CN111480303A - 基于移动传感器的波束转向控制装置和方法 - Google Patents

基于移动传感器的波束转向控制装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及波束转向技术。在该技术中，一个或多个天线用于根据与环境相对应的配置形成指向第一波束方向的波束；在用户设备的方位发生变化后，识别所述波束的方向变化，其中，所述方位变化通过所述用户设备中的一个或多个传感器确定；根据所述第一波束方向和所述用户设备的所述方位变化计算第二波束方向；通过将所述波束转向至所述第二波束方向配置所述一个或多个天线，以补偿所述用户设备的所述方位变化。

Description

基于移动传感器的波束转向控制装置和方法
相关申请
本申请要求2017年12月19日递交的发明名称为“Apparatus and Method UsingMobile Sensor Based Beam Steering Control”的第15/847,703号美国非临时专利申请案及2017年11月13日递交的发明名称为“Apparatus and Method Using Mobile SensorBased Beam Steering Control”的第62/585,152号美国临时专利申请案的在先申请优先权。这些在先申请的内容以引用的方式并入本文本中。
技术领域
本发明通常涉及相位阵天线的波束转向，尤其涉及采用用户设备内的传感器所提供的信息进行波束转向，从而实现运动补偿。
背景技术
先进的无线通信系统和设备使用高度定向的天线系统来增加天线增益，例如使用5G NR和802.11ad/ay等协议标准下的毫米波(millimeter wave，mmWave)通信。为了提供该定向性，对驱动天线系统中的不同天线的信号进行相应加权，例如，涉及信号相位和幅度方面的加权。
由于mmWaves的特性，环境因素对波束赋形通信过程中的信号传输具有重大影响。在波束赋形通信中，波束转向改变相控阵天线的辐射方向图中的主瓣的方向，用于对齐和追踪来自发射器和接收器的波束(辐射方向图中的主瓣)。一旦波束追踪失败，如果未对齐的波束无法提供所需链路预算，波束赋形协议需要一定的时间在通信环境中重建无线链路。为了避免上述情况的发生，有必要关注可能会影响设备间通过波束赋形链路进行通信的能力的运行条件。例如，如果与基站通信的移动设备移动了，该移动设备使用的波束可能不再指向基站中被追踪的波束。在一种情形下，外部物体可能会干扰相控阵天线(比如，手放在了用户的移动设备上)，从而改变了波束的形成方式以及波束的追踪程度。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种波束转向方法。所述方法包括：根据与环境相对应的配置，配置一个或多个天线以形成指向第一波束方向的波束；在用户设备的方位发生变化后，识别所述波束的方向变化，其中，所述方位变化通过所述用户设备中的一个或多个传感器确定；根据所述第一波束方向和所述用户设备的所述方位变化计算第二波束方向；通过将所述波束转向至所述第二波束方向配置所述一个或多个天线，以补偿所述用户设备的所述方位变化。
可选地，在上述方面，所述方法还包括：根据所述用户设备中的所述一个或多个传感器提供的传感器信息确定所述用户设备的所述环境；根据所述环境选择所述一个或多个天线，并通过配置所选定的一个或多个天线的辐射方向图来形成接收波束；在所选定的一个或多个天线上接收来自基站的一系列训练波束的信号，并将所述训练波束的信号强度上报给所述基站。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，所述方法还包括：在与所述环境相关联的配置表中搜索所述一个或多个天线的波束方向；为与所述波束方向相关联的所述一个或多个天线加载配置；根据信号质量或强度中的至少一项为所述一个或多个天线中的每个天线确定最佳波束方向。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，所述一个或多个传感器提供的所述信息指示所述用户设备中的所述一个或多个天线中受到周围环境不良影响的天线，以便识别所述一个或多个天线的性能水平变化。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，所述性能水平变化对应于所述一个或多个天线的新配置，且所述变化反映在与所述环境相关联的所述配置表中。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，所述一个或多个传感器提供的所述信息指示所述用户设备中的所述一个或多个天线中因被阻挡而导致其性能水平低于某个阈值的天线。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，配置所述一个或多个天线以形成所述波束包括：对所述一个或多个天线中的每个天线相关联的信号的相对相位偏移和增益进行配置；针对所述一个或多个天线配置所述第二波束方向包括：将所述一个或多个天线中的某个天线切换至所述一个或多个天线中的另一个天线。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，所述一个或多个传感器为接近传感器、阻抗传感器、雷达传感器中的至少一种。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，为一个或多个相控阵天线中的每个振子天线对应的移相器和放大器的增益确定所述最佳波束方向。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，所述方法还包括更新所述一个或多个天线的配置，使其包括对应于所述环境的所述第二波束方向。
根据本发明的另一方面，提供一种波束转向设备。所述设备包括：包含指令的非瞬时性存储器，以及与所述存储器通信的一个或多个处理器，其中，所述一个或多个存储器执行所述指令，从而：根据与环境相对应的配置，配置一个或多个天线以形成指向第一波束方向的波束；在用户设备的方位发生变化后，识别所述波束的方向变化，其中，所述方位变化通过所述用户设备中的一个或多个传感器确定；根据所述第一波束方向和所述用户设备的所述方位变化计算第二波束方向；通过将所述波束转向至所述第二波束方向配置所述一个或多个天线，以补偿所述用户设备的所述方位变化。
根据本发明的又一方面，提供一种非瞬时性计算机可读介质。所述计算机可读介质存储用于波束转向的计算机指令；当所述指令由一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行以下步骤：根据与环境相对应的配置，配置一个或多个天线以形成指向第一波束方向的波束；在用户设备的方位发生变化后，识别所述波束的方向变化，其中，所述方位变化通过所述用户设备中的一个或多个传感器确定；根据所述第一波束方向和所述用户设备的所述方位变化计算第二波束方向；通过将所述波束转向至所述第二波束方向配置所述一个或多个天线，以补偿所述用户设备的所述方位变化。
发明内容简单介绍了一些概念，在具体实施方式中将进一步描述这些概念。发明内容不旨在提供专利申请所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在确定专利申请所要求保护的主题范围。专利申请所要求保护的主题不限于解决背景技术中提到的任何或所有问题的实现方式。
附图说明
本发明的各方面通过示例进行说明，并且不受附图的限制。其中，相似的图例编号指示相应的元素。
图1示出了用于数据通信的无线网络；
图2示出了根据一示例性实施例的基站、发射波束和接收波束；
图3示出了根据图2的物理信道以及所述物理信道上的信号传输；
图4示出了用户设备的状态图的一实施例；
图5A至图5C示出了基站和用户设备间的波束获取与追踪的过程；
图6A和图6B示出了对用户设备进行波束追踪以实现运动补偿；
图7A至图7D示出了环境对用户设备的天线性能和辐射方向图的影响；
图8和图9示出了根据本发明实施例的波束配置与追踪的一示例；
图10A至图10C示出了根据本发明的各方面的波束转向的流图；
图11A示出了可以实现根据本发明的方法及内容的示例性用户设备；
图11B示出了可以实现根据本发明的方法及内容的示例性基站；
图12示出了可用于实现各实施例的网络系统的方框图。
具体实施方式
本发明涉及相位阵天线系统的波束转向技术，尤其涉及高度定向的天线系统中的波束转向。其中，该天线系统中的传感器用于检测用户设备的运动。
相控阵天线波束赋形和波束对齐是毫米波频段移动通信中使用的主要技术。通过减少信号获取阶段的波束搜索与对齐时间以及保持连接态下的波束追踪，提升了用户体验。通过使用用户设备内的运动传感器和接近传感器所提供的信息，可以节省波束获取时间并提高波束追踪性能，从而提高网络资源利用率并且可以降低移动功耗。
本发明中的技术采用高度定向的天线系统中的波束转向，通过使用用户设备内的传感器来提供关于用户设备的方位变化(运动)的信息，以降低信号获取时间和提高追踪性能。特别地，将来自基站和所述用户设备的波束进行对齐以实现最佳性能(例如，最佳信号强度或信号质量)后，用于对相控阵天线系统的波束进行转向的配置表可以用于识别和追踪来自基站的入射波束。对于来自基站的入射波束而言，来自用户设备的最佳波束依赖于特定环境(例如，一些天线可能被阻挡或失谐的使用场景)。因此，针对每个特定环境创建配置表。传感器有效地预测新环境(使用场景的改变)或用户设备的运动(方位变化)。当传感器检测到环境变化时，加载并使用新配置表对相控阵天线进行控制。基于用户设备的方位变化和原先波束方向，用户设备根据所述配置表更新相控阵天线的配置，将波束转向至所述原先波束方向。
可以理解的是，本发明实施例可能以不同的形式实现，权利要求的范围不应限于本文中所阐述的实施例。提供这些实施例将使本发明更完整全面，并使本领域技术人员充分理解本发明实施例的概念。事实上，本发明意在包括由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的这些实施例的替代物、修改和等同物。另外，在本发明实施例的下述详细描述中，阐述了诸多细节，便于详尽的了解。然而，本领域普通技术人员清楚了解，在缺少这些细节的情况下，本发明实施例仍然可以实现。
图1示出了用于数据通信的无线网络。通信系统100包括，例如，用户设备110A至110C、无线接入网(radio access network，RAN)120A和120B、核心网130、公共交换电话网络(public switched telephone network，PSTN)140、互联网150、以及其它网络160。其它网络或可替代网络包括企业内部网络等私有和公共数据分组网络。虽然图中示出一定数量的此类部件或元件，所述系统100将包含任意数量的此类部件或元件。
在一实施例中，所述无线网络可以是第五代(fifth generation，5G)网络，包括至少一个5G基站。所述基站使用正交频分复用(orthogonal frequency-divisionmultiplexing，OFDM)和/或非正交频分复用(non-OFDM)以及小于1毫秒(例如100微秒或200微秒)的传输时间间隔(transmission time interval，TTI)与通信设备进行通信。一般而言，基站也可以指演进型基站(evolved eNodeB，eNB)和5G基站(next generation NodeB，gNB)中的任一种。另外，所述网络还可以包括对通过至少一个eNB或gNB从通信设备接收的信息进行处理的网络服务器。
所述系统100能够使多个无线用户发送和接收数据及其它内容。所述系统100可以实现一种或多种信道接入方法，包括但不限于码分多址(code division multipleaccess，CDMA)、时分多址(time division multiple access，TDMA)、频分多址(frequencydivision multiple access，FDMA)、正交频分多址(orthogonal FDMA，OFDMA)或单载波频分多址(single-carrier FDMA，SC-FDMA)。
所述用户设备(UE)110A至110C用于在所述系统100中运行和/或通信。例如，所述用户设备110A至110C用于发送和/或接收无线信号或有线信号。所述用户设备110A至110C中的每个用户设备代表任意合适的终端用户设备，可以包括(或可以称为)以下设备，例如：用户设备/装备(UE)、无线发送/接收单元、移动站、固定或移动用户单元、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、智能手机、膝上型计算机、电脑、触摸板、无线传感器、可穿戴设备，或消费类电子设备。
在所描述的实施例中，RAN 120A和RAN 120B分别包括一个或多个基站170A和170B(统称为基站170)。每个基站170用于与一个或多个UE 110A、UE 110B和UE 110C无线连接，使其接入所述核心网130、所述PSTN 140、所述互联网150和/或所述其它网络160。例如，所述各个基站(BS)170可以包括一个或多个常见的设备，例如：基站收发信台(basetransceiver station，BTS)、基站(NodeB)、演进型基站(eNB)、下一代(第五代)(5G)NodeB(gNB)、家庭基站、家庭演进型基站、基站控制器、接入点(access point，AP)、无线路由器、服务器、路由器、交换机、具有有线或无线网络的其它处理实体。
在一实施例中，所述基站170A构成所述RAN 120A的一部分，而所述RAN 120A可包括其它基站、元件和/或设备。类似地，所述基站170B成为所述RAN 120B的一部分，而所述RAN 120B可包括其它基站、元件和/或设备。运行每个基站170，以在一定的地理区域或范围内发送和/或接收无线信号。该区域或范围有时称为“小区”。在一些实施例中，可使用多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)技术，针对每个小区配置了多个收发机。
所述基站170与一个或多个用户设备110A至110C在无线通信链路上通过一个或多个空口(未示出)进行通信。所述空口可采用任何适合的无线接入技术。
所述系统100可能具有多信道接入功能，包括各种方案。在这些方案中，所述基站170和所述用户设备110A至110C用于实现长期演进(Long Term Evolution，LTE)无线通信标准、进阶长期演进技术(LTE Advanced，LTE-A)和/或LTE广播(LTE Broadcast，LTE-B)。在一些其它实施例中，所述基站170和所述用户设备110A至110C用于实现UMTS、HSPA、HSPA+标准和协议。当然，也可以使用其它多接入方案和无线协议。
所述RAN 120A和RAN 120B与所述核心网130通信，为所述用户设备110A至110C提供语音、数据、应用、基于IP的语音传输(Voice over Internet Protocol，VoIP)，或其它服务。可以理解的是，所述RAN 120A和RAN 120B和/或所述核心网130可以与一个或多个其它RAN(未示出)直接或间接通信。所述核心网130可作为其它网络(PSTN 140、互联网150、其它网络160等)的网关接入。此外，所述用户设备110A至110C中的一些或所有设备可包括与不同无线网络在不同无线链路上采用不同的无线技术和/或协议进行通信的功能。
所述RAN 120A和RAN 120也可以包括毫米波和/或微波接入点(APs)。所述AP可以为所述基站170的一部分，或者可以远离所述基站170。所述AP可以包括但不限于连接点(mmW CP)或者具有mmW通信能力的基站170(例如mmW基站)。所述mmW AP可在6GHz至100GHz等频段内发送和接收信号，但不需要一直在该频段内运行。本文中所使用的术语基站意指基站和/或无线接入点。
虽然图1示出了通信系统的一个示例，但仍然可以对图1进行各种改动。例如，在任何合适的配置中，所述通信系统100可包括任意数量的用户设备、基站、网络、或其它部件。也可以理解，术语用户设备可以指在蜂窝或移动通信系统中与无线网络节点进行通信的任何类型的无线设备。用户设备不限于目标设备、设备到设备(device-to-device，D2D)型用户设备、机器类用户设备、具有机器对机器(machine-to-machine，M2M)通信能力的用户设备、膝上型计算机、PDA、iPad、平板电脑、移动终端、智能手机、膝上型嵌入式设备(laptopembedded equipment，LEE)、计算机附属设备(laptop mounted equipment，LME)、USB数据卡。
图2示出了根据一示例性实施例的基站、发射波束和接收波束。所述基站202对作为其服务范围的一个或多个扇区所组成的小区204进行管理，并通过波束赋形方案形成了多个发送/接收(transmit/receive，Tx/Rx)波束BM1–BM7。所述波束赋形方案包括数字波束赋形(例如，发送(Tx)前快速傅里叶逆变换(pre-Inverse Fast Fourier Transform，pre-IFFT)波束赋形/接收(Rx)后快速傅里叶变换(post-Fast Fourier Transform，post-FFT)波束赋形)、模拟波束赋形(例如，Tx post-IFFT波束赋形/Rx pre-FFT波束赋形)、或其组合。所述基站202通过同时或依次扫描波束赋形信号来传输所述信号，例如，开始扫描波束BM1，最后扫描波束BM7。结合图4A和图4B对其进行更加详细的描述。
所述基站202可包括一个或多个天线(未示出)或可与一个或多个天线相关联。所述天线用于发送和/或接收无线通信信号、块、帧、传输流、包、消息和/或数据。在一实施例中，所述天线可包括用于生成一个或多个定向波束的天线阵列，例如，所述天线阵列通过一个或多个波束赋形链路进行通信。
在一些其它实施例中，所述天线可包括任意其它天线配置、结构和/或一个或多个天线振子、部件、单元、组件和/或阵列的布置。例如，所述天线可包括相控阵天线、全向天线、单振子天线、多振子天线、波束转换天线集合等。所述天线阵列可包括一个或多个天线振子，所述天线振子可用于建立高度定向天线模式等。例如，所述天线振子可放置于预定义几何形状的阵列如二维阵列中，或者可用于形成一个或多个高度定向天线模式或波束。通过在所述天线振子上设置合适的信号相位和/或通过基带处理来进行波束转向。
在又一实施例中使用双极化振子。此处，天线阵列的单振子可包含多极化天线。多个振子可组合形成一个天线阵列。极化天线之间可以完全隔开。例如，两个极化天线可以垂直放置，并与水平极化天线和垂直极化天线相对应。
在一些实施例中，所述基站202可用于控制所述天线阵列生成一个或多个波束，并将所述波束进行转向使其指向UE 110等一个或多个其它设备。
在一些其它实施例中，所述基站202和所述UE 110可使用mmWave通信频段为较大的覆盖范围提供无线连接。
(图1中的)用户设备110A至110C等用户设备(UE)位于所述基站202的小区中，用于：全向接收信号但不支持Rx波束赋形，接收信号并支持每次使用一个波束赋形模式进行Rx波束赋形，接收信号并支持在不同方向上同时利用多个波束赋形模式进行Rx波束赋形。
若所述用户设备110A至110C不支持Rx波束赋形，所述用户设备110A至110C将在每个发射波束上测量参考信号(reference signal，RS)的信道质量，并将测量结果上报至所述基站202。然后，基站202在多个Tx波束中为所述用户设备110A至110C选择最佳波束。若所述用户设备110A至110C用于支持Rx波束赋形，所述用户设备110A至110C将针对每个接收波束方向图，测量从所述基站202接收到的多个Tx波束的信道质量，并将所有Tx-Rx波束对中全部或部分排名靠前的测量结果上报至所述基站202。所述基站202可为所述用户设备110A至110C分配合适的Tx波束。若所述用户设备110A至110C能够从所述基站202中接收多个Tx波束或者支持多个基站Tx-用户设备Rx波束对，所述基站202可以基于通过重复传输或同时传输实现的分集传输来选择波束。
图3示出了根据图2的物理信道以及所述物理信道上的信号传输。当(图1中的)用户设备110A至110C上电或进入小区204(如图2所示)等新小区时，所述用户设备进行初始小区搜索302。所述小区搜索302涉及实现与gNB 202等基站的同步。具体地，所述用户设备实现与gNB的时间同步，并通过从所述基站gNB 202接收主同步信道(PrimarySynchronization Channel，P-SCH)和从同步信道(Secondary Synchronization Channel，S-SCH)获取小区标识(cell identifier，ID)及其它信息。之后，所述用户设备可通过从所述基站gNB202接收物理广播信道(Physical Broadcast Channel，PBCH)获取所述小区内的信息广播。在初始小区搜索期间，所述用户设备可通过接收下行参考信号(downlinkreference signal，DL RS)来监测下行(downlink，DL)信道的状态。
在进行初始小区搜索之后，在步骤304中，所述用户设备110A至110C可根据PDCCH(Physical Downlink Control Channel，PDCCH)中包含的信息接收所述PDCCH和物理下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel，PDSCH)，进而获取详细的系统信息。
若所述用户设备110A至110C初始接入所述gNB 202或者不具有向所述gNB 202传输信号的无线资源，所述用户设备110A至110C可与所述gNB 202进行随机接入过程306。在所述随机接入过程306中，
在上述过程完成之后，所述用户设备110A至110C可从所述gNB 202接收PDCCH和/或PDSCH，并将物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel，PUSCH)和/或物理上行控制信道(physical uplink control channel，PUCCH)发送至所述gNB 202。这就是大致的DL/UL信号传输过程308。具体地，所述用户设备110A至110C在PDCCH上接收下行控制信息(Downlink Control Information，DCI)。所述DCI例如包括所述用户设备110A至110C的资源分配信息等控制信息。
所述用户设备110A至110C在上行(UL)信道传输至所述gNB 202的控制信息或所述用户设备110A至110C在DL信道从所述gNB 202接收的控制信息包括：DL/UL应答/否定应答(Acknowledgment/Negative Acknowledgment，ACK/NACK)信号、信道质量指示(ChannelQuality Indicator，CQI)、预编码矩阵指示(Precoding Matrix Indicator，PMI)、秩指示(Rank Indicator，RI)等。CQI、PMI和RI等所述控制信息可在PUSCH和/或PUCCH上传输。
图4示出了用户设备的状态图的一实施例。所述状态图示出了利用上述相控阵天线进行自适应波束赋形的状态转换500。在所述实施例中，UE 110等UE可能处于空闲态500。然而，所述UE 110可以在通信范围内检测gNB 202等基站，随后可能退出空闲态500并进入另一状态，例如获取状态。在这种状态下，例如，扇区级扫描(sector level sweep，SLS)模块502和波束细化模块504可发起波束赋形和建立，以使所述空闲态500转换到连接态(未示出)。例如，这些模块内的各种传感器可检测人体与UE 110的接近程度，并协助所述UE 110选择合适的相控阵天线。类似地，波束追踪模块506可以包括用于运动检测和估计的传感器以协助波束追踪。
在波束赋形训练过程中，采用扇区扫描(在不同方向进行波束扫描)的一系列训练符号/帧提供必要的信号，以使每个设备针对发送和接收确定合适的天线系统设置。在波束赋形训练成功完成后便可建立通信(例如毫米波)。
特别地，波束赋形可包括波束扫描/扇区级扫描(SLS)阶段(由所述SLS模块502实现)以及后续波束细化阶段(由所述波束细化模块504实现)。在波束扫描/SLS阶段，所述UE110进行接收扇区扫描，同时对所述基站执行的所述系统信息的发送扇区扫描进行监控。扇区一般指对应于特定扇区ID的发送天线模式或接收天线模式，并且与相控阵天线配置直接相关。在该阶段中，gNB 202与发起UE 110通过所需要的扇区和波束互相通信。在UE 110发送扇区扫描报告、从基站接收扇区扫描反馈以及发送应答之后，该阶段通常就结束了。
可包括波束细化阶段，以进一步完善波束赋形。在波束细化阶段，所述UE 110可针对多次传输进行扫描，在多次传输之间可改变发射器或接收器的天线配置，从而最终实现波束细化反馈。因此，在波束细化阶段，所述UE 110可以针对发送和接收改善其天线配置。
然而，初始天线配置可能会随着传播信道的任何实质性改变以及所述UE 110和所述gBN202间的相对运动而发生改变。为了避免上述情况出现，可通过根据连续信道测量和波束细化不断更新波束，保持所述UE 110和所述gBN 202的最佳波束对。该过程称为波束追踪，可由波束追踪模块506实现。
波束追踪实现设备间的定向通信，但是受到无线信道变化和相对运动与方位数据变化的影响，且在如上所述的初始波束获取之后执行。波束追踪旨在从初始波束赋形训练配置开始，在通信链路的两端调整发送和接收波束方向图。
系统可采用各种传感器，以便实现扇区级扫描、波束细化以及波束追踪。例如，一个或多个传感器(未示出)可包括但不限于电容式接近传感器、接近光传感器、加速度计、磁力计、陀螺仪。在一实施例，处理器可以通过包括数据总线、串行数据链路或其它电路在内的任意一个电子通信媒介耦合至任意一个或多个传感器。
电容式接近传感器等接近传感器通过电容式感应来检测任意导电物体或与空气具有不同介质特性的物体。在一些实施例中，电容式接近传感器位于所述UE 110的上下端和左右侧。在这种情况下，所述电容式接近传感器检测所述用户设备两对侧的当前电容。所检测的电容指示例如用户是否对所述用户设备进行了操作以及操作的方式。例如，结合(将在下文进一步描述的)图7A至图7C所示，所述电容指示用户是否握持所述用户设备以及握持方式。例如，可将所述UE 110握在左手或右手(图7B和图7C分别示出正面和背面辐射方向图)，或者用户完全没有握住所述UE 110(图7A示出辐射方向图)，也可以通过手指、手掌和拇指进行区分(未示出)。在另一实施例中，可结合电容式触摸屏检测人体(面部)的接近程度，或检测其它配置下的手握情况。
接近光传感器为另一种类型的传感器，可耦合至所述UE 110。所述接近光传感器发出(红外)光并检测反射光，从而获得反射光到反射物之间的距离的信息。所述检测器一般放置在所述UE 110正面顶部，在使用时最接近用户的头部。随着所述UE 110越靠近用户的头部，所述检测器检测所述用户的头部到所述UE 110的接近程度。
所述UE 110还可以包括加速度计，用于检测所述UE 110在至少一个维度上的加速度。所述UE 110的方位可根据所检测的加速度进行测量。典型的三轴加速度计将提供所述UE的倾斜信息及其加速度。
所述UE 110也可包括磁力计，用于测量诸如磁铁等磁性材料的磁化磁场或者特定位置的地球磁芯磁场。例如，指南针是一种简单的磁力计，用于测量周围磁场的方向。磁场信息可用于校准设备方位。
陀螺仪为另一类型的传感器。所述UE 110中可包括陀螺仪，可用于测量物体的方位和角速度。例如，使用三轴陀螺仪可确定沿三条轴线的旋转速度。
在另一示例中，通过采用基于GPS的传感器，GPS坐标可用于对所述UE 110的运动进行追踪。可使用GPS、辅助GPS技术(Assisted-GPS，A-GPS)等获得坐标。来自GPS传感器的室内/室外信息、速度和位置信息可用于确定波束获取与波束追踪策略。在一实施例中，所述UE 110的位置可以在更小范围内确定，因为所述基站可以对根据所述GPS坐标或时间/速度信息接收的定向信号强度测量结果进行过滤。
可以理解的是，上述传感器不具有限制性，并且可以使用任意数量的不同传感器。
图5A至图5C示出了基站和用户设备间的波束获取与追踪的过程。以上示例性实施例中所述的通信系统采用所述基站202的高度定向波束(例如mmWave通信)BM1至BM5以及所述UE 110的BM6至BM10，并且要求这些波束指向彼此。该过程通常称为波束获取。通过波束获取来进行相应设备(例如，所述基站202和所述用户设备110)之间的初始波束配置，使这些设备发起如上简述的通信。
如图5A所述，基站(例如，gNB 202)可初传定向波束BM1至BM5，这些波束也可标识为扇区。在所述gNB 202传输这些波束时，一些波束可以到达所述UE 110，而另一些波束可能被阻挡或由于干扰而转向。例如，波束BM2和BM3在远离所述UE 110的方向上转向并由墙壁反射，而BM1由墙壁反射并转向至所述UE 110。对于向所述UE 110所在的扇区传播的波束(例如BM1)，所述UE 110接收所述传输的波束BM1.在所述示例中，采用全向波束天线接收所述波束BM1(可以理解的是，全向波束天线作为示例而非限制)。如果UE侧可使用一个以上的波束，每个波束将用于识别来自基站的波束。例如，如图5B所示，针对所述UE 110的各个波束(BM6-BM10)，在最终的波束测量报告完成之前，发射器将扫描所有可用波束(BM1-BM5)。
在一波束获取实施例中，将采用迭代训练方案。在迭代训练过程中，为了训练发射器或接收器，在连续迭代中使用训练序列和反馈。该迭代训练方法的优势在于，发送功率被分配给多个功率放大器并且可以自适应地进行波束转向。也可以使用其它获取技术，包括但不限于穷尽搜索和基于上下文信息(context information，CI)的搜索。
在图5B中，在进行初始信号获取之后，所述gNB 202和所述UE 110间实现了波束对齐(如图中的虚线箭头所示)。然而，由于所述获取过程之后通信设备间的无线信道条件变化及相对运动，初始天线配置可能效果不佳。因此，所述gNB 202和所述UE 110的最佳波束对可以通过根据各种参考信号的接收信号质量不断更新进行改善。该过程称为波束追踪，因为波束搜索空间限于与最近已知最佳波束紧密相关的几个候选波束，因此波束追踪通常比初始波束获取过程更加简单。详情如下文所述。
如图5C所示，波束追踪实现设备间的定向通信，但是受到相对运动与设备方位变化的影响。波束追踪在所述初始波束获取之后执行，其中，在所述初始波束获取过程中实现所述gNB 202和所述UE 110之间的初始波束对齐。波束追踪旨在从初始波束赋形训练配置开始，在波束赋形链路的两端调整发送和接收波束方向图。例如，所述UE 110的方向已进行旋转，致使(在初始获取过程中确定的)旧(先前)波束方向BM6不再与期望波束方向(图5B中所示的旧波束方向BM6)对齐。下文结合图6A和图6B对旋转和方位变化进行更详细地描述。
图6A和图6B示出了对用户设备进行波束追踪以实现运动补偿。因为链路是高度定向的，所述UE 110位置/方位上的细微变化可导致数据速率的重大改变。例如，用户流数据可能会因为位置的细微变化或在特定方向上的限制性运动发生信号质量变化。同样地，如下结合图7A至图7D所述，手或人体的放置将干扰辐射方向图并可导致天线失谐，从而影响天线阵列的性能。通过临时关闭接收器并进入睡眠模式，所述UE 110可能进入非连续发送/接收状态，因此无法追踪来自基站(gNB 202)的波束。在被唤醒后，所述UE 110通过采用位于其内部的传感器的数据(如上所述)，将所述UE的波束配置为睡眠前的波束方向，以补偿所述UE 110的运动。所述UE 110还可能经历环境变化，例如UE 110被握在手中或与人体间的相对位置改变。一旦检测到环境变化，所述UE 110可以加载与新环境相关的新配置表，而在环境变化之前将相控阵天线配置为相同的波束方向。
所公开的实施例提供了一种非限制性示例，采用位于所述UE 110内部的传感器的数据(如上所述)来补偿所述UE 110的运动，以协助波束追踪。所述UE 110可以使用各种方法来确定其运动和/或方位变化并将这些信息上报至gNB 202。所述UE 110也可基于所述内部传感器通过信号通知方位变化，通过将其波束配置修改为使用可替换的波束或方向或者切换至不同的天线阵列，以保持其波束方位指向来自所述gNB 202的波束。
如上所述，所述UE 110(包括天线1和天线2)仍然处于初始位置(如图6A所示)。此处，已在期望波束方向A至E中的一个波束方向上追踪入射波束1。在这种情况下，这个期望波束方向为天线1中的期望方向B。在所述UE 110旋转或运动后，天线1和天线2的位置也进行了旋转，所述入射波束1只能在天线2上获取。在一实施例中，所述UE 110的旋转或运动需要新的期望波束方向，而不能改变为(切换至)不同天线。
特别地，结合图6A中的实施例，所述UE 110与所述gNB 202之间存在波束赋形链路(具有期望方向1)。此处，已在期望波束方向1上追踪波束。所述gNB 202也可以通过所述波束赋形链路1从所述UE 110获取传感器信息，以获得方位信息，如上所述。在一实施例中，所述传感器信息可用于确定当包括天线1和天线2的所述UE 110的方位改变时“最适合”使用的波束。
如图6B所示，在运动或方位变化之后，所述UE 110可调整其波束和天线1，以保持来自期望方向1的波束赋形链路。在另一实施例中，所述UE 110保持其波束和天线1，并将所述波束赋形链路调整至期望方向2(由所期望的波束B追踪)，从而维持与所述gNB 202之间的通信(并将该变化通知所述gNB 202)。因此，所述gNB 202还可以更新当前波束方向(可选地，以及所关联的配置表，如下所述)，以继续与所述UE 110进行通信。
在一实施例中，若所述UE 110的运动或方位变化很大(例如，超过某阈值)，可能会使用不同的天线阵列以保持连接。例如，在图6B中，所述UE 110的旋转或方位变化可能会很大，致使所述波束赋形链路的期望方向需要进行天线切换。当初始天线(天线1)不再指向所述入射波束时，所述UE 110可以要求从天线阵列中的天线1切换至天线2。从所述天线1切换至所述天线2可以提供保持所述波束赋形链路和/或更好链路质量所需的增益。
在一实施例中，除了所述UE 110反馈的定向信号强度测量结果和位置及方位信息之外，所述gNB 202还可以使用历史数据(结合/不结合传感器信息)来追踪所述UE 110，从而可以预测所述UE可能经过的方向。
图7A和图7B示出了环境对用户设备的天线性能和辐射方向图的影响。如各实施例所述，环境可显著影响天线性能。由于所述UE 110可能受设备在广泛的操作和/或物理环境下的运行状况的重大影响，通过根据所述UE 110提供的信息进行动态辐射方向图成形与优化，有助于保持信号质量。其中，所述提供的信息包括传感器和其它信号质量参数。通过了解环境阻碍因素使所述UE 110中的传感器能够调整并优化所述UE 110与所述gNB 202之间的波束赋形链路，从而提高信号质量并防止链路失败。例如，如果所述UE 110中的传感器检测到方位变化，天线阵列将被重新配置或切换，或者将根据波束间的极化匹配更改针对移相器的现有相位设置。
现参阅图7A，本实施例公开了环境因素对所述UE 110的天线性能影响不大的场景。在所公开的示例中，第一天线阵列(未示出)设置在所述UE 110的正面，第二天线阵列(未示出)设置在所述UE 110的背面。由于环境因素对天线性能的影响不显著，辐射方向图未受干扰，如上所述。例如，与所述UE 110相关联的自由空间天线辐射方向图在使用模式(环境)下进行说明。在该模式(环境)下，所述UE 110在远离用户的位置上，不受阻挡。
在一示例性实施例中，所述UE 110位于桌子、书桌或柜台的表面，或者在抽屉、钱包、口袋或保护套等封闭空间中。用户、所述表面或封闭空间等邻近所述UE 110的物体可以包括一个或多个材料，每个所述材料都具有特定的介电常数。这些物体可通过电磁耦合、反射、折射、绕射、吸附、极化以及散射中的任何一种方式影响天线的无线波。
在另一实施例中，所述UE 110可检测附近物体的一个或多个特征，例如，介电常数及与所述UE 110的相对位置。在一实施例中，所述UE 110可以预测所述物体如何影响天线的性能水平。例如，所述UE 110可借助电容式接近传感器并根据介电常数和/或随着时间的电容变化来确定所检测的物体为用户。在一实施例中，所述UE 110可用于根据检测的介电常数预测性地调整天线。
结合图7B和图7C，假设手(和/或手指)的位置阻碍或阻挡了第一天线和/或第二天线，则用户的手等环境因素影响了天线性能。如上所述，所述UE 110的正面具有辐射方向图，手放在所述UE 110的背面(如图7B所示)不会对所述辐射方向图有很大影响。所以所述辐射方向图与图7A中所示的辐射方向图类似。然而，假设用户手的放置阻碍或阻挡了天线，所述UE 110的背面的天线性能却能影响辐射方向图(如图7C所示)。
可以从所述UE 110的一个或多个传感器读数等中获知此类环境影响。例如，在一实施例中，所述UE 110的处理器可用于进行一个或多个读数以及计算来自所述一个或多个传感器的读数。所述处理器可用于在检测到一个或多个环境变化后进行所述读数和/或计算。所述一个或多个传感器可用于检测所述UE 110周围环境的特征。
例如，用户可用右手握持所述UE 110。因此，用户的手可能会影响所述UE 110的天线特征，例如上行和/或下行的无线电特性。例如，如果天线离手很近，手将造成严重的天线失谐。可通过监测所述天线的阻抗检测到这种情况下的失谐。可使用阻抗检测电路根据测量前向功率与反向功率的比例获得所述天线的阻抗。在另一种情况下，用户的手可能至少部分遮挡了天线，因而阻挡了所述UE 110的一个或多个天线与所述gNB 202的天线之间的信号。在一示例中，在mmWave频段工作的雷达传感器可以检测到此类变化。
在图7D中，所述UE 110的天线被用户的头部阻碍或阻挡且所述UE 110被握在手中。正如所预期的，用户的头部或其它环境因素会对天线的性能水平造成不良影响。通过使用本文所述的各种技术，所述UE 110的环境变化将触发天线配置的变化，可通过前文所述的内嵌于所述UE 110的传感器发起并确定所述天线配置的变化。例如，在用户用手机通话时，用户的头部距离所述UE 110较近，可能会增加用户所吸收的辐射量，进而导致无线性能的降低。
可以理解的是，所描述的对天线的性能水平和辐射方向图的影响仅为示例，并不用于限制实施例。对于每个天线而言，可基于其它环境因素或场景测量或确定其它辐射方向图。
图8和图9示出了根据本发明实施例的波束配置与追踪的一示例。在一些实施例中，用户设备(例如，UE 110)中的相控阵天线的特征由所述UE 110中的传感器等根据天线的环境(或使用情形)来确定。换言之，所述相控阵天线可根据所述UE 110所运行的特定环境进行配置(或重配置)。所述UE 110的环境变化可导致或触发相控阵天线配置(或重配置)的变化。例如，配置信息可存储在包括相控阵列中各个天线的相控阵列配置的配置表801中。在一实施例中，所述配置表为查询表，包括基于所述UE 110检测的物理和/或功能使用情形(环境)的索引天线信息和相应的相控阵列配置。可以理解的是，所述配置表801可存储在存储器1106、1156、1220等存储器中，并且由所述UE 110的处理器1106等处理器编索引。
结合图8，在三维坐标系中描述所述UE 110。基于仰角(θ)和方位角
Figure BDA0002484483590000111
采用二维坐标(用方块表示)描述来自所述UE 110的波束。针对各种环境的相控阵天线系统的特征可以通过仰角(θ)和方位角
Figure BDA0002484483590000112
角度索引的表来体现，该表映射到所述UE 110固定坐标中的量化方向。在该示例中具有五种环境，包括：自由空间、头旁边和手右侧(beside head and handright，BHHR)、头旁边和手左侧(beside head and hand left，BHHL)、手左侧(hand left，HL)、手右侧(hand right，HR)。针对任意环境中相对于所述UE 110的各个方向(θ，
Figure BDA0002484483590000113
)，对所述系统中的每个相控阵天线进行分析，找到每个移相器(时延)和放大器增益的最佳设置(例如，确定各种环境中性能最好的相控阵天线)。若所述UE 110具有多个相控阵天线，每个相控阵天线可用天线索引进行标识。针对相对于所述UE 110的各个方向，选择具有相应移相器和放大器增益设置的天线。在一实施例中，选择两个相控阵天线配置，其中，每个极化对应一个相控阵天线配置。针对各个环境的相应配置存储在所述配置表801中。
例如，对于各种环境中的每个方向，所述配置表801配置有包括所述相控阵列中每个天线的相控阵列配置的配置信息。在图8的示例中，所述相控阵列具有四(4)个天线，因此所述配置表801包括4个对应的天线索引(天线索引1至天线索引4)以及相控阵列配置(相控阵列配置1至相控阵列配置4)。但是可以理解的是，可能存在任意数目的环境。每个方向的多个相控阵天线可用于分集操作，或用于MIMO配置以在发送方向上或接收方向上支持一个以上的流。
另外，相对于所述UE 110的每个方向上都存在一个最佳(或一系列最佳)的相控阵天线设置。在所述获取阶段，由于所述UE 110扫描每个发送训练波束序列的可能的接收波束，发射(入射)波束方向可通过(相对于所述UE 110的)最佳接收波束方向确定。参阅图9，当所述UE 110的方位发生变化时，追踪和优化所述UE 110的波束。如图所示，环境901具有旧(原先或先前)波束方向、新波束方向(在所述UE的方向变化之后)及相应的配置表903和905。特别地，在波束追踪过程中，当前的相控阵天线系统配置(天线索引和相控阵列配置)与波束搜索与对齐过程中确定的入射/出射波束相关。所述UE 110中的传感器用于根据所述UE 110的方位变化(Δθ，
Figure BDA0002484483590000121
)预测所述UE 110的方位。可基于所检测到的方位变化，根据所述配置表903和905中的配置更新天线切换状态(指示应该使用/选择哪个天线)和移相器配置。在一实施例中，如果方位角度改变并超过了限制值/阈值，可以将天线和相控阵列配置从一个极化调整为另一极化。在另一实施例中，当环境变化时，所述配置表903和905进行更新，以反映所述变化情况。
以下结合各图描述了波束获取和追踪的示例性实施方式。下述实施方式仅为实施方式的一个示例，以进行说明而非具有限制性。
如上所述，通过波束获取来进行相应设备(例如，所述gNB 202和所述UE 110)之间的初始波束配置，使这些设备发起mmWave频段通信等通信。在所述gNB 202和所述UE 110建立通信之后，所述UE 110可使用传感器提供的信息确定其所运行的特定环境(例如，自由空间、BHHR、BHHL、HL、HR)。一旦确定运行环境发生变化，将加载与新环境相对应的新配置表。选择相控阵天线，并为其配置其中具有相同索引(θ，
Figure BDA0002484483590000122
)的新加载配置表。
在波束搜索过程中，所述gNB 202将一系列训练波束发送至所述UE 110。为每个训练波束配置一特定方向且每个训练波束由所述UE 110接收。在一实施例中，将所述UE的天线模式配置为全向，如图5A中的示例所述。在另一实施例中，如果所述UE 110具有多个相控阵天线，只能为每个方向配置所述配置表(针对特定环境)中列出的天线。所述UE 110可使用传感器信息确定所述环境。例如，如果所述UE 110(根据传感器信息)确定用户的手挡住了其中两个天线，在波束搜索/对齐过程中所述UE 110将使用除所述两个被阻挡的天线以外的其它天线。所述UE 110将使用所有可用波束(覆盖所有预定方向)来接收训练波束，并将接收到的训练波束ID或具有最强信号的波束上报给所述gNB 202。例如，若所述gNB 202被配置为16个不同方向(扇区)且所述UE 110具有6个可用天线，则所述gNB 202将发送96个训练波束(16个方向×6个天线，其中，向6个天线中的每个天线发送16个训练波束)。接收到所述训练波束时，所述UE 110将上报质量最好(信号最强)的训练波束或者信号质量最好的几个波束。在该示例中，为便于论述，所述UE 110将上报质量最好的训练波束2(扇区2)和天线2。在所述UE 110将质量最好的波束上报给所述gNB 202后，在向所述UE 110发送信号时，所述gNB 202可开始使用质量最好的波束进行发送，所述UE 110可开始使用相应的接收波束进行接收或进行波束精细对准。
在波束搜索/对齐过程中，所述UE 110可配置全向阵列，或者使用所述配置表中的一些波束。波束搜索/对齐过程中使用的所述配置表可以与追踪状态下使用的表相同。波束搜索/对齐过程中使用的所述配置表可以不同，覆盖(θ，
Figure BDA0002484483590000123
)空间中分辨率粗的所有方向，或者覆盖有限的方向，因为在该环境中部分相控阵天线被认为不可使用。在完成波束对齐之后，所述UE 110可加载与追踪状态相对应的配置表，如图8和图9所示。例如，若所述UE 110在头旁边和手右侧(BHHR)，对应于所述BHHR环境(使用情形)的配置表将被加载。在一些实施例中，由于所述gNB 202使用上报的最佳波束进行传输，当在波束搜索/对齐阶段使用全向模式时，所述UE 110将在所述确定的配置表中搜索所有可能的方向(θ，
Figure BDA0002484483590000124
)。在另一实施例中，所述UE 110在波束搜索/对齐状态下使用一些可用波束，而所述gNB 202使用上报的波束进行传输，所述UE 110将在接收波束的邻域(θ0，
Figure BDA0002484483590000131
)进行搜索。例如，图8示出两个方向：(θ1，
Figure BDA0002484483590000132
)和(θ2，
Figure BDA0002484483590000133
)。为便于论述，假设第一方向为(30，15)，该方向上的天线具有索引#1和预定相控阵列配置1；第二方向为(45，90)，该方向上的天线具有索引#2和预定相控阵列配置2。所述UE 110可基于搜索结果根据信号质量或信号强度标准在所述两个方向中选择最佳方向。例如，根据信号质量或强度将相控阵列配置2对应的第一方向选定为最佳方向(用箭头表示)。
然后，所述UE 110可通过为相控阵天线配置确定的最佳方向来开始执行精细对准过程，该最佳方向由配置表中定义的最佳天线决定。例如，若所述UE 110在具有天线#2的方向(45，90)上获得最高的信号质量，所述UE 110将选择天线2，并为其配置使用配置表中指示的预定相控阵列配置。在一实施例中，所述gNB 202和所述UE 110之间的附加对齐可通过调整波束方向来实现。
在波束搜索与精细化完成之后，所述UE 110开始进行波束追踪。如上所述，波束追踪指的是对所述UE 110和所述gNB 202之间的波束配置进行更新，以使达到最佳波束对齐的效果。波束追踪取决于所述基站与所述UE 110之间的无线信道条件以及所述UE 110的相对运动和方位。如果信道相干时间(假设在这段时间中信道是静态的并且波束方向保持不变)足够长，运动/方位信息将用于保持追踪状态。信道相干时间用于确定需要提供运动/方位信息的频次。可根据可能由GPS传感器等估算的所述UE 110的速度推导所述信道相干时间。基于上述已执行的过程，所述UE 110获知了所述相控阵天线配置和入射波束方向。例如，根据上述示例，所述UE 110可知最强信号来自方向(45，90)。
当所述UE 110改变方位(例如旋转)时，所述UE 110可根据所述UE 110中的传感器提供的传感器信息确定方位变化(Δθ，
Figure BDA0002484483590000134
)。根据原先的(先前的)方位(θ，
Figure BDA0002484483590000135
)和新方位(Δθ，
Figure BDA0002484483590000137
)，所述UE 110可计算出先前的波束方向为(θ–Δθ，
Figure BDA0002484483590000136
)。例如，若所述UE 110在固定于所述gNB 202中的坐标系中旋转(30，0)，则所述UE 110中的方向(45，90)将变为(15，90)，也即((45–30)，(90–0)＝(15,90))，在固定于所述gNB 202中的坐标系中仍保持为(45，90)。所述UE 110可使用新方向(θ–Δθ，
Figure BDA0002484483590000138
)配置天线。在一实施例中，天线配置包括天线切换。在另一实施例中，所述天线的方位在垂直于入射波束方向的平面内变动。此时配置表中会有相同的索引(θ，
Figure BDA0002484483590000139
)，但是如果方位变化超过某阈值，可采用针对不同极化的相控阵列配置。
图10A至图10C示出了根据本发明的各方面的波束转向的流图。在以下描述中，用户设备将执行所公开的过程。然而，可以理解的是，执行主体不局限于用户设备，结合图1至图3、图5A至图5C、图6A至图6B、图11A至图11B以及图12描述的任意系统和/或部件可用于执行所述过程。
结合图10A，用户设备(例如UE 110)将基于所述UE 110内的传感器初始确定环境(使用情形)，并采用可用于确定环境的天线配置相控阵天线模式。为了加速搜索/对齐过程的实现，相控阵天线波束可以为全向的或仅覆盖有限的方向或仅使用有限数量的天线。所述UE110可在一系列可用波束中进行搜索，并确定基站侧的最佳波束方向。在步骤1002中，所述UE 110将根据对应于环境的配置表中的配置，确定具有指向第一波束方向的波束的一个或多个天线。在步骤1004中，在发生方位变化后，所述UE 110识别所述波束的方向变化。例如，所述方位变化由所述UE 110内的所述传感器确定。在识别出所述波束的方向变化时，在步骤1006中所述UE 110计算第二波束方向。所述第二波束方向基于所述第一波束方向和所述用户设备的方位变化，如上所述，例如图5C所示。在步骤1008，所述UE 110通过将所述第一(先前的)波束方向转向至所述第二波束方向配置相控阵天线，以补偿所述UE 110的所述方位变化。在一实施例中，针对所述相控阵天线配置所述第二波束方向包括：将所述相控阵天线中的某个天线切换至所述相控阵天线中的另一个天线。
现参阅图10B，在步骤1010中，所述UE 110可根据所述UE 110中的所述传感器提供的信息确定所述环境。所检测到的环境可包括：放置于所述UE 110的开放空间、将手或头部等人体其它部位放置在所述UE 110上、降低天线的性能水平的阻碍物，如上所述但不限于此。在步骤1012，所述UE 110根据所确定的环境选择并配置所述相控阵天线的模式。之后，在步骤1014中，在所选定相控阵天线上接收来自gNB 202的一系列训练波束，并将信号最强的训练波束上报给所述gNB 202。在一实施例中，所述传感器提供的信息指示所述UE 110中的所述相控阵天线中被阻挡的天线，致使性能水平(例如信号质量)低于某个阈值。
在图10C中，在步骤1016，所述UE 110加载配置表，所述配置表与各种环境相关联且具有包括最强信号的配置(例如，对于右手握持用户设备的环境，为配置表加载相应的配置)。然后，所述UE 110通过步骤1018搜索与环境相关联的所述配置表以查找所述相控阵列天线的波束方向，并通过步骤1020根据信号质量或强度中的至少一项确定所述相控阵列天线中的每个天线的最佳波束方向。在一实施例中，为所述相控阵列天线中的每个天线对应的移相器和放大器的增益确定所述最佳波束方向。在另一实施例中，所述UE 110更新所述配置表的配置，使其包括对应于所述环境的所述第二波束方向。
图11A示出了可以实现根据本发明的方法及内容的示例性用户设备。如图所示，所述UE 1100包括至少一个处理器1104。所述处理器1104执行所述UE 1100的各种处理操作。例如，所述处理器1104可执行信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理或任何其它功能，以使所述UE 1104在所述系统100(图1所示)中运行。所述处理器1104可包括用于进行一个或多个操作的任何合适的处理设备或计算设备。例如，所述处理器1104可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路。
所述UE 1100还包括至少一个收发机1102。所述收发机1102用于调制至少一个天线1110发送的数据或其它内容，所述收发机1102还用于解调所述至少一个天线1110接收的数据或其它内容。每个收发机1102可包括用于生成无线传输的信号和/或处理无线接收的信号的任何合适的结构。每个天线1110包括用于无线信号发送和/或接收的任何合适的结构。可以理解的是，在所述UE 1100中可以使用一个或多个收发机1102以及一个或多个天线1110。虽然示为单个功能单元，收发机1102也可以通过至少一个发射器和至少一个单独设置的接收器来实现。
所述UE 1100还包括一个或多个输入/输出设备1108，所述输入/输出设备1108便于与用户进行交互。每个输入/输出设备1108包括用于向用户提供信息或从用户接收信息的任何合适的结构，例如：扬声器、麦克风、小型键盘、键盘、显示器或触摸屏。
此外，所述UE 1100包括至少一个存储器1106。所述存储器1106存储所述UE 1100使用的、生成的或采集的指令和数据。例如，所述存储器1106可存储所述处理器1104执行的软件或固件指令以及用于降低或消除对输入信号的干扰的数据。每个存储器1106包括任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备。任何合适类型的存储器都可使用，例如随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read only memory，ROM)、硬盘、光盘、用户识别模块(subscriber identity module，SIM)卡、记忆棒、安全数码(securedigital，SD)卡等。
图11B示出了可以实现根据本发明的方法及内容的示例性基站。如图所示，所述基站1150包括至少一个处理器1158、至少一个发射器1152、至少一个接收器1154、一个或多个天线1160以及至少一个存储器1156。所述处理器1158执行所述基站1150的各种处理操作，例如，信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理或任何其它功能。每个处理器1158包括用于进行一个或多个操作的任何合适的处理设备或计算设备。例如，每个处理器1158可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路。
每个发射器1152包括用于生成无线传输至一个或多个UE或其它设备的信号的任何合适的结构。每个接收器1154包括用于处理从一个或多个UE或其它设备无线接收的信号的任何合适的结构。尽管至少一个发射器1152和至少一个接收器1154作为单独的部件进行展示，它们也可以合并为收发机。每个天线1160包括用于无线信号发送和/或接收的任何合适的结构。虽然此处将共有天线1160示为与所述发射器1152和所述接收器1154耦合，一个或多个天线1160可以耦合至一个或多个发射器1152，且一个或多个独立的天线1160可以耦合至一个或多个接收器1154。每个存储器1156包括任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备。
图12示出了可用于实现各实施例的网络设备的方框图。特定网络设备可采用所示的所有部件或仅采用所述部件的子集，且设备之间的集成程度可能不同。此外，网络设备1200可包含部件的多个实例，例如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等等。所述网络设备1200可包括配备网络接口、存储接口等一个或多个输入/输出设备的处理单元1201。处理单元1201可以包括中央处理器(central processing unit，CPU)1210、存储器1220、大容量存储设备1230、以及连接至总线1270的I/O接口1260。所述总线1270可以是包括存储器总线、存储器控制器、外围总线等在内的任意类型的若干总线架构中的一个或多个。
所述CPU 1210可包括任何类型的电子数据处理器。存储器1220可包括任意类型的系统存储器，例如静态随机存取存储器(static random access memory，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random access memory，DRAM)、同步DRAM(synchronous DRAM，SDRAM)、只读存储器(ROM)或其组合等。在一实施例中，所述存储器1220可包含在开机时使用的ROM以及在执行程序时使用的存储程序和数据的DRAM。在一些实施例中，存储器1220是非瞬时的。在一实施例中，所述存储器1220包括：配置模块1221A、识别模块1221B、计算模块1221C、确定模块1221D、选择模块1221E、接收模块1221F、加载模块1221G以及搜索模块1221H。配置模块1321A根据与环境相对应的配置，配置具有指向第一波束方向的波束的一个或多个天线；通过将所述波束转向至第二波束方向配置所述一个或多个天线，以补偿用户设备的方位变化。所述识别模块1321B在用户设备的方位发生变化后，识别所述波束的方向变化，其中，所述方位变化通过所述用户设备中的一个或多个传感器确定。所述计算模块1321C根据所述第一波束方向和所述用户设备的所述方位变化计算所述第二波束方向。所述确定模块1321D根据所述用户设备中的所述一个或多个传感器提供的传感器信息确定所述用户设备的所述环境；根据信号质量或强度中的至少一项为所述一个或多个天线中的每个天线确定最佳波束方向。所述选择模块1321E根据所述环境选择所述一个或多个天线，并配置所选定的一个或多个天线的模式。所述接收模块1221F在所选定的一个或多个天线上接收来自基站的一系列训练波束，并将信号最强的训练波束的上报给所述基站。所述加载模块1221G加载配置表，所述配置表与所述环境相关联且具有包括最强信号的配置。所述搜索模块1221H在与所述环境相关联的配置表中搜索所述一个或多个天线的波束方向。
所述大容量存储设备1230可包括用于存储数据、程序和其它信息的任何类型的存储设备，以使所述数据、程序和其它信息可通过所述总线1270获取。所述大容量存储设备1230可以包括固态硬盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等中的一个或多个。
所述处理单元1201还包括一个或多个网络接口1250，所述网络接口1250可包括以太网线等有线链路和/或无线线路以接入节点或一个或多个网络1280。所述网络接口1250能够使所述处理器1201通过所述网络1280与远程单元通信。举例来说，所述网络接口1250可以经由一个或多个发射器/发射天线以及一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一个实施例中，所述处理单元1201耦合至局域网或广域网以进行数据处理，以及与远程设备通信，所述远程设备为其它处理单元、互联网、远程存储设施等。
应理解，本发明可以具体体现为许多不同的形式且不应视为仅限于本文所阐述的实施例。提供这些实施例以使本发明更加完整全面且使本领域技术人员充分理解本发明。事实上，本发明意在覆盖由所附权利要求书限定的本发明公开的精神和范围内所包括的这些实施例的替代物、修改和等同物。另外，在以下本发明的详细描述中，阐述了许多具体细节以便透彻理解本发明。然而，本领域的普通技术人员可清楚了解，可以在没有这样具体细节的情况下实施本发明。
本文结合根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述本发明的各方面。应理解，流程图和/或方框图的每个方框以及流程图说明和/或方框图中的方框的组合可以由计算机程序指令实现。可以为通用计算机或专用计算机的处理器、或者其它可编程数据处理装置提供这些计算机程序指令以生成机器，从而使由所述计算机的处理器或其它可编程指令执行装置执行的指令建立用于实现所述流程图和/或方框图或方框中的功能/动作的机制。
非瞬时性计算机可读介质包括所有类型的计算机可读介质，这些类型的计算机可读介质包括磁存储介质、光存储介质、固态存储介质，具体来说不包括信号。应理解，所述软件可安装在设备中并与设备一同销售。或者，所述软件可以被获取并加载到设备中，包括通过盘介质或从任何形式的网络或分布式系统中获取软件。例如，从软件创造者拥有的服务器或软件创造者使用但不拥有的服务器中获取软件。例如，所述软件可存储在服务器上以便在互联网上分发。
本文中所用的术语仅为了描述特定方面，但不用于限制本发明。除非上下文清楚说明，否则本文所用的单数形式“一”和“所述”也包括其复数形式。还应了解，本文中所用的术语“包括/包含”用于说明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
本发明中的描述出于说明和阐述的目的，但并不意味着其为全面的描述也不应视为对本发明所公开的形式的限制。在不偏离本发明的范围和精神的前提下，多种修改和变形对本领域技术人员而言是显而易见的。选择和描述的本发明的各个方面以便更好地说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域普通技术人员能够理解本发明适于预期特定用途的各种修改。
为了实现本文中的方案，与所公开的技术相关联的每个过程可由一个或多个计算设备连续执行。过程中的每个步骤可由与其它步骤中所用的计算设备相同或不同的设备来执行，并且每个步骤不一定仅由单个计算设备执行。
虽然已使用适用于结构特征和/或方法动作的语言描述了本发明，但应该理解，权利要求书定义的本发明不必局限于上述具体特征或动作。上述具体特征和动作作为权利要求的示例性实施方式。

Claims (22)

1.一种波束转向方法，其特征在于，包括：
根据与环境相对应的配置，配置一个或多个天线以形成指向第一波束方向的波束；
在用户设备的方位发生变化后，识别所述波束的方向变化，其中，所述方位变化通过所述用户设备中的一个或多个传感器确定；
根据所述第一波束方向和所述用户设备的所述方位变化计算第二波束方向；
通过将所述波束转向至所述第二波束方向配置所述一个或多个天线，以补偿所述用户设备的所述方位变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述用户设备中的所述一个或多个传感器提供的传感器信息确定所述用户设备的所述环境；
根据所述环境选择所述一个或多个天线，并通过配置所选定的一个或多个天线的辐射方向图来形成接收波束；
在所选定的一个或多个天线上接收来自基站的一系列训练波束的信号，并将所述训练波束的信号强度上报给所述基站。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
在与所述环境相关联的配置表中搜索所述一个或多个天线的波束方向；
加载与所述波束方向相关联的所述一个或多个天线的配置；
根据信号质量或强度中的至少一项为所述一个或多个天线中的每个天线确定最佳波束方向。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一个或多个传感器提供的所述信息指示所述用户设备中的所述一个或多个天线中受到周围环境不良影响的天线，以便识别所述一个或多个天线的性能水平变化。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述性能水平变化对应于所述一个或多个天线的新配置，且所述变化反映在与所述环境相关联的所述配置表中。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一个或多个传感器提供的所述信息指示所述用户设备中的所述一个或多个天线中因被阻挡而导致其性能水平低于某个阈值的天线。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，配置所述一个或多个天线以形成所述波束包括：配置与所述一个或多个天线中的每个天线相关联的信号的相对相位偏移和增益；针对所述一个或多个天线配置所述第二波束方向包括：从所述一个或多个天线中的某个天线切换至所述一个或多个天线中的另一个天线。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一个或多个传感器为接近传感器、阻抗传感器、雷达传感器中的至少一种。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为所述一个或多个天线中的每个天线对应的移相器和放大器的增益确定所述最佳波束方向。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括更新所述一个或多个天线的配置，使其包括对应所述环境的所述第二波束方向。
11.一种波束转向设备，其特征在于，包括：
包含指令的非瞬时性存储器；以及
与所述存储器通信的一个或多个处理器，其中，所述一个或多个存储器执行所述指令，从而：
根据与环境相对应的配置，配置一个或多个天线以形成指向第一波束方向的波束；
在用户设备的方位发生变化后，识别所述波束的方向变化，其中，所述方位变化通过所述用户设备中的一个或多个传感器确定；
根据所述第一波束方向和所述用户设备的所述方位变化计算第二波束方向；
通过将所述波束转向至所述第二波束方向配置所述一个或多个天线，以补偿所述用户设备的所述方位变化。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述一个或多个处理器还执行所述指令，从而：
根据所述用户设备中的所述一个或多个传感器提供的传感器信息确定所述用户设备的所述环境；
根据所述环境选择所述一个或多个天线，并通过配置所选定的一个或多个天线的辐射方向图来形成接收波束；
在所选定的一个或多个天线上接收来自基站的一系列训练波束的信号，并将所述训练波束的信号强度上报给所述基站。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述一个或多个处理器还执行所述指令，从而：
在与所述环境相关联的配置表中搜索所述一个或多个天线的波束方向；
为与所述波束方向相关联的所述一个或多个天线加载配置；
根据信号质量或强度中的至少一项为所述一个或多个天线中的每个天线确定最佳波束方向。
14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述一个或多个传感器提供的所述信息指示所述用户设备中的所述一个或多个天线中受到周围环境不良影响的天线，以便识别所述一个或多个天线的性能水平变化。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述性能水平变化对应于所述一个或多个天线的新配置，且所述变化反映在与所述环境相关联的所述配置表中。
16.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述一个或多个传感器提供的所述信息指示所述用户设备中的所述一个或多个天线中因被阻挡而导致其性能水平低于某个阈值的天线。
17.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，针对所述一个或多个天线配置所述第二波束方向包括：从所述一个或多个天线中的某个天线切换至所述一个或多个天线中的另一个天线。
18.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，还包括更新所述一个或多个天线的配置，使其包括对应所述环境的所述第二波束方向。
19.一种非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可读介质存储用于波束转向的计算机指令；当所述指令由一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行以下步骤：
根据与环境相对应的配置，配置一个或多个天线以形成指向第一波束方向的波束；
在用户设备的方位发生变化后，识别所述波束的方向变化，其中，所述方位变化通过所述用户设备中的一个或多个传感器确定；
根据所述第一波束方向和所述用户设备的所述方位变化计算第二波束方向；
通过将所述波束转向至所述第二波束方向配置所述一个或多个天线，以补偿所述用户设备的所述方位变化。
20.根据权利要求19所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述一个或多个处理器还执行以下步骤：
根据所述用户设备中的所述一个或多个传感器提供的传感器信息确定所述用户设备的所述环境；
根据所述环境选择所述一个或多个天线，并通过配置所选定的一个或多个天线的模式来形成接收波束；
在所选定的一个或多个天线上接收来自基站的一系列训练波束的信号，并将信号最强的训练波束上报给所述基站。
21.根据权利要求20所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述一个或多个处理器还执行以下步骤：
为与所述环境相关联的所述一个或多个天线加载配置表；
在与所述环境相关联的所述配置表中搜索所述一个或多个天线的波束方向；
根据信号质量或强度中的至少一项为所述一个或多个天线中的每个天线确定最佳波束方向。
22.根据权利要求21所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述一个或多个处理器还执行以下步骤：
更新所述一个或多个天线的配置，使其包括对应于所述环境的所述第二波束方向。
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