CN113287267A - 波束转向分辨率增强 - Google Patents

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CN113287267A CN201880100599.2A CN201880100599A CN113287267A CN 113287267 A CN113287267 A CN 113287267A CN 201880100599 A CN201880100599 A CN 201880100599A CN 113287267 A CN113287267 A CN 113287267A
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    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming

Abstract

提供了用于波束控制以支持高纵横比天线阵列中的波束抖动的方法、装置和计算机程序产品。一种方法可以包括将波束转向相移应用于天线阵列中的多个天线阵列元件。该方法还可以包括：除了波束转向相移，还将非均匀相位偏移应用于每个天线阵列元件。此外，该方法可以包括基于每个天线阵列元件处波束转向相移和非均匀相位偏移的组合来移位天线阵列的波束角。非均匀相位偏移可以是最小相位增量。

Description

波束转向分辨率增强
技术领域
一些示例实施例总体上可以涉及移动或无线电信系统(诸如长期演进(LTE)或第五代(5G)无线电接入技术或新无线电(NR)接入技术)或其他通信系统。例如，一些实施例可以涉及波束转向分辨率增强技术以支持高纵横比阵列中的波束抖动。
背景技术
移动或无线电信系统的示例可以包括通用移动电信系统(UMTS)地面无线电接入网(UTRAN)、长期演进(LTE)演进型UTRAN(E-UTRAN)、高级LTE(LTE-A)、MulteFire、LTE-APro和/或第五代(5G)无线电接入技术或新无线电(NR)接入技术。第五代(5G)或新无线电(NR)无线系统是指下一代(NG)无线电系统和网络架构。据估计，NR将提供10-20Gbit/s或更高的比特率，并且将至少支持增强型移动宽带(eMBB)和超可靠低延迟通信(URLLC)以及大型机器类型通信(mMTC)。预计NR将提供极端宽带和超鲁棒的低等待时间连接性以及大规模网络以支持物联网(IoT)。随着IoT和机器对机器(M2M)通信的日益普及，对能够满足低功耗、低数据速率和长电池寿命需求的网络的需求将日益增长。注意，在5G或NR中，向用户设备提供无线电接入功能的节点(即，类似于E-UTRAN中的节点B或LTE中的eNB)可以被称为下一代或5G节点B(gNB)。
发明内容
一个实施例可以涉及一种方法，该方法可以包括将波束转向相移应用于天线阵列中的多个天线阵列元件。该方法还可以包括：除了波束转向相移，还将非均匀相位偏移应用于每个天线阵列元件。此外，该方法可以包括基于每个天线阵列元件处波束转向相移和非均匀相位偏移的组合来移位天线阵列的波束角。
另一实施例可以涉及一种装置。该装置可以包括至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器。至少一个存储器和计算机程序代码可以被配置为与至少一个处理器一起引起该装置至少将波束转向相移应用于天线阵列中的多个天线阵列元件。至少一个存储器和计算机程序代码还可以被配置为与至少一个处理器一起引起该装置至少：除了波束转向相移，还将非均匀相位偏移应用于每个天线阵列元件。至少一个存储器和计算机程序代码还可以被配置为与至少一个处理器一起引起该装置至少基于每个天线阵列元件处波束转向相移和非均匀相位偏移的组合来移位天线阵列的波束角。
另一实施例可以涉及一种装置，该装置可以包括被配置为将波束转向相移应用于天线阵列中的多个天线阵列元件的电路系统。该装置还可以包括被配置为除了波束转向相移还将非均匀相位偏移应用于每个天线阵列元件的电路系统。此外，该装置可以包括被配置为基于每个天线阵列元件处波束转向相移和非均匀相位偏移的组合来移位天线阵列的波束角的电路系统。
另一实施例可以涉及一种装置，该装置可以包括用于将波束转向相移应用于天线阵列中的多个天线阵列元件的部件。该装置还可以包括用于除了波束转向相移还将非均匀相位偏移应用于每个天线阵列元件的部件。此外，该装置可以包括用于基于每个天线阵列元件处波束转向相移和非均匀相位偏移的组合来移位天线阵列的波束角的部件。
在示例实施例中，该方法还可以包括将天线阵列的波束指向方向重复地抖动通常受移相器步长限制的位移的一部分。在另一示例实施例中，非均匀相位偏移可以是最小相位增量。根据另一示例实施例，波束转向相移可以是连续天线阵列元件之间的累积转向相移。根据示例实施例，非均匀相位偏移对于每个天线阵列元件可以不同。在另一示例实施例中，非均匀相位偏移可以是最小相移的整数倍。根据另一示例实施例，天线阵列可以是线性天线阵列。
另一实施例可以涉及一种非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质可以包括存储在其上的用于执行上述各种示例实施例中的任何一个或多个的功能的程序指令。
附图说明
为了正确地理解本发明，应当参考附图，在附图中：
图1示出了根据示例实施例的矩形天线阵列。
图2示出了根据示例实施例的线性天线阵列。
图3示出了根据示例实施例的具有波束修整的线性天线阵列。
图4示出了根据示例实施例的由波束修整算法产生的相位“偏差”。
图5(A)示出了根据示例实施例的一个贴片组转向。
图5(B)示出了根据示例实施例的另一贴片组转向。
图6(A)示出了根据示例实施例的作为0°处的波束转向的结果的旁瓣效应。
图6(B)示出了根据示例实施例的作为60°处的波束转向的结果的旁瓣效应。
图7示出了根据示例实施例的0.3°与3.5°的波束修整分辨率的结果。
图8示出了根据示例实施例的零点图案跟随主瓣中的移位。
图9示出了根据示例实施例的方法的示例流程图。
图10(A)示出了根据示例实施例的一种装置的框图
图10(B)示出了根据示例实施例的另一装置的框图。
具体实施方式
将容易理解，如本文中的附图中一般性描述和示出的某些示例实施例的组件可以以多种不同的配置来布置和设计。因此，对于用于波束转向的系统、方法、装置和计算机程序产品的一些示例实施例的以下详细描述并非旨在限制某些实施例的范围，而是代表所选择的示例实施例。
在整个说明书中描述的示例实施例的特征、结构或特性可以在一个或多个示例实施例中以任何合适的方式组合。例如，在整个说明书中，短语“某些实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”或其他类似语言的使用是指以下事实：结合一个实施例而描述的特定特征、结构或特性可以被包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中短语“在某些实施例中”、“示例实施例”、“在一些实施例中”、“在其他实施例中”或其他类似语言的出现不一定全都是指同一组实施例，并且在一个或多个示例实施例中，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。
另外，如果需要，下面讨论的不同功能或步骤可以以不同的顺序和/或彼此同时执行。此外，如果需要，所描述的功能或步骤中的一个或多个可以是可选的或可以组合。这样，以下描述应当被认为仅是对某些示例实施例的原理和教导的说明，而不是对其的限制。
天线阵列可以具有各种尺寸。作为一个示例，天线阵列尺寸可以是M＝16。根据某些示例实施例，波束成形集成电路(IC)可以使用导致11.25°的最小相位步长的5位移相器。这个最小相位步长·ΔΨ决定了在视轴附近转向角
Figure BDA0003154801220000041
的最小增量，其中S是元件的间距，λ是工作波长：
Figure BDA0003154801220000042
对于最佳元件间距S＝λ/2，最小转向角增量变为3.6°，这对于某些应用来说是不够的。
然而，可能存在某些外部和内部指示，该指示有利于高且窄的阵列而不是方形阵列。例如，在保持与16×16阵列(256个元件)相同的增益的同时，配置85×3阵列(仍然是256个元件)可能会更好，因为它可以显著改善整体传播链路预算，最多可达约8dB。
然而，上述天线阵列的含义是，当M＝85时，所需要的相移步长可能下降到2.1°。该相移步长远小于设备的11.25°能力。已经存在涉及使用模拟(非量化)控制或更高分辨率移相器、或模拟控制和更高分辨率移相器的组合的解决方案。然而，似乎没有一个解决方案实现更准确的转向控制，这通常(或实际上)是不可用的。因此，阵列合成的新机会已经变得可用。
为了减轻高频的路径损耗，可以使用高增益天线阵列。然而，天线阵列的一个特点是功率增益Gp的增加可能导致波束宽度变窄。相反，较高的增益可能导致较窄的波束，其半功率波束宽度(HPBW)大约与Gp-1/2成正比。波束宽度可能会缩小到需要对非常窄的波束进行精细转向的程度。
此外，当(带宽)×(用户密度)指数较低以使得干扰不是限制因素时，可以采用使期望信号最大化的直观方法。例如，通过在适当方向上转向波束来简单地使信号水平最大化可能是一种控制策略。刚离开视轴，波束增益起初可能会缓慢变化，大致类似于cos()函数。然而，波束增益随后可能开始下降，在零点图案(null pattern)处变得非常迅速。由于离散转向角通常可能与目标用户的方向不匹配，因此平均信号水平可能低于可达到的水平。然而，根据某些示例实施例，可以减轻这种障碍，因为可以以比最小相位步长增量所规定的极限值更精细的角度分辨率来转向波束。
作为比较示例，可以提供16元件的线性阵列。16元件的线性阵列可以使用能够具有11.25°相位增量的移相器。这种阵列可能会导致3.5°量级的转向角步长。但是，考虑到阵列HPBW也是同量级的，在这个波束角处信号功率可能会降低到大约50％。然而，通过采用本文中描述的技术，波束可以被控制在大约0.6°以内，与降低多达50％相比，产生97％的最低功率水平。
也可能存在其中(带宽)×(用户密度)指数较高(以城市环境和接口点(POI)为代表)的部署，其中小区站点之间的干扰变得限制信号强度，尤其是在5G部署中。在这些情况下，可能需要使信干噪比(SINR)最大化。尽管可以通过将波束转向期望站来改善SINR，但当将图案零点被转向干扰站时，可能会出现最佳SINR。这种策略可以利用天线阵列零点很深的事实，但它们也很尖锐并且因此需要精细的转向能力。如果实现，则可以将零点指向干扰源并且将其抑制数十dB，但仅对信号产生十分之一dB的影响，从而将总体信干比提高数十dB。可以称为迫零的这种方法可以提供很大的增益并且显著提高覆盖范围和吞吐量。
阵列(诸如天线阵列)中的波束转向通常可以通过对阵列的每个元件应用连续相位超前来实现。替代地，在阵列合成的情况下，可以将计算出的相位和振幅应用于阵列中的每个贴片。在现代通信设备中，这些计算可以以数字方式进行，并且信号振幅和相位控制可以是数字的。更具体地，控制信号可以变为被量化，导致一些最小相位和振幅增量。因此，无论波束如何形成，都可能因为量化而无法达到所需要的方向。也就是说，一个值可能太小，而下一可用值可能太大。
某些示例实施例可以通过提供小波束转向位移来至少解决这个问题，该小波束转向位移小于最小振幅和/或相位步长通常允许的位移。因此，某些示例实施例可以提供方向偏差。
相关联的天线阵列挑战涉及控制旁瓣水平以最小化或至少限制干扰水平。这种阵列的合成可以涉及确定阵列中的每个元件被驱动的振幅。随着抑制水平的增加，这可能变得更加严格。这样的过程可以被称为“渐缩(tapering)”，并且如相位转向一样，振幅也可以被量化，这可能导致低于预期的性能。然而，根据某些示例实施例，可以应用基本技术来计算元件振幅权重，但限于彼此递增相关的元件的子集。
根据某些示例实施例，可以为诸如天线阵列等阵列提供阵列转向过程。阵列转向过程可以包括累积转向相位k·α，其可以应用于阵列的每个元件，其中“k”指的是阵列中的第k元件。该连续相位可能导致天线阵列的波束转向。通常，移相器(和幅度定标器)可以以数字方式被控制，并且因此，可以应用的α的最小值被量化。例如，能够具有360°但由5位字控制的移位器可以具有11.25°的步长。如果该组件用于16元件阵列(半波长单元间距)，则最小波束转向角可以是3.5°的量级。但是，如果该波束与期望目标的误差为3.5°，则信号水平可以下降约50％。因此，可能希望能够在更精细的基础上转向波束。
在某些示例实施例中，可以对阵列中的每个元件应用较小非均匀相位偏移，并且实现波束角的较小移位。为了适应移相器的离散特性，所使用的偏移可以是整数倍的最小相移，并且所实现的波束转向可以等效于相位步长的平均斜率。在示例实施例中，该斜率可以小于由最小值α所施加的斜率。此外，小波束移位可以在轴上以及在被转向为基本偏离轴时将阵列零点移位并且对旁瓣可能没有任何明显退化。
在示例实施例中，阵列可以由具有特定幅度和相位的、从公共源驱动的个体元件的布置构成。虽然阵列的几何形状可以是任意的，但规则的几何结构可以适合封闭形式的解决方案，这可以便于合成。此外，虽然本文中描述的某些示例实施例涉及矩形和线性阵列，但其他示例实施例可以包括例如环形阵列或任何其他形状的阵列。
图1示出了根据示例实施例的矩形天线阵列100。矩形天线阵列100可以包括放置在笛卡尔平面上的一个或多个元件，这些元件规则地间隔开。例如，矩形天线阵列100可以包括一个或多个阵列元件105。如图1所示，每个阵列元件105可以包括移相器110、幅度定标器115和辐射元件125。辐射元件125可以是如图所示的贴片(patch)，但可以是辐射电磁信号的任何结构，诸如但不限于领结(bow-tie)、槽、波导或其他元件阵列。元件110和115允许调节由每个元件105辐射的电磁场的幅度和相位。在这样做时，这塑造了净场的辐射图，该图可以是在空间中远离结构100的某一点处每个元件的贡献的矢量总和。另外，矩形阵列100可以包括射频(RF)源120，该RF源120是公共的并且驱动矩形天线阵列中的每个元件105。在某些示例实施例中，每个元件可以具有专门设计和独特的幅度设置(通过115)和相位设置(通过110)以创建期望的阵列图案和波束转向。
根据某些示例实施例，对馈送每个贴片的信号的幅度和相位的有意选择可以导致被称为天线阵列方向图的远场辐射信号的规定添加或消除。为了简化计算，可能需要先考虑一行并且计算其阵列因子。然后，可以选择一列，其阵列因子可以被确定。这两个阵列因子的乘积可以是二维阵列的乘积。然而，在其他示例实施例中，该方法可以适用于其他类型的线性阵列。
图2示出了根据示例实施例的线性天线阵列200。类似于图1，图2所示的线性天线阵列200可以包括一个或多个阵列元件205。如图2所示，每个阵列元件205可以包括移相器210、幅度定标器215和辐射元件230。移相器210、幅度定标器215和辐射元件230可以具有与它们在图1中的对应元件相同的功能。差别在于加法器225的加法，其作为总体可以创建累积相位。此外，如图2所示，波束转向相位α被施加到每个加法器225。如图2所示，其结果是应用于每个阵列元件的每个225的相移α的总和的级联，导致连续阵列元件之间的α的累积相移。根据示例实施例，该连续相移可能导致天线阵列中的实际波束转向。此外，每个贴片205可以由公共RF信号源220驱动。
如前所述，目前一代的移相器(和幅度定标器)的数字实现量化了可以被应用的α的最小值，并且因此量化了波束方向上的最小移位。根据某些示例实施例，因此可以对阵列中的每个元件应用较小非均匀相位偏移。
图3示出了根据示例实施例的具有波束修整的线性天线阵列。特别地，图3示出了应用于线性天线阵列300的图2的波束转向功能。类似于图2，图3所示的线性天线阵列300可以包括由其索引k引用的一个或多个阵列元件305。阵列中的第一元件是k＝1，最后的元件是k＝M。此外，每个阵列元件305可以包括对应的移相器310、幅度定标器315和辐射元件335。它们的功能与图1和图2中的对应物相同。如图3所示，每个阵列元件305可以由公共RF信号源320驱动。另外，每个阵列元件305可以具有应用于加法器325的对应的波束转向相位α，该加法器325应用于该阵列元件305。类似于图2所示，来自每个加法器325的相移α的总和的级联可能导致连续元件之间的α的累积相移。因此，该连续相移可能导致天线阵列中的实际波束转向。
从图2和图3可以看出，这些图之间的区别在于，在图3中，存在附加非均匀相位偏移330被添加到每个阵列元件305。与波束转向相位α325相反，非均匀相位偏移330不允许逐贴片地被累积。在示例实施例中，所添加的非均匀相位偏移330可以如下根据等式(1)来计算：
Figure BDA0003154801220000091
在等式(1)中，α表示波束转向相位，Δβ表示最小相位增量，βtrim表示转向修整参数∈[0...1]，
Figure BDA0003154801220000092
表示向下取整(floor)操作。这是生成一组相位偏移的一种方式，但不是唯一方式，对于阵列中的每个元件，这些相位偏移的递增比Δβ的递增慢。控制获取相同相位偏移的阵列元件的数目的参数是βtrim，并且它对相位偏移的影响在图4中示出。这可以被认为是微调在其他情况下为离散的转向角之间的转向角，该离散的转向角由移相器分辨率指示，其中βtrim＝0是由α指示的波束，而βtrim＝1是下一可能波束位置。
从式(1)可以看出，Δβ的每个相位步长之间的阵列元件的数目为
Figure BDA0003154801220000093
在阵列的跨度上，其净效应是平均相位超前小于Δβ，这表示，阵列转向分辨率已经有效降低到由移相器的Δβ设置的限制以下。事实上，
Figure BDA0003154801220000094
在示例16元件阵列的最小转向增量为3.5°的情况下，它有效地减少到0.22°。
图4示出了根据示例实施例并且如在前一段中描述的由波束修整算法产生的相位“偏差”。特别地，由与图3相对应的操作产生的附加相位“偏差”是一个阶梯，当其被求平均时，具有是βtrim参数的函数的不同斜率。在示例实施例中，该操作可以在数字域中实现，诸如在专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理(DSP)中，因为它表示操纵移相器控制的最低有效位(LSB's)，并且不需要进行任何复杂的或浮点数学运算。
已经使用的一种现有方法涉及将阵列视为子阵列，并且然后转向子阵列的“组”。虽然这种方法只要转向角很小就可以工作，但分辨率非常有限，并且对于较大转向角，会生成较大的“光栅(grating)”旁瓣，这限制了实用性。这在图5(A)和图5(B)中示出，图5(A)具有较小转向角，然后图5(B)具有较大转向角并且示出了可能产生的较大栅瓣。具体地，除了数字控制系统中增加的转向分辨率和相对的实现简单性，对于某些示例实施例，可以甚至避免任何旁瓣生成。
而图6示出了根据示例实施例的作为波束转向的结果的旁瓣的效果。如图6所示，根据某些示例实施例的方法实际上对旁瓣没有影响。也就是说，某些示例实施例可以抑制不期望的旁瓣的形成，同时获取对转向角的精细控制，不期望的旁瓣可能限制天线阵列的有用性。
进一步地，图7示出了根据示例实施例的0.3°与3.5°的波束修整分辨率的结果。也就是说，如图7所示，某些示例实施例可以允许对主波束进行非常精细或细粒度的方向控制。
图8示出了根据示例实施例的零点图案跟随主瓣中的移位。具体地，图8示出了跟随主瓣中的移位的零点图案，其名义上处于0°波束转向，意味着α＝0，但是使用βtrim参数来精细调节波束方向。根据示例实施例，零点的角位置也可以随着波束修整而移动。此外，零点的角位置对于干扰抑制技术(诸如迫零阵列)可能很重要。在示例实施例中，为了清楚，可以示出在单个轴上的修整。然而，在其他示例实施例中，由于阵列因子乘法的特性，该方法可以扩展到附加维度。
图9示出了根据示例实施例的方法的示例流程图。在某些示例实施例中，图9的流程图可以由网络节点执行，诸如基站、节点B、eNB、gNB或任何其他接入节点，或者可以由云配置的一个或多个服务器执行。例如，在901处，该方法可以包括将波束转向相移应用于天线阵列中的多个天线阵列元件。该方法还可以包括：在905处，除了波束转向相移，还将非均匀相位偏移应用于每个天线阵列元件。此外，该方法可以包括：在910处，基于每个天线阵列元件处波束转向相移和非均匀相位偏移的组合来移位天线阵列的波束角。此外，该方法可以包括：在915处，将天线阵列的波束指向方向重复地抖动通常受移相器步长限制的位移的一部分。
出于同样的原因，在某些示例实施例中，也可以通过阵列控制逻辑自主地以例如通过重复地少量地“抖动”波束指向方向来实现零点填充(null filling)，来将波束移位或抖动某个较小量。这是减轻零点盲目性(null blindness)的一种方法。在某些示例实施例中，上述少量可以是通常受移相器步长限制的移位的一部分。例如，这可以是βtrim参数落入0到1之间的情况。
在示例实施例中，非均匀相位偏移可以被设置为最小相位增量。在另一示例实施例中，波束转向相移可以是连续天线阵列元件之间的累积转向相移。此外，在另一示例实施例中，非均匀相位偏移可以由以下等式定义：
Figure BDA0003154801220000111
根据另一示例实施例，非均匀相位偏移对于每个天线阵列元件是不同的。此外，在示例实施例中，非均匀相位偏移是最小相移Δβ的整数倍并且与α结合应用。此外，根据示例实施例，天线阵列可以是线性天线阵列。
图10(A)示出了根据示例实施例的装置10的示例。在示例实施例中，装置10可以是通信网络中或服务于这样的网络的节点、主机或服务器。例如，装置10可以是与无线电接入网(诸如GSM网络、LTE网络、5G或NR)相关联的基站、节点B、演进型节点B(eNB)、5G节点B或接入点、下一代节点B(NG-NB或gNB)、WLAN接入点、移动性管理实体(MME)和/或订阅服务器。
应当理解，在一些示例实施例中，装置10可以包括作为分布式计算系统的边缘云服务器，在这种分布式计算系统中，服务器和无线电节点可以是经由无线电路径或经由有线连接而彼此通信的独立装置，或者它们可以位于同一实体中并且经由有线连接进行通信。例如，在装置10表示gNB的某些示例实施例中，它可以被配置为划分gNB功能的中央单元(CU)和分布式单元(DU)架构。在这样的架构中，CU可以是包括gNB功能(诸如用户数据的传输、移动性控制、无线电接入网共享、定位和/或会话管理等)的逻辑节点。CU可以通过前传接口控制(多个)DU的操作。根据功能划分选项，DU可以是包括gNB功能子集的逻辑节点。应当注意，本领域普通技术人员将理解，装置10可以包括图10(A)中未示出的组件或特征。
如图10(A)的示例中所示，装置10可以包括用于处理信息并且执行指令或操作的处理器12。处理器12可以是任何类型的通用或专用处理器。实际上，例如，处理器12可以包括通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和基于多核处理器架构的处理器中的一种或多种。虽然在图10(A)中示出了单个处理器12，但是根据其他实施例，可以利用多个处理器。例如，应当理解，在某些实施例中，装置10可以包括可以形成可以支持多处理的多处理器系统的两个或更多个处理器(例如，在这种情况下，处理器12可以表示多处理器)。在一些实施例中，多处理器系统可以紧密耦合或松散耦合(例如，以形成计算机集群)。
处理器12可以执行与装置10的操作相关联的功能，包括例如天线增益/相位参数的预编码，形成通信消息的各个比特的编码和解码，信息的格式化，以及对装置10的整体控制，包括与通信资源的管理相关的过程。
装置10还可以包括或耦合到用于存储可以由处理器12执行的信息和指令的存储器14(内部或外部)，存储器14可以耦合到处理器12。存储器14可以是一个或多个存储器并且是适合于本地应用环境的任何类型，并且可以使用任何合适的易失性或非易失性数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储器设备、磁存储器设备和系统、光学存储器设备和系统、固定存储器、和/或可移动存储器。例如，存储器14可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、诸如磁盘或光盘等静态存储器、硬盘驱动器(HDD)、或任何其他类型的非暂态机器或计算机可读介质的任何组合。存储在存储器14中的指令可以包括在由处理器12执行时使得装置10能够执行本文中描述的任务的程序指令或计算机程序代码。
在一个实施例中，装置10还可以包括或耦合到(内部或外部)驱动器或端口，该驱动器或端口被配置为接受和读取外部计算机可读存储介质，诸如光盘、USB驱动器、闪存驱动器或任何其他存储介质。例如，外部计算机可读存储介质可以存储用于由处理器12和/或装置10执行的计算机程序或软件。
在一些实施例中，装置10还可以包括或耦合到一个或多个天线15以向装置10传输信号和/或数据以及从装置10接收信号和/或数据。装置10还可以包括或耦合到被配置为传输和接收信息的收发器18。收发器18可以包括例如可以耦合到(多个)天线15的多个无线电接口。无线电接口可以对应于多种无线电接入技术，包括以下中的一种或多种：GSM、NB-IoT、LTE、5G、WLAN、Bluetooth、BT-LE、NFC、射频标识符(RFID)、超宽带(UWB)、MulteFire等。无线电接口可以包括诸如滤波器、转换器(例如，数模转换器等)、映射器、快速傅立叶变换(FFT)模块等组件，以生成用于经由一个或多个下行链路进行传输的符号并且接收符号(例如，经由上行链路)。
这样，收发器18可以被配置为将信息调制到载波波形上以供(多个)天线15传输，并且解调经由(多个)天线15接收的信息以供装置10的其他元件进一步处理。在其他示例实施例中，收发器18可以能够直接传输和接收信号或数据。另外地或替代地，在一些示例实施例中，装置10可以包括输入和/或输出设备(I/O设备)。
在一个实施例中，存储器14可以存储在由处理器12执行时提供功能的软件模块。例如，这些模块可以包括为装置10提供操作系统功能的操作系统。存储器还可以存储用于为装置10提供附加功能的一个或多个功能模块，诸如应用或程序。装置10的组件可以以硬件或硬件和软件的任何合适的组合来实现。
根据一些实施例，处理器12和存储器14可以被包括在处理电路系统或控制电路系统中，或者可以形成处理电路系统或控制电路系统的一部分。另外，在一些实施例中，收发器18可以被包括在收发电路系统中，或者可以形成收发器电路系统的一部分。
如本文中使用的，术语“电路系统”可以是指仅硬件电路系统实现(例如，模拟和/或数字电路系统)；硬件电路和软件的组合；模拟和/或数字硬件电路与软件/固件的组合；一起工作以将装置(例如，装置10)配置为执行各种功能(诸如本文中描述的功能)的具有软件的(多个)硬件处理器(包括数字信号处理器)的任何部分；和/或(多个)硬件电路和/或(多个)处理器、或其部分，其使用软件进行操作，但是在操作不需要软件时可以不存在软件。作为另外的示例，如本文中使用的，术语“电路系统”还可以涵盖仅硬件电路或处理器(或多个处理器)、或硬件电路或处理器的一部分、及其随附的软件和/或固件的实现。术语电路系统还可以涵盖例如服务器、蜂窝网络节点或设备、或其他计算或网络设备中的基带集成电路。
如上所述，在某些实施例中，装置10可以是网络节点或RAN节点，诸如基站、接入点、节点B、eNB、gNB、WLAN接入点等。根据某些实施例，装置10可以由存储器14和处理器12控制以执行与本文中描述的任何实施例相关联的功能，诸如图1-9所示的那些。例如，在一些示例实施例中，装置10可以被配置为执行在由多个天线阵列元件组成的天线阵列中的波束转向过程。
例如，在一些示例实施例中，装置10可以由存储器14和处理器12控制以将波束转向相移应用于天线阵列中的多个天线阵列元件。装置10还可以由存储器14和处理器12控制以除了波束转向相移还将非均匀相位偏移应用于每个天线阵列元件。装置10还可以由存储器14和处理器12控制以基于每个天线阵列元件处波束转向相移和非均匀相位偏移的组合来移位天线阵列的波束角。此外，装置10可以由存储器14和处理器12控制以将天线阵列的波束指向方向重复地抖动通常受移相器步长限制的移位的一部分。
图10(B)示出了根据另一示例实施例的装置20的示例。在示例实施例中，装置20可以是通信网络中或与这样的网络相关联的节点或元件，诸如UE、移动装备(mobileequipment)(ME)、移动台、移动设备(mobile device)、固定设备、IoT设备或其他设备。如本文中描述的，UE可以替代地称为例如移动台、移动装备(mobile equipment)、移动单元、移动设备(mobile device)、用户设备、订户站、无线终端、平板电脑、智能电话、IoT设备或NB-IoT设备等。作为一个示例，装置20可以在例如无线手持设备、无线插入附件等中实现。
在一些示例实施例中，装置20可以包括一个或多个处理器、一个或多个计算机可读存储介质(例如，存储器、存储装置等)、一个或多个无线电接入组件(例如，调制解调器、收发器等)、和/或用户接口。在一些实施例中，装置20可以被配置为使用一种或多种无线电接入技术进行操作，诸如GSM、LTE、LTE-A、NR、5G、WLAN、WiFi、NB-IoT、Bluetooth、NFC、MulteFire和/或任何其他无线电接入技术。应当注意，本领域普通技术人员将理解，装置20可以包括图10(B)中未示出的组件或特征。
如图10(B)的示例中所示，装置20可以包括或耦合到用于处理信息并且执行指令或操作的处理器22。处理器22可以是任何类型的通用或专用处理器。实际上，例如，处理器22可以包括通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和基于多核处理器架构的处理器中的一种或多种。尽管在图10(B)中示出了单个处理器22，但是根据其他实施例，可以利用多个处理器。例如，应当理解，在某些实施例中，装置20可以包括可以形成可以支持多处理的多处理器系统的两个或更多个处理器(例如，在这种情况下，处理器22可以表示多处理器)。在某些实施例中，多处理器系统可以紧密耦合或松散耦合(例如，以形成计算机集群)。
处理器22可以执行与装置20的操作相关联的功能，包括例如天线增益/相位参数的预编码、形成通信消息的个体比特的编码和解码、信息的格式化、以及对装置20的整体控制，包括与通信资源的管理相关的过程。
装置20还可以包括或耦合到用于存储可以由处理器22执行的信息和指令的存储器24(内部或外部)，存储器24可以耦合到处理器22。存储器24可以是一个或多个存储器并且是适合于本地应用环境的任何类型，并且可以使用任何合适的易失性或非易失性数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储器设备、磁存储器设备和系统、光学存储器设备和系统、固定存储器、和/或可移动存储器。例如，存储器24可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、诸如磁盘或光盘等静态存储器、硬盘驱动器(HDD)、或任何其他类型的非暂态机器或计算机可读介质的任何组合。存储在存储器24中的指令可以包括在由处理器22执行时使得装置20能够执行本文中描述的任务的程序指令或计算机程序代码。
在一个实施例中，装置20还可以包括或耦合到(内部或外部)驱动器或端口，该驱动器或端口被配置为接受和读取外部计算机可读存储介质，诸如光盘、USB驱动器、闪存驱动器或任何其他存储介质。例如，外部计算机可读存储介质可以存储用于由处理器22和/或装置20执行的计算机程序或软件。
在一些实施例中，装置20还可以包括或耦合到一个或多个天线25以接收下行链路信号和经由上行链路从装置20进行传输。装置20还可以包括被配置为传输和接收信息的收发器28。收发器28还可以包括耦合到天线25的无线电接口(例如，调制解调器)。无线电接口可以对应于多种无线电接入技术，包括以下中的一种或多种：GSM、LTE、LTE-A、5G、NR、WLAN、NB-IoT、Bluetooth、BT-LE、NFC、RFID、UWB等。无线电接口可以包括其他组件，诸如滤波器、转换器(例如，数模转换器等)、符号解映射器、信号整形组件、快速傅立叶逆变换(IFFT)模块等，以处理由下行链路或上行链路携带的符号，诸如OFDMA符号。
例如，收发器28可以被配置为将信息调制到载波波形上以由(多个)天线25传输，并且解调经由(多个)天线25接收的信息以供装置20的其他元件进一步处理。在其他示例实施例中，收发器18可以能够直接传输和接收信号或数据。另外地或替代地，在一些示例实施例中，装置10可以包括输入和/或输出设备(I/O设备)。在某些示例实施例中，装置20还可以包括用户接口，诸如图形用户界面或触摸屏。
在一个实施例中，存储器24存储在由处理器22执行时提供功能的软件模块。这些模块可以包括例如为装置20提供操作系统功能的操作系统。存储器还可以存储用于为装置20提供附加功能的一个或多个功能模块，诸如应用或程序。装置20的组件可以以硬件或硬件和软件的任何合适的组合来实现。根据示例实施例，装置20可以可选地被配置为根据诸如NR等任何无线电接入技术经由无线或有线通信链路70与装置10通信。
根据一些实施例，处理器22和存储器24可以被包括在处理电路系统或控制电路系统中，或者可以形成处理电路系统或控制电路系统的一部分。另外，在一些实施例中，收发器28可以被包括在收发电路系统中，或者可以形成收发电路系统的一部分。
如上所述，根据一些实施例，装置20可以是例如UE、移动设备、移动台、ME、IoT设备和/或NB-IoT设备。根据某些实施例，装置20可以由存储器24和处理器22控制以执行与本文中描述的示例实施例相关联的功能。
除了支持波束抖动，上述实施例还可以提供对高纵横比天线阵列或具有非常窄波束的大型阵列所需要的波束转向精度的显著改进。例如，上述示例实施例可以应用于天线阵列中元件幅度权重的计算，并且限于彼此递增相关的元件子集。其他示例实施例可以提供以比相移所允许的更精细的分辨率来操纵诸如天线阵列等阵列的能力，以支持具有高纵横比的阵列中的波束抖动。
另外的示例实施例可以能够通过以比最小相位步长增量所指示的极限更精细的角度分辨率操纵波束来减轻与目标用户的方向匹配的问题。此外，与传统技术相比，可以提高覆盖范围和吞吐量，并且控制波束以实现最低功率水平。此外，某些示例实施例可以允许有效转向分辨率远小于移相器步长的分辨率，并且允许在传统技术中不可用的更精确的转向控制。此外，根据某些示例实施例，可以提供能够被控制以使得对旁瓣没有影响的转向分辨率。
在一些示例实施例中，本文中描述的任何方法、过程、信令图、算法或流程图的功能可以通过存储在存储器或其他计算机可读或有形介质中并且由处理器执行的软件和/或计算机程序代码或部分代码来实现。
在一些示例实施例中，一种装置可以包括或与至少一个软件应用、模块、单元或实体相关联，该软件应用、模块、单元或实体被配置为由至少一个操作处理器执行的(多个)算术运算或其程序或部分(包括添加或更新的软件例程)。程序(也称为程序产品或计算机程序，包括软件例程、小程序和宏)可以存储在任何装置可读数据存储介质中，并且包括用于执行特定任务的程序指令。
计算机程序产品可以包括一个或多个计算机可执行组件，当程序运行时，该计算机可执行组件被配置为执行一些示例实施例。一个或多个计算机可执行组件可以是至少一个软件代码或其部分。实现示例实施例的功能所需要的修改和配置可以作为(多个)例程来执行，例程可以作为(多个)添加或更新的软件例程来实现。(多个)软件例程可以下载到装置中。
作为示例，软件或计算机程序代码或其部分可以是源代码形式、目标代码形式或某种中间形式，并且可以存储在某种载体、分发介质或计算机可读介质中，这些载体或介质可以是能够承载程序的任何实体或设备。这样的载体可以包括例如记录介质、计算机存储器、只读存储器、光电和/或电载体信号、电信信号和软件分发包。根据所需要的处理能力，计算机程序可以在单个电子数字计算机中执行，也可以分布在多个计算机之间。计算机可读介质或计算机可读存储介质可以是非暂态介质。
在其他示例实施例中，该功能可以由装置(例如，装置10或装置20)中包括的硬件或电路系统来执行，例如通过使用专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)、现场可编程门阵列(FPGA)或硬件和软件的任何其他组合。在又一实施例中，该功能可以被实现为信号，即，一种可以由从互联网或其他网络下载的电磁信号来承载的无形手段。
根据一个示例实施例，诸如节点、设备或相应组件等装置可以被配置为电路系统、计算机或微处理器(诸如单芯片计算机元件)或芯片组，至少包括用于提供用于算术运算的存储容量的存储器和用于执行算术运算的运算处理器。
本领域普通技术人员将容易地理解，与所公开的相比，如上所述的本发明可以以不同顺序的步骤和/或使用不同配置的硬件元件来实践。因此，尽管已经基于这些优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言很清楚的是，某些修改、变化和替代构造将是很清楚的，同时仍然在本发明的精神和范围内。尽管以上实施例涉及5GNR和LTE技术，但是以上实施例也可以应用于任何其他当前或未来的3GPP技术，诸如高级LTE和/或第四代(4G)技术。
部分词汇表
dB：分贝
Gp：功率增益
eNB：增强型节点B(LTE基站)
gNB：5G或NR基站
HPBW：半功率波束宽度
LSB：最低有效位
LTE：长期演进
MIMO：多输入多输出
NR：新无线电
NR-U：新无线电未授权
RF：射频
UE：用户设备。

Claims (17)

1.一种方法，包括：
将波束转向相移应用于天线阵列中的多个天线阵列元件；
除了所述波束转向相移，还将非均匀相位偏移应用于所述天线阵列元件中的每个天线阵列元件；以及
基于所述天线阵列元件中的每个天线阵列元件处的所述波束转向相移和所述非均匀相位偏移的组合来移位所述天线阵列的波束角，
其中所述非均匀相位偏移是最小相位增量。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述天线阵列的波束指向方向重复地抖动通常受移相器步长限制的移位的一部分。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述波束转向相移是连续天线阵列元件之间的累积转向相移。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述非均匀相位偏移对于每个天线阵列元件是不同的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述非均匀相位偏移是最小相移的整数倍。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述天线阵列是线性天线阵列、矩形天线阵列或环形天线阵列之一。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，
其中所述天线阵列元件中的每个天线阵列元件包括幅度定标器、移相器和辐射元件，以及
其中所述天线阵列包括射频源，所述射频源是公共的并且驱动所述天线阵列元件中的每个天线阵列元件。
8.一种装置，包括：
至少一个处理器；以及
至少一个存储器，包括计算机程序代码，
所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器一起使所述装置至少
将波束转向相移应用于天线阵列中的多个天线阵列元件；
除了所述波束转向相移，还将非均匀相位偏移应用于所述天线阵列元件中的每个天线阵列元件；以及
基于所述天线阵列元件中的每个天线阵列元件处的所述波束转向相移和所述非均匀相位偏移的组合来移位所述天线阵列的波束角，
其中所述非均匀相位偏移是最小相位增量。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述至少一个存储器和所述计算机程序代码还被配置为与所述至少一个处理器一起使所述装置至少：将所述天线阵列的波束指向方向重复地抖动通常受移相器步长限制的移位的一部分。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的装置，其中所述波束转向相移是连续天线阵列元件之间的累积转向相移。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置，其中所述非均匀相位偏移对于每个天线阵列元件是不同的。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的装置，其中所述非均匀相位偏移是最小相移的整数倍。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的装置，其中所述天线阵列是线性天线阵列、矩形天线阵列或环形天线阵列之一。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的装置，
其中所述天线阵列元件中的每个天线阵列元件包括幅度定标器、移相器和辐射元件，以及
其中所述天线阵列包括射频源，所述射频源是公共的并且驱动所述天线阵列元件中的每个天线阵列元件。
15.一种装置，包括：
被配置为将波束转向相移应用于天线阵列中的多个天线阵列元件的电路系统；
被配置为除了所述波束转向相移还将非均匀相位偏移应用于所述天线阵列元件中的每个天线阵列元件的电路系统；以及
被配置为基于所述天线阵列元件中的每个天线阵列元件处的所述波束转向相移和所述非均匀相位偏移的组合来移位所述天线阵列的波束角的电路系统，
其中所述非均匀相位偏移是最小相位增量。
16.一种装置，包括：
用于将波束转向相移应用于天线阵列中的多个天线阵列元件的部件；
用于除了所述波束转向相移还将非均匀相位偏移应用于所述天线阵列元件中的每个天线阵列元件的部件；以及
用于基于所述天线阵列元件中的每个天线阵列元件处的所述波束转向相移和所述非均匀相位偏移的组合来移位所述天线阵列的波束角的部件，
其中非均匀相位偏移是最小相位增量。
17.一种非暂态计算机可读介质，包括存储在其上的用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的程序指令。
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