CN113169750B - 无线范围扩展器 - Google Patents

Abstract

系统和方法针对配置天线系统。天线系统可以耦接到第一通信单元，并且可以响应于另一通信单元。第一通信单元可以改变其天线系统以适应两个单元的各种属性。第一通信单元可以具有多个天线，这些天线可以被配置为被主动驱动、完全去激活或者以寄生模式被调谐和驱动。通过配置天线系统，可以增加天线系统的范围，可以减少驱动天线系统的功率，并且可以适应通信系统的其他各种属性。

Description

无线范围扩展器

根据35 U.S.C.§119的优先权要求

本申请要求2018年12月20日提交的第16/228，715号美国非临时申请的优先权和权益，该申请通过引用明确并入本文。

技术领域

所公开的方面针对通信系统。更具体地，示例性方面针对有效地扩展无线系统的范围。

背景技术

天线系统通常被认为是通信系统的固定硬件组件。然而，将天线系统视为整个通信链的协作组件是有利的。行业因素，例如组件小型化和追求节能的便携式系统、通信范围最大化和更高的载波频率，特别是不断增加的处理器功率的可用性，使得研究提高天线系统性能的方法非常有必要。

发明内容

本发明的示例性方面针对天线系统设计的系统、装置和方法。

在一个示例性实施例中，公开了一种控制天线系统配置以提供与目标(target)的满意的通信链路的方法。该方法包括打开第一上电(powered)天线，从而进入第一天线系统配置。该方法还包括确定第一天线系统配置是否能够提供与目标的满意的通信链路；如果第一天线系统配置不能提供满意的通信链路，则进入第二天线系统配置，其中除了第一上电天线之外，至少一个定向调谐寄生(parasitic)天线用于形成电抗定向阵列的一部分，以便将天线系统波束导向至目标。

在另一个实施例中，公开了一种可配置天线阵列。可配置天线阵列包括耦接到第一功率放大器的至少一个天线；以及至少一个可调谐寄生天线，该至少一个可调谐寄生天线被调谐以形成定向阵列的一部分，以便将可配置天线阵列波束导向至目标。

在第三示例性实施例中，公开了被配置为执行本文阐述的方法的处理器和存储器系统。

附图说明

呈现附图是为了帮助描述本发明的各方面，并且提供附图仅仅是为了说明这些方面，而不是对其进行限制。

图1是辐射信号的单天线的示意图。

图2是辐射信号的双天线系统的示意图。

图3是辐射信号的双天线系统的示意图，其中一个信号是相位延迟的。

图4是可以用于三维波束控制的四天线系统的示意图。

图5是具有两个从动天线和两个寄生天线的四天线系统的图示，例如可以用于三维波束控制。

图6是将用于解释本公开的一些方面的五天线系统的图示。

图7是相长干涉区的图形表示，其可以由图6的天线系统的不同说明性配置产生。

图8是可以有利地使用本文教导的各个方面的示例通信系统的图示。

图9A是示出采用本文教导的示例性系统的各方面的流程图的第一部分。

图9B是示出采用本文教导的示例性系统的各方面的流程图的第二部分。

具体实施方式

本文教导的各方面在针对本公开的特定方面的以下描述和相关附图中公开。在不脱离本文教导的范围的情况下，可以设计替代方面。另外，所公开的系统的众所周知的元件将不被详细描述或者将被省略，以免模糊本公开的相关细节。

词语“示例性”在这里用来表示“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何方面不一定被解释为优于其他方面。

本文使用的术语仅仅是为了描述特定的方面，而不是为了限制。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地做出其他指示。还应进一步理解，术语“具有”、“含有”、“包括”和/或“包含”在本文中使用时，指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。

此外，根据将由例如计算设备的元件执行的动作序列来描述许多方面。应认识到，本文描述的各种动作可以由特定电路(例如，专用集成电路(ASIC))、由一个或多个处理器执行的程序指令、或者由两者的组合来执行。此外，本文描述的这些动作序列可以被认为完全包含在任何形式的计算机可读存储介质中，该存储介质中存储有相应的一组计算机指令，这些指令在执行时将使相关联的处理器执行本文描述的功能。因此，本发明的各个方面可以以多种不同的形式体现，所有这些都被认为在所要求保护的主题的范围内。此外，对于本文描述的每个方面，任何这样的方面的对应形式在这里可以被描述为例如“被配置为”执行所描述的动作的“逻辑”。

图1是辐射信号103的单天线系统101的图示。围绕天线107的同心虚线圆105代表发送波形的峰值。单天线107通常会发送如图1所示的波形。

图2是辐射信号的双天线系统201的图示。出于说明的目的，天线207和209都辐射相同频率的信号。当两个或多个天线辐射相同频率的信号时，它们会相互干涉。出于本公开的目的，对于辐射信号存在两种类型的干涉。第一种干涉叫做相消干涉。当一个信号的最大值与第二个信号的最小值在空间和时间上处于同一点时，就会发生相消干涉。假设信号强度相等，一个信号的最大值将抵消第二个信号的最小值，导致没有信号。当一个信号的最大值与第二个信号的最大值在空间和时间上处于同一点时，就会发生相长干涉。假设信号强度相等，得到的信号幅度将是任一信号的两倍。来自天线207的最大波前213和来自天线209的最大波前211将发生相长干涉，在点215a和215b处产生最大值。点215a和215b位于天线207和209之间的中点217。在图2所示的示例中，中点217到天线207和209的距离相等，因为在这个示例中天线207和209辐射相同相位的信号。

由于这种相长干涉，来自天线207和209的最强信号将位于区域219中，出于本公开的目的，该区域将被称为相长干涉区或波束。在相长干涉区219中，来自天线207和209的组合信号将比距离任一天线207、209相等距离的任何其它地方的信号更强。因为信号在相长干涉区219中是最强的，如果一个点在相长干涉区中，比如点221，它将基本上接收到作为相长干涉产物的最强信号。出于本公开的目的，我们将假设在相长干涉区中的任何点，如所绘制的，将接收到足够的信号，以被接收机正确解码，例如在相长干涉区219中的点221。因此，由相长干涉区219中的接收机接收的信号可以从天线207和209以比它在该区之外时更低的总系统发送功率接收该信号。因此，从信号强度和发送功率的角度来看，希望任何接收机都处于相长干涉区219。相长干涉区219有时被称为波束，因为沿着该线或波束，将找到最高信号强度的信号。很明显，在发送机的波束中有一个接收机是有利的，可以使接收信号最大化。更有利的是，发送机能够将波束导向目标，以增加目标接收的信号功率。

图3是辐射信号的双天线系统301的图示，其中一个信号是相位延迟的。在图3中，要发送的信号313耦接到双天线系统301。要发送的信号313耦接到功率放大器303，随后耦接到天线307。信号313还耦接到移相器311，然后进一步耦接到功率放大器305，然后进一步耦接到天线309。为了简单起见，我们将假设天线307和309接收相同幅度的信号。当移相器311处于0°时，两个天线307和309的相长干涉区(或波束)的中线如317a所示。当移相器311引入相位延迟时，天线309将接收相对于天线307接收的信号313相位延迟的信号。作为相位延迟的结果，波束的中线移动，如317b所示。通过移动相位延迟，波束的中心线可以移动，如317b所示，并指向不同的方向。这允许波束导向或指向接收机或其他期望的点。这个过程通常被称为波束控制。

图4是可以用于三维波束控制的四天线系统401的图示。在图4中，天线403、405、407和409分别由功率放大器415、413、411和417驱动。功率放大器415、413、411和417中的每一个都包含移相器，其没有明确示出。要广播的信号410耦接到功率放大器415、413、411和417中。产生相长干涉区419和421。通过改变功率放大器415、413、411和417的相位延迟，可以调整相长干涉区419和421，因此可以在二维方向上控制。

图5是四天线系统501的图示，其具有两个驱动天线507和509以及两个寄生天线503和505，例如可以用于三维波束控制。图5还说明，并非所有天线都需要主动驱动。驱动天线507和509分别由功率放大器511和517驱动。如果开关523和525打开，寄生天线503和505可以基本上从天线配置中消除。然而，如果开关523和525闭合，那么寄生天线503和505通过调谐网络513和515接地。一旦开关523和525闭合，驱动天线507和509可以在寄生天线503和505中引起谐振。该谐振的频率将与由相同信号527驱动的驱动天线507和509的频率相同。然而，寄生天线503和505的谐振相位可以通过调谐网络513和515来调整。调谐网络513和515可以通过使用变化的电感和电容来调整。这些变量可以使用对电信号起反应的组件，例如调谐网络513和515中电路内外的开关电容和/或电感，或者使用电可调组件，例如变容二极管，进行电调节。一旦开关523和525闭合，寄生天线503和505将开始以信号527的频率谐振。因为谐振，寄生天线503和505将以调谐网络513和515引入的相移再辐射能量。这将使图5的天线系统成为如图4所示的二维波束控制系统。与上电天线谐振，然后以由耦接到未上电天线的调谐网络确定的相位延迟再辐射一部分谐振能量的未上电天线的通用术语是“电抗(reactive)定向阵列”。功率是无功的，因为它是对上电天线的反应，并且再辐射的功率由耦接到每个天线的调谐网络定向。

在图4中，天线407、403、405和409可以用功率放大器411、413、415和417能够提供的任何功率量来驱动。例如，在图4中，天线407和409可以产生由421表示的相长干涉，类似地，天线403和405可以产生由419表示的相长干涉。通过使用正交排列的天线，可以实现三维波束控制。当然，为了进一步改进波束控制能力、漫游能力或出于其他原因，可以使用更多的电抗或甚至上电天线。

范围扩展器通常依赖于添加波束控制前端，该前端引导波束以提高信道信噪比(SNR)。此外，具有多个功率放大器可以提供信号，从而将范围扩展到单个功率放大器和全向天线所能达到的范围之外。然而，支持多条RF路径、移相器和功率放大器来馈送天线的额外硬件成本通常很高。在RF路径中实现相位和幅度控制是具有挑战性的，通常用模拟移相器或复杂的数字移相器来实现，这需要高速、高吞吐量和高功耗，至少在电池功率有限的便携式设备中是如此。因此，由于利用电抗元件的天线调谐能够利用使用电抗耦接定向天线的单个上电天线进行波束控制，可以用其来创建波束。如果天线系统有一个以上的天线，第二个天线可以是上电天线或电抗天线或可切换的。当功率放大器不为天线馈电时，这些天线可以是电抗负载，并且即使没有被主动供电，适当负载也可以用于波束成形目的。电抗定向阵列是一种使用电抗调谐元件和谐振天线来提供波束控制和方向性的已知方法。使用这种阵列，波束成形可以使用一个有源PA来完成，以及电抗加载(寄生)天线，特别是如果谐振天线的电抗调谐可变时。根据系统在方向性方面的使用情况，我们希望能够相应地配置我们的天线和PA，并使用更少的功率实现可接受的通信链路。本文的概念的这些和其他方面将参考以下附图进行讨论。

在图5中，寄生天线503和505可以被设计成以驱动天线507和509广播的相同频率谐振。另外，当寄生天线503和505分别使用开关523和525被激活时，其可以使用调谐网络513和515来调整它们相对于来自驱动天线507和509的信号的相位谐振的相位。由于天线不是由功率放大器主动驱动的，寄生天线503和505可以再辐射的功率量受到它们从驱动天线507和509接收的功率量的限制。然而，来自天线503和505的再辐射功率仍将影响天线系统的波束成形功能。通过调整调谐网络513和515，辐射波束(“辐射波束”或“波束”是相长干涉显著增加信号的空间位置)的方向。

在图5中，521代表来自驱动天线507和509的相长干涉区。在图5中，519代表来自寄生天线503和505的相长干涉区。由533和529表示的相长干涉区521和519相互相长干涉的空间是波束最强的位置。

图5是示例性系统。天线系统布置和配置实际上是可以无限变化的。例如，在四天线系统501中，驱动天线507和509都是由功率放大器511和517驱动的上电天线。但不一定局限于此。例如，驱动天线509也可以是类似于寄生天线503或505的无源天线。另外，上面讨论的系统可以具有寄生天线503作为上电天线。为了获得最大的灵活性，所有天线都可以在上电模式和寄生模式之间切换，但显然必须至少为一个天线供电。

此外，可以增加更多的寄生天线503和505来捕获和再辐射由上电天线提供的能量。在本文的附图中，附图中的天线都有标号。并不是每个被描绘的天线都是单天线，每个描绘可以代表一组天线。例如，寄生天线503可以是一组寄生天线，而不是只有一个。一些单独的设计可以从寄生天线阵列中获得优势，而另一些设计可能只需要一个寄生天线。从实用的角度来看，可以增加寄生天线而不是简单地增加更多驱动天线的一个原因是，一般来说，增加驱动天线会增加功耗和系统复杂性。

图6是将与图7、8、9A和9B一起用于解释本公开的一些方面的五天线系统601的图示。

图7是相长干涉区的图形表示701，其可以由图6的天线系统的不同说明性配置产生，以解释本公开的一些方面。它们不旨在按比例绘制，而是旨在对根据本公开的各方面可以创建的不同天线配置赋予相对比较的理解。

在图6中，描绘了五天线系统601。图6中所示的布置将用于说明和描述的目的，实际上无限数量的配置是可能的，仅受实际考虑的限制。

图6的五天线系统601可以用于多种配置，例如，使用信号603的波束控制来实现范围扩展。

假设图7表示几种配置中图6的五天线系统601的信号强度最大值的图案(pattern)。进一步假设灰色区域之外的任何点是五天线系统601不能以可接受的信号到达其预期接收机的点。最大值的图案是不同的尺寸和形状，以说明本文教导的不同方面，然而它们是概念化的，并不旨在表示实际信号强度图。

图6的五天线系统601将用于说明具有四个独立天线配置的天线系统。在第一配置中，只有天线607被驱动，没有其他天线是活动的。因为只有一个天线是活动的，所以不会发生波束成形，并且可以找到可接受信号的点形成圆形图案703，并且可以在图案703的内部(灰色区域)找到可接受信号。

假设天线系统在第一天线配置中不能实现与其预期接收机的可接受连接，可以尝试第二配置。在第二配置中，使用天线605、607和611。天线控制器637可以控制各种设备。例如，天线控制器637可以控制诸如633和635的功率放大器以及开关615、617、619、621和623中的增益和相位延迟。在第二配置中，开关615由天线控制器637使用控制总线639闭合。天线控制器637还可以从调谐元件625中的几个调谐参数中进行选择。调谐元件625可以具有可由天线控制器637选择的可变调谐元件。在第二配置中，开关617由天线控制器637使用控制总线639闭合。天线控制器637还可以从调谐元件627、629和631中存在的几个调谐参数中进行选择。

在第二配置中，仍然只有一个天线607耦接到有源功率放大器633。然而，一旦寄生天线605和611耦接到调谐元件625和627，它们就可以用作电抗定向天线。在这种情况下，可以建立可接受的通信链路的区域在图7中表示为705内部的灰色区域。通常形状705较窄，说明沿宽度发送的一些能量已被寄生天线605和607吸收，因此图案变窄。然而，形状705的图案在宽度上更长，因为寄生天线605和607已经被调谐以增加图案的宽度，以便扩展天线系统的范围。如果第二配置不能建立可接受的通信链路，则可以尝试第三配置。在第三配置中，天线607和天线609分别由功率放大器633和635驱动。在该示例性模式中不使用其他天线。在该第三配置中，天线609和607都被供电，因此可接受的性能范围增加，并且在图7中表示为707。有两个上电天线可以大大扩展范围，但是有两个功率放大器会消耗大量能量。如果第三配置不能提供可接受的通信链路，则可以尝试第四配置。

在第四配置中，功率放大器633和635都开启。另外，开关615、617和623分别将调谐元件625、627和631耦接到天线605、611和613。在该第四配置中，天线605、611和613被调谐用于波束成形。因此，图7中的图案709可以表示第四天线配置。三个寄生天线605、611和613吸收由上电天线607和609提供的一些功率，随着寄生天线吸收一些能量，图案709的高度变窄。由寄生天线605、611和613吸收的一部分功率被再辐射。三个寄生天线605、611和613分别由调谐元件625、627和631进行相位调整，因此可以有助于波束成形，从而相对于图7的其他图案延长图案709的宽度。

天线609被用在不寻常的配置641中，因为它被配置成可以在3种不同的模式中使用。在第一模式中，天线609由功率放大器635通过闭合开关619和打开开关621来供电。在第二模式中，开关619和621都是打开的，并且天线609对于整个系统基本上是不可见的。在第三模式中，开关619打开，开关621闭合，从而将天线609耦接到调谐元件628。在第三模式中，天线609可以与上电天线谐振，并且将相移了由调谐元件629确定的量的能量的一部分再辐射。

图8是可以有利地使用本文教导的各个方面的示例通信系统801的图示。在通信系统801中，广播塔用803表示。广播塔803与移动单元805通信。811代表移动单元805的天线系统。虽然天线系统811仅示出了单天线，但是它代表了天线系统。天线系统可以有几个上电天线。此外，上电天线可以由允许插入相位延迟的功率放大器驱动。因为相位延迟可以插入到上电天线之间，所以天线可以被主动定向，即可以执行波束控制。此外，寄生天线也可能存在。寄生天线可以通过应用调谐终端，例如625或627，耦接到天线系统中。寄生天线可以调谐到与上电天线相同的谐振频率。另外，通过使用诸如625或627的终端，相位延迟可以被插入到寄生天线的谐振中。然后，该谐振将以一个相位角(相对于上电天线)再辐射它的一些谐振能量，从而允许由谐振能量的再辐射形成的波束被定向，如同来自上电天线对的波束那样。天线系统包括两个组件。由驱动天线和插入的相位延迟形成的第一主动定向阵列，以及由寄生天线和调谐元件形成的第二电抗定向阵列，其允许来自寄生天线的再辐射波束被控制。

通信角度809表示移动单元805的天线系统和广播塔803之间的角度。在某些实现中，通信系统塔可以提供属性消息807。属性消息中可能包含多条信息。属性消息可用于决定通信链路是否满意。它可以包含变量，例如接收功率、信噪比、服务质量、接收角度(即809)、发送功率、广播塔803的GPS位置，以及描述广播塔803如何从移动单元805接收信号以及提供关于广播塔803的信息(例如位置发送功率等)的许多其他各种属性。

在一个方面，属性可以用于决定是否可以建立可接受的通信链路。例如，本示例中的通信链路813的可接受性在图8中示出，并且在图6和7以及其他图的支持下进行描述。在图8中，广播塔803向移动单元805提供属性消息。属性消息807将包含关于来自移动单元805的发送的信息以及关于广播塔803的数据。然后，移动单元805可以使用来自属性消息的信息来帮助移动单元805建立扩展范围，该扩展范围在电池电力使用方面是经济的。来自广播塔803的属性消息可以包含：接收功率、接收功率的信噪比、QOS(服务质量)、接收的发送角度、广播塔的位置、附近广播塔的位置以及大量其他信息。移动单元805可以使用属性消息807中提供的信息或信息的子集来决定移动单元805和广播塔803之间的通信链路813是否满意，或者它应该改变天线811的配置以尝试实现可接受的通信链路813。应当注意，虽然天线811被绘制为单天线，但是它代表天线系统，并且实际上可以包含多个物理天线。相反，移动单元805也可以使用属性消息来尝试以降低的功率成本建立可接受的通信链路813，但是为了简单起见，重点将放在找到满意的经济的(就功耗而言)通信链路813上。到底什么是满意的通信链路813将取决于具体应用，对于一个应用来说满意的通信链路对于另一个应用来说可能是完全不够的，而对于第三个应用来说可能是过度的。在一个应用中重要的因素在第二个应用中可能相对不重要，反之亦然。什么构成任何特定应用中可接受的通信链路813不在本申请的范围内。

图9A是示出采用本文教导的示例性系统的各方面的流程图的第一部分。

图9B是示出采用本文教导的示例性系统的各方面的流程图的第二部分。图9A和9B一起示出了一个实施例，其中移动单元805尝试与广播塔803通信，并且尝试建立满意的通信链路813。将图8中的示例视为与手机信号塔通信的手机可能是有用的，但是在随后的描述中没有做出这样的假设，图8中的通信系统可以代表各种系统。

图9A和9B是描述本文许多教导的示例性使用的流程图。图9A和9B中描述的过程的许多变化和调整是可能的，因此所描述的过程不应该被认为是使用本文公开的教导的唯一或者甚至是最好的方式，它们被设计为说明性的而不是排他性的。图9A和9B的方法参照图6进行了说明性描述。

在框903中，当广播塔803发出消息以建立与移动单元805的通信时，寻找可接受的通信链路813的示例性过程901开始。控制然后转到框905。

在框905，移动单元805打开功率放大器633，并与广播塔803通信，从而进入第一配置。这是最小功率设置，只有功率放大器633和天线707是活动的。该波束由图703象征性地表示，因为功率放大器633刚刚被开启，并且在天线配置的当前示例中，由于只有一个天线是活动的，所以没有实现波束控制。此时，角度809是未知的，因为广播塔没有接收到来自移动单元805的发送。然后，移动单元805仅使用天线707与广播塔803通信，在所有方向上均等地广播。移动单元805的天线系统811处于天线配置1，仅利用单个上电天线707进行广播，没有寄生天线。控制然后转到框907。

在框907中，广播塔803用属性消息807进行响应，指示广播塔803已经接收到来自移动单元805的发送，并且知道移动单元805的天线系统已经进入新的配置。如前所述，属性消息807可以包含各种信息。在本示例中，属性消息807可以包含移动单元805决定是否已经获得可接受的通信链路813所需的所有信息。移动单元805可以使用许多标准来决定是否已经建立了满意的通信链路813。关于是否已经获得满意的链路的标准可以来自属性消息、一般通信环境(例如接收信号强度、移动单元接收的信号的信噪比或两者的组合)。什么构成满意的通信链路813取决于其应用，不同应用间可能有很大的不同。一旦广播塔803用属性消息807进行响应，控制转到框909。

在框909，检查属性消息，并判断通信链路813是否可接受。如果属性适于创建可接受的通信链路813，则在框911中，过程停止，并且使用当前配置。如果通信链路813不可接受，则天线系统811可以尝试重新配置。在本示例中，控制转到框913。

在框913中，确定到达角809。这可以通过将该信息放置在从广播塔803发送到移动单元805的属性消息807中来完成。这也可以在移动单元805内通过由位于移动单元805内的天线系统811内的两个单独的接收天线观察从广播塔803广播的通信链路813的到达时间差来完成。另外，找到到达角805(也称为接收角度)的其他方法是已知的，并且可以等效地使用。一旦在框913中确定了到达角809，控制可以转到框915。

在框915，进入第二天线配置811。在第二配置中，只有一个天线607被供电，寄生天线605和611分别通过开关615和617耦接到调谐元件625和627。调谐元件625和627被调整，使得天线系统波束图通过波束控制被拉长，如在705处概念性地示出的，以将更多的功率指向广播塔803。在这种情况下，寄生天线605和611形成电抗定向阵列，其中天线605和611通过与天线607和调谐元件625和627实现谐振(电抗部分)而耦接到天线系统811中，调谐元件625和627被调谐(定向部分)以将天线系统811波束指向广播塔803。控制然后转到框917。

在框917，广播塔用更新的属性消息807来响应天线配置改变。然后控制转到框921。

在框921，检查属性消息的部分，以帮助确定是否已经建立了可接受的通信链路813。如果通信链路是可接受的，则控制转到框919，并且通信链路继续当前配置。如果通信链路不可接受，则控制转到框923。

在框923中，如果还有附加的寄生天线没有被添加，则可以将其他寄生天线添加到天线系统阵列。例如，如果天线613还没有被添加到系统中，则可以在此时将其添加到系统中。因此，如果可以向天线系统添加另外的寄生天线配置，则控制转到框913。如果没有更多寄生天线可用于添加到天线阵列，则控制转到框925。

在框929，输入天线配置3。在本示例中，这意味着使用功率放大器633和635分别驱动天线607和609。这将增加通信系统801的有效通信区域，如图7中707所示。由于现在至少有一个第二上电天线，到第二功率放大器635的信号可以被相位延迟，并且天线波束使用其最后已知的位置瞄准广播塔。在框931，移动单元805然后向广播塔803发出消息，指示天线系统811处于配置3。控制然后转到框933。

在框933，做出关于通信链路813是否可接受的决定。如果通信链路813被判断为可接受，则进入框935，并且通信链路813被判断为可以被使用。

如果在框933中，移动单元805判定没有建立满意的通信链路813。如果当前通信链路813不可用，则控制转到框937，在此天线系统被改变到配置4，并且指示天线系统已经改变配置并且现在处于配置4的消息被发送到广播塔803。在配置4中，使用所有天线605、607、611、609和613。天线607和609被供电，剩余的寄生天线605、611和613使用调谐模块625、627和629被调谐。图7中的图案709代表配置4。相长干涉的图案709更窄；指示用于给天线607和609供电的一些先前功率正被用于使寄生天线605、611和613谐振。另外，图案709更宽，因为相长干涉区通过附加寄生天线的调谐谐振而扩大，该附加寄生天线将波束导向广播塔803目标并增加相长干涉。然后控制转到939。

在框939，广播塔803用属性消息807进行响应，然后控制被转到框943。在框943中，评估通信链路813，以查看是否已经实现了满意的性能……如果已经实现了满意的性能，则控制转到框941，在此使用当前满意的天线配置。

如果框943没有找到满意的通信链路813，控制转到块947。

在框947中，确定是否有进一步寄生配置可用，即是否有其他寄生天线可以添加到系统中？如果可以添加更多的寄生天线，则控制转到框937，以向天线系统添加更多的寄生天线。如果在框947中没有添加到天线系统811的寄生元件，则控制转到框945，通信系统未能建立满意的通信链路。

说明性过程901已经被简化以便于理解。在过程901中，天线系统811具有f个配置，并且该过程通过连续的配置递增，直到建立了满意的通信链路813，或者直到过程901不能建立满意的通信链路。在实际系统中，每个天线配置可以有许多子配置。例如，在配置1中，功率放大器的设置可能有多个功率电平。在这种情况下，很可能功率放大器633将以低电平启动，并且功率电平在进入天线配置2之前增加到最大值。类似地，在天线配置2中，用作电抗定向阵列元件的寄生天线的数量也可以是可变的，类似于由功率放大器633定向到天线607的可变功率量。

除了第一次进入配置3时使用两个功率放大器633和635之外，配置3类似于配置1。放大器633和635的功率电平都可以变化。

配置4类似于配置2，因为放大器的功率和包括电抗定向阵列的寄生元件的数量可以变化。如果系统处于配置4，所有上电天线都在接收最大功率，所有寄生天线都已经包括在天线系统中，并且天线系统仍然不能建立满意的通信链路813，则该系统不适合用于本申请。

过程901说明了如何逐步扩展通信链路的范围，以便以对移动单元805的功耗经济的方式扩展该范围。功耗在便携式设备中是一个重要的考虑因素，但即使在固定设备中，功耗也应该是一个考虑因素。

本领域技术人员将理解，结合本文公开的各方面描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，各种说明性的组件、块、模块、电路和步骤已经在上面根据它们的功能进行了一般性的描述。这种功能实现为硬件还是软件取决于特定的应用和对整个系统施加的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实现所描述的功能，但是这种选择是不应被解释为导致脱离本公开范围的实现决策。

结合本文公开的各方面描述的方法、序列和/或算法可以直接体现在硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM、闪存、ROM、EPROM、EEPROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域已知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦接到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。或者，存储介质可以集成到处理器中。

此外，“处理器”可以采取多种形式，从基本状态机到可以访问云计算资源的互联网连接。它通常采取什么形式可能取决于环境以及设计和实现要求。

虽然本公开示出了本发明的说明性方面，但是应当注意，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。此外，尽管本发明的元件可以以单数形式描述或要求保护，但是除非明确说明对单数的限制，否则复数也是可以预期的。

Claims (18)

1.一种控制天线系统的配置以提供与目标的满意的通信链路的方法，所述方法包括：

打开第一上电天线，从而进入所述天线系统的第一配置；

确定所述天线系统的所述第一配置是否能够提供与所述目标的所述满意的通信链路，包括：

检查来自所述目标的属性消息，所述属性消息包括关于从所述天线系统到所述目标的传输的信息；以及

至少部分基于所述属性消息中的所述信息，决定与所述目标的所述通信链路是否满意；以及

如果所述天线系统的所述第一配置不能提供所述满意的通信链路，则进入所述天线系统的第二配置，在所述第二配置中，除了所述第一上电天线之外，至少一个另外的天线用于形成定向阵列的一部分，以便将所述天线系统的波束导向至所述目标，其中所述至少一个另外的天线基于所述属性消息被定向调谐。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述另外的天线可选择性地配置为以下模式中的任一模式：

第一模式，其中所述另外的天线在所述天线系统的所述第二配置下作为第二上电天线工作；

第二模式，其中所述另外的天线在所述天线系统的所述第二配置下作为定向调谐寄生天线工作；或者

第三模式，其中所述另外的天线在所述天线系统的所述第一配置下与所述天线系统断开连接。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括如果在所述天线系统的所述第二配置下与所述目标的所述通信链路不满意，则进入所述天线系统的第三配置，其中使用至少两个定向上电天线并且不使用寄生天线。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括确定所述天线系统的所述第三配置是否能够产生与所述目标的满意的通信链路。

5.根据权利要求4所述的方法，其中确定所述天线系统的所述第三配置是否能够产生与所述目标的满意的通信链路还包括：检查来自所述目标的所述属性消息；以及至少部分基于所述属性消息中的所述信息来决定与所述目标的所述通信链路是否满意。

6.根据权利要求3所述的方法，还包括使用所述至少两个定向上电天线之间的相位延迟来将所述天线系统的波束导向至所述目标。

7.根据权利要求6所述的方法，其中来自所述目标的所述属性消息被用于确定用于将所述天线系统的波束导向至所述目标的方向。

8.根据权利要求5所述的方法，其中如果所述天线系统的所述第三配置不能产生满意的通信链路，则进入所述天线系统的第四配置，其中至少一个调谐寄生天线被添加。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一个调谐寄生天线的调谐至少部分取决于所述属性消息。

10.一种可配置天线阵列，包括：

耦接到第一功率放大器的至少一个天线；以及

至少一个可调谐寄生天线，其中所述至少一个可调谐寄生天线被调谐以形成定向阵列的部分，以便将所述可配置天线阵列的波束导向至目标，

其中，所述可配置天线阵列被配置为从所述目标接收属性消息，并使用所述属性消息的至少部分来将所述可配置天线阵列的波束导向至所述目标，其中所述属性消息包括关于从所述可配置天线阵列到所述目标的传输的信息。

11.根据权利要求10所述的可配置天线阵列，还包括至少一个天线元件，其可选择性地配置为以下模式中的任一模式：

第一模式，其中所述天线元件作为用于波束导向的上电天线元件工作；

第二模式，其中所述天线元件作为用于波束导向的可调谐寄生天线元件工作；或者

第三模式，其中所述天线元件与所述可配置天线阵列断开连接。

12.根据权利要求10所述的可配置天线阵列，还包括第二功率放大器，所述第二功率放大器可相对于所述第一功率放大器对信号进行相位延迟，以便将所述可配置天线阵列的波束导向至所述目标。

13.根据权利要求10所述的可配置天线阵列，还包括至少第二可调谐寄生天线，其中所述至少一个可调谐寄生天线和所述第二可调谐寄生天线被配置为被调谐，以便将电抗天线阵列波束导向至所述目标。

14.根据权利要求13所述的可配置天线阵列，还包括至少一个上电天线，其能够延迟来自第一上电天线的信号的相位，以便将电抗天线阵列波束导向所述目标。

15.根据权利要求13所述的可配置天线阵列，其中所述属性消息还至少部分地提供至所述目标的方向。

16.一种用于控制天线系统的配置以提供与目标的满意的通信链路的装置，所述装置包括：

用于打开第一上电天线，从而进入所述天线系统的第一配置的部件；

用于确定是否已经实现满意的通信链路的部件，包括：用于检查来自所述目标的属性消息的部件，所述属性消息包括关于从所述天线系统到所述目标的传输的信息；以及用于至少部分基于所述属性消息中的所述信息决定与所述目标的所述通信链路是否满意的部件；

用于打开第二上电天线的部件，相位从所述天线系统的所述第一配置延迟，以便将所述天线系统的波束指向所述目标；以及

用于基于所述属性消息来定向调谐至少一个另外的天线的部件。

17.根据权利要求16所述的装置，还包括用于将所述至少一个另外的天线可选择性地配置为以下模式中的任一模式的部件：

第一模式，其中所述另外的天线作为第二上电天线工作；

第二模式，其中所述另外的天线作为定向调谐寄生天线工作；或者

第三模式，其中所述另外的天线与所述天线系统断开连接。

18.一种电子设备，其包括处理器和存储器，所述处理器和所述存储器被配置为执行如权利要求1-9中任一项所述的方法。

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