两个极化上求和时的功率图案具有这些形状。这在图8中示出，其中示出了在应用WO2016141961A1中的扩展技术之后针对各个极化的功率图案以及针对总和图案（a）和delta图案（b）的来自两个极化的总功率的功率图案。因此，对于两个极化，鉴频器函数是相同的。例如，在Φ= 0度时，极化A的曲线表示与总功率曲线相同的功率关系。
这在图9中进一步说明，图9在（a）处示出针对各个极化的鉴别器函数以及针对具有两个天线元件的虚拟阵列的鉴别器函数Δ/Σ的振幅，以及在（b）处示出针对各个极化的鉴别器函数以及针对具有两个天线元件的虚拟阵列的鉴别器函数Δ/Σ的相位，所述两个天线元件分别具有权重[1 1]T和[1 -1]T，并且天线元件间隔等于波长的一半，即λ/2。显然，用于各个极化的鉴别器函数与用于从两个天线元件生成的总和与delta波束的对应鉴别器相同，尽管构成的复波束图案与总和和delta波束非常不同。除了鉴别器函数具有不连续性的几点之外，这是正确的。这些点对应于其中在极化中的一个极化中的复波束图案具有零增益的角。这些不连续性将对到达角估计没有影响，因为在这些点处只能使用其它极化的测量。
如上所述，用于两个接收波束140a、140b的波束宽度可以根据需要进行调整。图10和图11分别示出了对于具有权重[1 1 1 1]T和[1 1 -1 -1]T的4个天线元件虚拟阵列的情况下的复波束图案和鉴别器函数。这对应于前面的示例中波束宽度的一半的波束宽度。这可以用于覆盖较窄的给定角扇区150，并且因此在给定角扇区150内给出较高增益。图11示出了鉴别器函数的曲线彼此相同。鉴别器函数具有模糊性，但是这些模糊性在给定角扇区150之外，因此将不会影响作为波束寻找过程的一部分的到达角α的估计。
就虚拟阵列而言，在一些方面中，应用于两个接收波束140a、140b中的每个接收波束的鉴别器函数与应用于与两个接收波束140a、140b对应的虚拟阵列端口的鉴别器函数相同。无论存在一个极化还是两个极化，这都应该成立。在后一种情况下，对于两种极化它应该成立。
如上文所公开的，在一些方面中，无线电信号是从传送无线电收发器装置300接收的波束参考信号。因此，无线电收发器装置200可以被配置成使用电相位关系以便确定在与传送无线电收发器装置300的后续数据通信中要使用哪个（哪些）模拟波束。特别地，根据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采用波束与所谓的无线电收发器装置300通信，其中波束指向根据电相位关系选择的方向。波束可以是接收波束和/或传送波束。
也就是说，假设无线电收发器装置200被配置成采用多个窄波束通信，无线电收发器装置200可以基于所估计的电相位关系来选择最接近所估计的到达角α的波束以供与传送无线电收发器装置300的后续数据通信使用。
现在将公开无线电信号的各方面。
根据实施例，无线电信号的每个测量对应于一个完整或一个半正交频分复用（OFDM）符号，使得一个完整或一个半OFDM符号在两个接收波束140a、140b中的每个接收波束中被接收，测量中的相应一个测量基于所述一个完整或一个半OFDM符号。
更详细地，如上文所公开的，当两个接收波束140a、140b不能同时生成时使用模拟波束成形可能需要两个连续测量。然后，每个测量可以涉及两个正交极化中的波束中进行测量。在两个接收波束140a、140b中获得测量的一种方式是使无线电收发器装置300以传送参考信号，并且使无线电收发器装置200在两个OFDM符号中对这些参考信号进行测量。也可能首先通过在一个接收波束中在OFDM符号的前半部分中进行测量，然后改变模拟移相器以生成另一个接收波束，并且然后在另一个接收波束中在OFDM符号的后半部分中进行测量，从而在单个OFDM符号中执行两个测量。因此，在一些方面，无线电收发器装置200在两个连续（整个或半个）OFDM符号中获得测量，并且将第一接收波束用于第一（整个或半个）OFDM符号，并且将第二接收波束用于第二（整个或半个）OFDM符号。
实现这些的一种方式是使无线电收发器装置300传送仅占用每隔一个子载波的波束参考信号（其定义无线电信号）。在每隔一个子载波上进行传送意味着在频域中每隔一个采样之间的零插入。通过离散傅里叶变换（DFT）的特性，这意味着时域信号的两倍周期性重复，如图12中所示。图12示意性地示出了如何通过在每隔一个个子载波上进行传送来生成半OFDM符号。因此，在每隔一个子载波上进行传送意味着所得到的OFDM符号将由两个相同的半符号组成，并且然后可以在前一半中执行第一接收波束中的测量，并且在后一半中执行第二接收波束中的测量（或者反之亦然）。
在基于长期演进（LTE）的通信网络中，在每隔一个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（comb）图案来传送上行链路探测参考信号（SRS），其中每隔一个或每隔三个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SRS类参考信号结构一起使用。在单个OFDM符号中对两个接收波束140a、140b执行测量的优点是减少的参考信号开销和两个连续测量之间的减少的信道变化。
图13在多个功能单元方面示意性地示出了根据实施例的无线电收发器装置200的组件。使用下述中的一个或多个的任何组合来提供处理电路210：能够执行存储在（例如采用存储介质230形式的）计算机程序产品1510（如图15）中的软件指令的适当中央处理单元（CPU）、多处理器、微控制器、数字信号处理器（DSP）等。处理电路210还可作为至少一个专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）来提供。
特别地，处理电路210被配置成使得无线电收发器装置200以执行如上面公开的操作或步骤S102-S108的集合。例如，存储介质230可以存储操作的所述集合，并且处理电路210可以被配置成从存储介质230取回操作的所述集合以使得无线电收发器装置200执行操作的所述集合。操作的所述集合可以作为可执行指令的集合来提供。
因此，处理电路210从而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，所述永久性存储装置例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何单个或组合。无线电收发器装置200还可以包括至少被配置用于至少与另一无线电收发器装置300通信的通信接口220。因此，通信接口220可以包括一个或多个传送器和接收器，所述传送器和接收器包括模拟和数字元件。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的其他组件以及相关功能性，以免混淆本文所提出的构思。
图14在多个功能模块方面示意性地示出根据实施例的无线电收发器装置200的组件。图14的无线电收发器装置200包括多个功能模块；获得模块210a，被配置成执行步骤S102；估计模块210b，被配置成执行步骤S104；以及确定模块210c，被配置成执行步骤S106。图14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SS108的通信模块210d。一般而言，每个功能模块210a-210d在一个实施例中可以仅采用硬件实现，并且在另一个实施例中可以借助于软件实现，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，该计算机程序指令在处理电路上运行时，使得无线电收发器装置200结合图14执行上面所提到的对应步骤，还应当提到，即使模块对应于部分计算机程序，它们也无需是其中的单独模块，但是它们采用软件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-210d可以由处理电路210可能地与通信接口220和/或存储介质230协作实现。因此，处理电路210可以被配置成从存储介质230提取由功能模块210a-210d所提供的指令并配置成执行这些指令，从而执行如本文所公开的任何步骤。
无线电收发器装置200可以被提供为独立装置或至少一个另外的装置的一部分。例如，无线电收发器装置200可以在无线电接入网络的节点中或核心网络的节点中被提供。备选地，无线电收发器装置200的功能性可以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（诸如无线接入网或核心网）的一部分，或者可以散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任何特定数量的装置，在这些装置上可执行由无线电收发器装置200执行的指令。因此，根据本文公开的实施例的方法合适于由驻留在云端计算环境中的无线电收发器装置200执行。因此，虽然在图13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当中。这同样适用于图14的功能模块210a-210d和图15的计算机程序1520（见下文）。
图15示出了包括计算机可读存储介质1530的计算机程序产品1510的一个示例。在该计算机可读存储介质1530上，可以存储计算机程序1520，该计算机程序1520可以使得处理电路210以及可操作地与其耦合的实体和装置（诸如通信接口220和存储介质230）以执行根据本文描述的实施例的方法。因此，计算机程序1520和/或计算机程序产品1510可以提供用于执行如本文所公开的任何步骤的部件。
在图15的示例中，计算机程序产品1510被示为光盘，诸如CD（紧致盘）或DVD（数字多功能盘）或蓝光盘。计算机程序产品1510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诸如USB（通用串行总线）存储器或闪速存储器（诸如紧致闪速存储器）之类的外部存储器中的装置的非易失性存储介质。因此，虽然计算机程序1520在此示意性地被示为所描绘的光盘上的轨道，但是计算机程序1520可以采用合适于计算机程序产品1510的任何方式被存储。
已经在上面主要参考几个实施例描述了本发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的那样，在如由所附专利权利要求所定义的本发明概念的范围内，除了上面公开的实施例之外，其它实施例同样是可能的。

Claims (20)

1.一种用于确定天线阵列（190a、190b）中的天线元件（160a、160b）之间的电相位关系的方法，所述方法由无线电收发器装置（200）执行，所述方法包括：
获得（S102）在覆盖给定角扇区（150）的两个接收波束（140a、140b）中所接收的无线电信号的测量，并且其中所述接收波束（140a、140b）具有不同的复波束图案；
使用所述两个接收波束（140a、140b）中的所述测量来估计（S104）针对所述接收波束（140a、140b）中的每个接收波束的至少一个极化端口的所述无线电信号的到达角（α）；以及
根据针对每个极化端口所估计的所述到达角（α）来确定（S106）对应于所估计的到达角（α）的所述天线阵列（190a、190b）中的天线元件（160a、160b）之间的电相位关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其中每个接收波束（140a、140b）具有两个极化端口，并且其中每个接收波束（140a、140b）的所述两个极化端口具有相互不同的极化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中针对每个极化端口的所述无线电信号的所述到达角（α）独立于任何其他极化端口的所述到达角（α）来估计。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述两个接收波束（140a、140b）被生成使得在所述给定角扇区（150）内的任何角处，当在每个接收波束（140a、140b）的所述两个极化端口上求和时，所述接收波束（140a、140b）中的至多一个接收波束具有低于阈值的功率增益。
5.根据权利要求4所述的方法，其中当估计所述无线电信号的所述到达角（α）时，在所述两个极化端口上对所述复波束图案进行加权并求和。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述两个极化端口中的每个极化端口中的所述无线电信号的所述到达角（α）表示一个中间值，并且其中使用所述中间值的组合来估计所述到达角（α）。
7.根据权利要求2所述的方法，其中使用双极化波束成形来生成所述接收波束（140a、140b）。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述天线阵列（190a、190b）中的所述模拟波束成形基于具有针对所述两个极化中的第一极化的第一非零权重向量的第一权重矩阵以及具有针对所述两个极化中的第二极化的第二非零权重向量的第二权重矩阵，
其中所述第二权重矩阵基于所述第一权重矩阵的所述权重向量，
其中将所述第一权重矩阵应用于所述天线元件（160a、160b）以生成用于所述两个极化端口中的第一极化端口的所述两个接收波束（140a、140b）中的第一接收波束，以及
其中将所述第二权重矩阵应用于所述天线元件（160a、160b）以生成用于所述两个极化端口中的第二极化端口的所述两个接收波束（140a、140b）中的所述第一接收波束。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述天线阵列（190a、190b）中的所述模拟波束成形基于生成一个或两个波束端口，其中所述一个或两个波束端口是通过组合所述天线元件（160a、160b）的至少两个非重叠虚拟阵列来定义的，其中所述两个接收波束（140a、140b）的所述虚拟阵列与相互不同的权重向量相关联，其中应用于虚拟阵列的权重向量定义虚拟阵列端口，
其中每个虚拟阵列具有两个虚拟阵列端口，所述两个虚拟阵列端口具有相同的功率图案和相互正交的极化，其中所述至少两个非重叠虚拟阵列经由扩展权重来组合，
其中所述扩展权重将所述两个接收波束（140a、140b）中的每个接受波束映射到所述虚拟阵列端口，使得当在所述两个极化端口上求和时，每个接收波束具有与在所述两个虚拟阵列端口上求和时的所述虚拟阵列相同的功率图案，以及
其中所述扩展权重中的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所述两个接收波束（140a、140b）。
10.如权利要求1所述的方法，其中估计所述无线电信号的所述到达角（α）包括将针对所述两个接收波束（140a、140b）中的所述极化端口中的每个极化端口的所述测量的复振幅与鉴别器函数进行比较。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述鉴别器函数基于所述复波束图案，并且在所述给定角扇区（150）内是所述到达角（α）的一对一函数。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述鉴别器函数被定义为所述两个接收波束（140a、140b）的所述复波束图案之间的比率。
13.根据权利要求9和10所述的方法，其中应用于所述两个接收波束（140a、140b）中的每个接收波束的所述鉴别器函数与应用于与所述两个接收波束（140a、140b）对应的所述虚拟阵列端口的所述鉴别器函数相同。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号是从另一个无线电收发器装置（300）接收的，所述方法还包括：
采用指向根据所述电相位关系选择的方向的波束与所述另一个无线电收发器装置（300）通信（S108）。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线电信号的每个测量对应于一个完整或一个半正交频分复用OFDM符号，使得一个完整或一个半OFDM符号在所述两个接收波束（140a、140b）中的每个接收波束中被接收，所述测量中的相应一个测量基于所述一个完整或一个半OFDM符号。
16.一种用于确定天线阵列（190a、190b）中的天线元件（160a、160b）之间的电相位关系的无线电收发器装置（200），所述无线电收发器装置（200）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）以：
获得在覆盖给定角扇区（150）的两个接收波束（140a、140b）中所接收的无线电信号的测量，并且其中所述接收波束（140a、140b）具有不同的复波束图案；
使用所述两个接收波束（140a、140b）中的所述测量来估计针对所述接收波束（140a、140b）中的每个接收波束的至少一个极化端口的所述无线电信号的到达角（α）；以及
根据针对每个极化端口估计的所述到达角（α）来确定对应于所估计的到达角（α）的所述天线阵列（190a、190b）中的天线元件（160a、160b）之间的电相位关系。
17.一种用于确定天线阵列（190a、190b）中的天线元件（160a、160b）之间的电相位关系的无线电收发器装置（200），所述无线电收发器装置（200）包括：
处理电路（210）；以及
存储指令的存储介质（230），所述指令在由所述处理电路（210）执行时，使得所述无线电收发器装置（200）以：
获得在覆盖给定角扇区（150）的两个接收波束（140a、140b）中所接收的无线电信号的测量，并且其中所述接收波束（140a、140b）具有不同的复波束图案；
使用所述两个接收波束（140a、140b）中的所述测量来估计针对所述接收波束（140a、140b）中的每个接收波束的至少一个极化端口的所述无线电信号的到达角（α）；以及
根据针对每个极化端口估计的所述到达角（α）来确定对应于所估计的到达角（α）的所述天线阵列（190a、190b）中的天线元件（160a、160b）之间的电相位关系。
18.一种用于确定天线阵列（190a、190b）中的天线元件（160a、160b）之间的电相位关系的无线电收发器装置（200），所述无线电收发器装置（200）包括：
获得模块（210a），被配置成获得在覆盖给定角扇区（150）的两个接收波束（140a、140b）中所接收的无线电信号的测量，并且其中所述接收波束（140a、140b）具有不同的复波束图案；
估计模块（210b），被配置成使用所述两个接收波束（140a、140b）中的所述测量来估计针对所述接收波束（140a、140b）中的每个接收波束的至少一个极化端口的所述无线电信号的到达角（α）；以及
确定模块（210c），被配置成根据针对每个极化端口估计的所述到达角（α）来确定对应于所估计的到达角（α）的所述天线阵列（190a、190b）中的天线元件（160a、160b）之间的电相位关系。
19.一种用于确定天线阵列（190a、190b）中的天线元件（160a、160b）之间的电相位关系的计算机程序（1520），所述计算机程序包括计算机代码，所述计算机代码当在无线电收发器装置（200）的处理电路（210）上运行时，使得所述无线电收发器装置（200）以：
获得（S102）在覆盖给定角扇区（150）的两个接收波束（140a、140b）中所接收的无线电信号的测量，并且其中所述接收波束（140a、140b）具有不同的复波束图案；
使用所述两个接收波束（140a、140b）中的所述测量来估计（S104）针对所述接收波束（140a、140b）中的每个接收波束的至少一个极化端口的所述无线电信号的到达角（α）；以及
根据针对每个极化端口估计的所述到达角（α）来确定（S106）对应于所估计的到达角（α）的所述天线阵列（190a、190b）中的天线元件（160a、160b）之间的电相位关系。
20.一种计算机程序产品（1510），包括根据权利要求19的计算机程序（1520）以及其上存储所述计算机程序的计算机可读存储介质（1530）。
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