CN117917014A - 用于相控阵的波束成形参数的分布式计算 - Google Patents

用于相控阵的波束成形参数的分布式计算 Download PDF

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CN117917014A CN202280059985.8A CN202280059985A CN117917014A CN 117917014 A CN117917014 A CN 117917014A CN 202280059985 A CN202280059985 A CN 202280059985A CN 117917014 A CN117917014 A CN 117917014A
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Abstract

描述了用于操作相控阵的系统和方法。在示例中，系统可将期望波束的期望波束方向转换成至少一个相位斜率参数。相控阵可以包括与波束成形电路的多个前端电路连接的多个天线，并且每个天线可以与相应的前端电路连接。对于多个天线中的每个天线，系统可以基于至少一个相位斜率参数和天线的物理位置来确定天线的相移参数。对于多个天线中的每个天线，系统可以将确定的天线的相移参数映射到用于连接到天线的前端电路的控制设置。

Description

用于相控阵的波束成形参数的分布式计算
技术领域
本申请涉及天线、相控阵、波束成形、集成电路和程序，并且涉及与相控阵系统有关的计算机实施的方法和系统。
背景技术
相控阵系统可包括波束成形集成电路(IC)和多个天线。相控阵系统可以使用多个天线信号路径，其中每个天线信号路径可以具有可变时间延迟。对于作为接收器(或收发器中的接收器信道)实施的相控阵系统，波束成形电路可以使用由相控阵接收的信号的每个天线信号路径中的可变时间延迟产生的传播延迟，使得对于从特定方向到达的信号实现更高的接收器增益。对于作为发射器(或收发器中的发射信道)实施的相控阵系统，波束成形电路可以控制多个天线的连续天线信号路径之间的时间延迟差异，以生成具有特定方向的电磁波束。波束成形IC可以使用不同时间延迟的改变来将电磁波束导向到不同的方向。
发明内容
在一些示例中，一般性地描述了用于操作相控阵的方法。该方法可以包括将期望波束的期望波束方向转换成至少一个相位斜率参数。相控阵可以包括连接到波束成形电路的多个前端电路的多个天线，并且每个天线可以连接到相应的前端电路。该方法还可以包括：对于该多个天线中的每个天线，基于该至少一个相位斜率参数和天线的物理位置确定天线的相移参数。该方法还可以包括：对于多个天线中的每个天线，将确定的天线的相移参数映射到用于连接到天线的前端电路的控制设置。
在一些示例中，一般性地描述了用于操作相控阵的系统。该系统可以包括第一设备、相控阵、以及连接到第一设备和该多个前端电路的第二设备。该相控阵可以包括连接到波束成形电路的多个前端电路的多个天线。第一设备可以被配置为将期望波束的期望波束方向转换成至少一个相位斜率参数。第一设备还可以被配置为将该至少一个相位斜率参数发送到第二设备。第二设备可以被配置为接收该至少一个相位斜率参数。第二设备还可以被配置为：对于该多个天线中的每个天线，基于该至少一个相位斜率参数和天线的物理位置确定天线的相移参数。第二设备还可以被配置为：对于该多个天线中的每个天线，将确定的天线的相移参数映射到用于连接到天线的前端电路的控制设置。
在一些示例中，一般性地描述了用于操作相控阵的装置。该装置可以包括多个天线和波束成形电路，该波束成形电路包括连接到该多个天线的多个前端电路。波束成形电路可以被配置为从设备接收至少一个相位斜率参数。该至少一个相位斜率参数基于期望波束的期望波束方向。波束成形电路还可以被配置为：对于该多个天线中的每个天线，基于该至少一个相位斜率参数和天线的物理位置确定天线的相移参数。波束成形电路还可以被配置为：对于该所述多个天线中的每个天线，将确定的天线相移参数映射到用于连接到天线的前端电路的控制设置。
下面参考附图详细描述各种实施例的结构和操作以及其他特征。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。
附图说明
图1A示出在一个实施例中可以实施用于相控阵的波束成形参数的分布式计算的示例系统。
图1B示出在一个实施例中可以实施用于相控阵的波束成形参数的分布式计算的另一示例系统。
图2示出在一个实施例中可以用于实施用于相控阵的波束成形参数的分布式计算的示例映射器。
图3示出在一个实施例中可以用于实施用于相控阵的波束成形参数的分布式计算的另一示例映射器。
图4A示出在一个实施例中与用于相控阵的波束成形参数的分布式计算的实施有关的示例天线图案。
图4B示出在一个实施例中与用于相控阵的波束成形参数的分布式计算的实施有关的示例天线图案。
图4C示出在一个实施例中与用于相控阵的波束成形参数的分布式计算的实施有关的示例天线图案。
图5示出在一个实施例中与用于相控阵的波束成形参数的分布式计算有关的流程图。
具体实施方式
传统上讲，用于相控阵前端的数字控制电路(如，用于控制诸如增益和相位的参数的数字控制电路)可以各自包括片上存储器波束表，其中波束表的每行存储与给定波束方向对应的设置。然而，随着相控阵中的天线元件的数量增加，波束宽度可能变得更窄并且需要更多的波束方向来覆盖空间中的感兴趣区域。由此，这些波束表可能变得较大，并且波束寻找算法可能需要搜索波束表中更大数量的条目。例如，较小的相控阵(如，具有大约20度波束宽度的16个天线元件)在每个前端电路的每个波束表中可以具有相对较少的条目(如，少于100个条目)。然而，大的相控阵(如，大于或等于256个天线)可能在每个前端电路的每个波束表中具有大数量的条目。例如，具有1024个天线(具有1度波束宽度)的相控阵在每个前端电路的每个查找表中可能具有大约2，000个条目，使得搜索查找表是不切实际的，并且需要相对较大的片上面积来用于这些查找表的实施。
图1A示出在一个实施例中可以实施用于相控阵的波束成形参数的分布式计算的示例系统。系统100可以是由通信设备(诸如，RF发射器、RF接收器或RF收发器)实施的射频(RF)传输系统。系统100可以被配置成在公共无线射频、毫米波频率和/或微波频率下操作。系统100可以是无线通信网络的一部分，诸如第四代(4G)无线通信系统、第五代(5G)无线通信系统、卫星通信系统、点对点通信系统(诸如公共数据链路)、和/或其他类型的无线通信网络。
系统100可以包括电路101、一个或多个波束成形集成电路(IC)102、多个天线103、以及电路112。一个或多个波束成形IC 102和多个天线103可形成相控阵系统。电路101可以是RF通信设备的一部分，诸如射频(RF)发射器、RF接收器、RF收发器的发射信道或RF收发器的接收器信道。例如，电路101可以包括基带处理器、混频器电路(诸如上下转换器)、滤波器、存储器设备、本地振荡器、数模转换器(DAC)(如果电路101是RF发射器或RF收发器的发射信道)、模数转换器(ADC)(如果电路101是RF接收器或RF收发器的接收器信道)、信号发生器、微控制器、和/或属于RF通信设备的其他类型的组件或集成电路。当相控阵系统旨在作为发射器操作时，图1A所示的电路101可以被配置为输出RF信号至波束成形IC 102。在其中电路101是RF收发器或接收器的一部分的示例中，电路101还可以被配置为从波束成形IC102接收RF信号。在电路101和波束成形IC 102之间交换的RF信号可以是可以承载信息或数据的射频、微波频率、或毫米波频率信号。
多个天线103可以包括多个天线，诸如天线1031至103N。天线103中的每个天线可以输出具有相应的振幅和相位的RF信号。在示例中，系统100可以包括M个波束成形IC 102，它们可以彼此相同。以波束成形IC 102M为例，波束成形IC 102M可以包括电路120、映射器130和多个前端电路108。每个波束成形IC 102可以包括N个前端电路108，包括前端电路1081至108N。每个前端电路108可以包括相应的组件集合，诸如功率放大器、增益控制电路、移相器和/或可以实施不同波束成形技术的其他类型的组件或IC。例如，前端电路1081可以包括增益控制电路1091和移相器1101，并且前端电路108N可以包括增益控制电路109N和移相器110N。此外，每个前端电路可以与多个天线103中的天线连接。相移控制设置可以被输入到移相器1101至110N之中的每个移相器，以控制由所连接的天线输出的RF信号的相位。增益控制设置可以被输入到增益控制电路1091至109N之中的每个增益控制电路，以控制由所连接的天线输出的RF信号的增益。波束导向可以通过调整每一个前端电路108中的移相器(如，移相器1101至110N)来实施。跨前端电路108的相位延迟可产生能够在特定方向上聚焦波束的干扰图案。波束104可以具有能够基于在前端电路108中设置的增益和相位参数的场图和波束方向。
在示例中，系统100可以生成具有期望波束方向115及期望振幅r的期望波束104(见图1A中的坐标系114)。为了生成期望波束104，电路112可以首先确定相位斜率参数集116。在示例中，电路112可以是包括诸如现场可编程门阵列(FPGA)芯片的组件的设备，或者是被配置为确定相位斜率参数集116的处理器(诸如计算设备的中央处理单元(CPU))。相位斜率参数集116可以包括标注为α的第一相位斜率参数和标注为β的第二相位斜率参数。电路112可以基于期望波束方向115的波束角度、期望波束104的波长和多个天线103之间的间距来确定该相位斜率参数集116。期望波束方向115的波束角可以包括角分量θ和电路112可以基于θ和/>期望波束104的波长λ、以及多个天线103之间在x方向上的最小单位间隔(标注为dx)来确定相位斜率参数α。电路112可以基于θ和/>期望波束104的波长λ、以及多个天线103之间在y方向上的最小单位间隔(标注为dy)来确定相位斜率参数β。在示例中，以下表达式可以表示α、β、θ、/>λ、dx和dy之间的关系：
在示例中，由每个波束成形IC 102M支持的天线103的特定N个位置集118可以被表示为矩阵LM，该矩阵LM包含用于N个天线中的每个天线的一对坐标ηx、ηy。
相位斜率参数集116可以被输入到每个波束成形IC 102。此外，天线位置集118可被输入到每个对应的波束成形IC 102M。在示例中，电路112可以向波束成形IC 102播送该相位斜率参数集116。每个波束成形IC 102的电路120可以从电路112接收该相位斜率参数集116。每个波束成形IC的电路120可以从电路112接收N个天线位置集118。波束成形IC 102的电路120可以被配置为确定多个天线103中的每个第i个天线的相移参数122(标注为Φi)，其中，i＝1…N。在示例中，相移参数122可以是所连接的前端电路或天线所需的理想相移。例如，第i个天线的相移参数Φi可以是第i个天线促成在期望波束方向105上形成期望波束104所需的理想相移。电路120可以基于相位斜率参数集116和对应天线的物理位置来确定每个天线的相移参数122。例如，电路120可以基于α、β和天线1031的物理位置确定天线1031的Φ1。电路120可以向映射器130发送相移参数122。在示例中，以下表达式可以表示α、β和Φi之间的关系：
Φxy＝ηxα+ηyβ
其中，Φxy标注位于x-y平面(见坐标系114)上的点(x，y)处的第i个天线，ηx表示第i个天线在x方向上的位置，并且ηy表示第i天线在y方向上的位置。
应注意的是，电路112可在芯片外(如，波束成形IC 102之外)实施，使得可以在芯片外执行相位斜率参数集116的计算或确定。相移参数122的计算或确定可以由波束成形IC102中的电路120执行。通过将相位斜率参数集116的计算卸载到电路112，波束成形IC可消耗相对较少的功率，因为相位斜率参数集116的计算的非线性本质可能比线性计算(如，相移参数122的计算)需要更多的功率。例如，相位斜率参数集116的计算可以是三角的、且依赖于频率的。通过将相位斜率参数集116的计算卸载到电路112，波束成形IC(如，波束成形IC 102)可以需要更小的面积，并且可以更快地执行总体计算。
应注意的是，基于最小单位天线间隔(精度仅受用于其表示的位数的限制)执行相位斜率参数集116的计算并且基于特定的天线位置188执行相移参数122的计算能够支持各种各样的天线阵列配置，包括其中天线没有被放置在有均匀间隔的网格上的配置。
应进一步注意的是，虽然用以确定相位斜率参数集116的计算集取决于期望波束方向115(如.对于每个波束方向需要单独的计算)，但预期的是N个天线位置集118不会动态地改变。因此，在示例中，仅在系统初始化期间，每个N个天线位置集118被输入到对应的波束成形IC 102M中一次。
在示例中，映射器130可以是包括处理元件、查找表、存储器设备和/或IC(诸如，解码器)中的一个或多个的电路。映射器130可以被配置为将每个Φi映射到用于前端电路108的不同控制设置。例如，映射器130可以将Φ1映射到包括增益控制设置1321和相移控制设置1341的控制设置，并且可以将控制设置1321、1341输入到前端电路1081。在示例中，映射器130可以包括存储Φi的不同值与不同控制设置(如，相位控制设置和增益控制设置的不同值)之间的关联性的查找表。在另一个示例中，映射器130可以包括存储第i个天线的Φi的不同值与不同控制设置之间的关联性的多个查找表，诸如针对每个前端电路108一个查找表。在另一个示例中，映射器130可实施静态随机存取存储器(SRAM)设备以存储关联性。映射到前端电路108的不同控制设置可以配置多个天线103以产生期望波束104。
系统100的另一个示例实施例在图1B中示出。在图1B所示的示例中，天线103可以形成接收器波束117，并且天线103中的每个天线可以接收RF信号。前端电路108可以进一步包括接收器信道的组件，诸如用于减小图像响应的带通滤波器、用于放大弱信号而不用噪声污染它们的RF放大器或低噪声放大器(LNA)、用于生成将与在波束117的方向上接收到的RF信号混合的本地振荡器(LO)信号的本地振荡器(LO)、以及将LO信号与在波束117的方向上接收到的RF信号混合的混合器。为了简单起见，图1B分别示出前端电路1081、1082、108N中的RF放大器1071、1072、107N，以描绘由前端电路108实施的接收器信道。前端电路108可以包括在前端电路108的发射模式和接收模式之间切换的开关。相移控制设置可以被输入到移相器1101至110N之中的每个移相器，以控制由所连接的天线接收的RF信号的相位。增益控制设置可以被输入到接收器增益控制电路1071至107N之中的每个增益控制电路，以控制由所连接的天线接收的RF信号的增益。波束导向可以通过调整每一个前端电路108中的移相器(如，移相器1101至110N)来实施。跨前端电路108的相位延迟会使信号在从特定方向到达天线阵时相干地组合，从而在该方向上形成接收器波束。为简单起见，未示出信号组合器。波束117可具有可基于在前端电路108中设置的增益和相位参数的场图案及波束方向。
由对应的天线103N接收。电路120可以确定对应于接收器波束117的斜率参数127αR和βR，且可以将这些参数发送到电路112。波束成形IC 102的电路120可以被配置为针对多个天线103中的每个第i个天线确定相移参数122，标注为Φi，其中，i＝1…N。电路120可以基于接收相位斜率参数127和对应天线的物理位置的集合来确定每个天线的相移参数122。电路120可以将相移参数122发送到映射器130。映射器130可以将每个天线的期望相移参数Φi映射到对应的前端控制设置集合，并且将这些设置输入到每个前端108。在示例中，对应于相移参数Φ1的前端1081的控制设置包括移相器控制设置1341和接收器增益控制设置1341。
图2示出在一个实施例中可以用于实施用于相控阵的波束成形参数的分布式计算的示例映射器。在图2所示的示例中，映射器130可以包括解码器202和映射表204。在示例中，映射表204可以作为将相移参数122的不同值转化成不同控制设置的查找表来实施。在另一示例中，映射表204可以作为存储相移参数122的不同值与不同控制设置之间的关联性的SRAM设备来实施。在另一示例中，映射表204可以是数据结构、或存储在存储器中的数据、或从另一处理器或另一设备接收的数据库。映射表204可以包括k个条目，表示为条目E1至Ek，其中k小于多个天线103可以实现的可能的波束方向的数量。映射表204中的每个条目可以存储包括相位控制参数和增益控制参数的控制设置。
解码器202可以包括被配置为将标注为Φ1至ΦN的相移参数122(参见图1A)映射到映射表204中的条目的电路。例如，解码器202可以将相移参数Φ1、Φ2、ΦN分别映射到条目E3、Ek和E1。在一些示例中，一个以上的相移参数122可以被映射到映射表204中的一个条目。参考图1A中的示例，图2中的条目E3可以存储增益控制参数1321和相位控制参数1341，并且图2中的条目E1可以存储增益控制参数132N和相位控制参数134N。响应于解码器202将所有相移参数122映射到映射表204中的条目，映射器130可以将被映射的条目中的控制设置加载或分配给前端电路108。例如，映射器130可以将条目E3、Ek和E1分别加载到前端电路1081、1082和108N。在示例中，锁存器可以被连接在映射器130和前端电路108中的每个前端电路之间(如，每个波束成形IC 102中总共N个锁存器)。例如，锁存器2061、2062和206N可以分别连接在映射器130和前端电路1081、1082和108N之间。连接在映射器130和前端电路108之间的锁存器可以促进条目从映射器130到前端电路108的加载操作。例如，条目E3、Ek和E1可以被顺序地(如，一次一个)加载到前端电路1081、1082、108N。因此，在图2中所示的示例中，第一加载操作可以将条目E3存储在锁存器2061中，第二加载操作可以将条目Ek存储在锁存器2062中，并且第N个加载操作可以将条目E1存储在锁存器206N中。响应于将N个条目存储在N个锁存器中，前端电路108可以认识到产生期望波束104所必需的相位和增益参数。映射表204中的条目的不同组合可导致不同的波束方向。注意，与为每个前端电路指派一个波束表的常规方法相比，由前端电路108共享的映射表204可占据相对较小的空间。
在示例中，k的值和映射表204中的条目E1至Ek中的相位控制参数可以取决于系统100的期望实施方式。例如，k的值可以是72，使得映射表204包括72行或条目，并且条目E1至Ek中的相位控制参数可以以5度的间隔递增。例如，条目E1中的相位控制参数可以是5度，条目E2中的相位控制参数可以是10度，并且条目Ek中的相位控制参数可以是360度。如果第i个天线的相移参数122是15度，那么具有15度的相位控制参数的条目E3可以被映射到Φi。如果第i个天线的相移参数122是50度，那么具有50度的相位控制参数的条目E10可以被映射到Φi。如果第i个天线的相移参数122是13度，那么解码器202或映射器130可以例如选择具有可以最接近13的相位控制参数的条目(在此示例中，可以是具有15度的相位控制参数的条目E3)。在示例中，可以增加k的值以增加映射表204中的条目的数量，从而提供相移参数122到映射表204中的控制设置的更精确的映射。
图3示出在一个实施例中可以用于实施用于相控阵的波束成形参数的分布式计算的另一示例映射器。在图3所示的示例中，映射器130可以包括解码器302和N个映射表，包括映射表3041、3042…304N。在示例中，映射表3041至304N可以作为将相移参数122的不同值转化成特定天线的不同控制设置的查找表来实施。在另一示例中，映射表3041至304N可作为存储相移参数122的不同值和特定天线的不同控制设置。例如，映射表3041中的条目可以将Φ1的不同值转化成用于天线1031的不同控制设置的SRAM设备来实施。映射表3041至304N中的每个映射表可以包括j个条目，标注为条目E1至Ej，其中j小于多个天线103能够实现的可能波束方向的数量。映射表3041至304N中的每个条目可以存储包括用于特定天线的相位控制参数和增益控制参数的控制设置。例如，映射表3041中的条目可以包括存储用于天线1031的增益控制参数1321和相位控制参数1341的不同值的条目。
解码器302可以包括被配置为将标注为Φ1至ΦN的相移参数122的每一个相移参数映射到映射表3041至304N中的对应映射表中的条目的电路。例如，解码器302可以将相移参数ΦN映射到映射表304N中的一个条目(如，由图3中的阴影表示)。响应于解码器302将所有相移参数122映射到映射表3041至304N中的每一个映射表中的条目，映射器130可以将被映射的条目中的控制设置加载或分配到对应的前端电路108。例如，映射器130可以将映射表3041中映射到Φ1的条目(如，图3中的阴影条目)加载到前端电路1081。来自映射表3041至304N中的每一个映射表的条目的不同组合可以导致不同的波束方向。注意，映射表3041至304N可以小于将一个条目映射到一个波束方向的常规波束表。因此，由于每个前端具有存储在映射表3041至304N中的单独的映射值集合，所以图3所示的实施例可以提供更小的映射表，并且还可以提供波束成形IC 102内的电势元件间失配的补偿。
在示例中，j的值以及映射表3041至304N中的条目E1至Ej中的相位控制参数可以取决于系统100的期望实施方式。例如，j的值可以是72，使得映射表3041至304N中的每一个映射表包括72行或条目，并且条目E1至Ej中的相位控制参数可以以5度的间隔递增。例如，条目E1中的相位控制参数可以是5度，条目E2中的相位控制参数可以是10度，以及条目Ej中的相位控制参数可以是360度。如果第i个天线的相移参数122是15度(如，Φi＝15)，那么映射表304i中具有15度的相位控制参数的条目E3可以被映射到Φi。如果第i个天线的相移参数122是50度，那么映射表304i中具有50度的相位控制参数的条目E10可以被映射到Φi。如果第i个天线的相移参数122是13度，那么解码器302或映射器130可以选择例如映射表304i中具有可以最接近13的相位控制参数的条目。在示例中，可以增加j的值以增加映射表3041至304N中的条目的数量，从而提供相移参数122到映射表3041至304N中的控制设置的更精确的映射。
本文描述的方法和系统可使用较小的映射表用于较大相控阵，例如具有数量小于可由相控阵形成的可能波束方向的数量的条目的映射表。例如，图2和图3中示出的映射表(如，204和3041至304N)中的每个条目可以被映射到理想相移参数(如，Φi)的不同值，而不是被映射到一个波束方向。由此，映射表的大小可以不取决于天线元件的数量或波束方向的数量。例如，系统100的映射表中的条目的数量可以小于可能的波束方向的数量。进一步，可以基于天线的物理位置来确定理想相移参数，从而允许在具有不同操作频率的相控阵系统或移相器实施方式中实施这些方法和系统。此外，可能需要非线性计算的相位斜率参数(如，α和β)被分配到片外设备，其中，计算资源可以比波束成形IC更丰富。由此，由于相位斜率参数的值可以使用单个时钟事务被广播到多个波束成形芯片，因此可以减少片外设备和波束成形IC之间的等待时间和功耗以及输入/输出(I/O)操作。
图4A至图4C示出在一个实施例中与用于相控阵的波束成形参数的分布式计算的实施有关的天线图案的示例。在示例中，图1A至图3中的多个天线103可以具有图4A中所示的天线图案400。天线图案400可以是具有64个天线(如，N＝64)的8x8均匀阵列。天线4021可位于位置(-7，-7)，或x＝-7且y＝-7，天线40264可位于位置(7，7)，或x＝7且y＝7。这些位置值可以被用于相移参数122的计算(参见图1A)。此外，这些位置值可以表示归一化至天线图案400的分辨率或天线间距的多个天线103中的天线的位置。例如，天线图案400可以具有0.5λ的分辨率(λ是期望波束104的波长)，并且天线图案400的天线位置的分数表示中的比特数量可以是1。相移参数122的计算可以不受分辨率变化的影响，因为天线的准确位置被用于计算。然而，天线位置的分数表示中的比特数量的改变可能影响相移参数122的计算，因为天线位置可能改变。
例如，图4B中示出另一天线图案410。天线图案410可以是8x8阵列，其中多个4x4子阵列彼此具有不同的间隔。天线图案410可以具有0.25的分辨率，且天线图案410的天线位置的分数表示中的比特数量可以是2。图4C中示出另一天线图案420。天线图案420可以是具有4λ(λ为期望波束104的波长)的归一化半径的圆形阵列。天线图案420中的天线的间距也可以是可变的。天线图案420可以具有0.0625的分辨率，且天线图案420的天线位置的分数表示中的比特数量可以是4。天线图案410中的天线的间距可以是可变的。然而，相移参数122的计算可以不受可变间距的影响，因为在计算中可以使用任何调整的天线位置。
图5示出在一个实施例中与用于相控阵的波束成形参数的分布式计算有关的流程图。图5中的过程500可以使用例如上文所论述的计算机系统100来实施。示例过程可以包括如框502、504、506和/或508中的一个或多个所示的一个或多个操作、动作或功能。尽管被图示为离散的框，但是取决于所期望的实施方式，各种框可以被划分成附加框、被组合成更少的框、被消除、以不同顺序执行或并行执行。
过程500可以在框502处开始，其中系统中的第一电路可以将期望波束的期望波束方向转换成至少一个相位斜率参数。相控阵可以包括与波束成形电路的多个前端电路连接的多个天线，并且每个天线可以与相应的前端电路连接。在示例中，第一电路可以基于期望波束的波束角度、期望波束的波长和多个天线之间在二维平面的第一方向上的最小单位间隔将期望波束方向转换成第一相位斜率参数。第一电路可以进一步基于期望波束的波束角度、期望波束的波长以及多个天线之间在二维平面的第二方向上的间隔，将期望波束方向转换成第二相位斜率参数。
过程500可以从框502继续到框504。框504可包括框506和508，其中，框506和508是对多个天线中的每个天线执行的。在框506处，第二电路可以基于至少一个相位斜率参数和天线的物理位置来确定天线的相移参数。过程500可以从框506继续到框508。在框508处，第二电路可以将所确定的天线的相移参数映射到用于连接到该天线的前端电路的控制设置。在示例中，第二电路可以使用存储多个前端电路的相位控制参数的不同值的映射表，以将天线的相移参数映射到控制设置。来自映射表的相位控制参数的组合可以被用于配置多个前端电路，以使相控阵形成具有期望波束方向的期望波束。在示例中，映射表可以被存储在连接到多个前端电路的存储器设备中。在示例中，映射表中的条目的数量可以小于由相控阵形成的波束的可能的波束方向的数量。在示例中，耦合到每个前端的锁存器或存储器寄存器被用于存储由映射器确定的前端控制设置。
在另一示例中，第二电路可使用存储用于多个前端电路的相位控制参数的不同值的多个映射表，以将天线的相移参数映射到控制设置。来自多个映射表的相位控制参数的组合可以被用于配置多个前端电路以使相控阵形成具有期望波束方向的期望波束，其中相位控制参数的组合中的每个相位控制参数可以来自对应的映射表。在示例中，多个映射表可以被存储在连接到多个前端电路的多个存储器设备中。在示例中，多个映射表中的每个映射表中的条目的数量可以小于由相控阵形成的波束的可能的波束方向的数量。
附图中的流程图和框图示出根据本发明的不同实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能的实施方式的架构、功能和操作。对此，流程图或框图中的每个框可表示指令的模块、段或部分，其包括用于实施一个或多个特定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，框中所注的功能可以不按照图中所注的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个框实际上可以基本上同时地实施，或者框有时可以以相反的顺序实施。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个框、以及框图和/或流程图中的框的组合，可以用执行特定的功能或动作或开展特定目的的硬件与计算机指令的组合的基于特定目的的硬件的系统来实施。
本文中使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，而并非旨在限制本发明。如本文中使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”时，其指定所述特征、整体、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、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。
以下权利要求中的所有手段或步骤加功能元件(如果有的话)的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于与如具体要求保护了的其他要求保护的元件组合以执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的描述，但并不旨在是详尽的或将发明限于所公开形式。在不背离本发明的范围的情况下，许多修改和变体对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。选择和描述的实施例是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够理解本发明具有适于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。

Claims (20)

1.一种用于操作相控阵的方法，所述方法包括：
将期望波束的期望波束方向转换成至少一个相位斜率参数，所述相控阵包括连接到波束成形电路的多个前端电路的多个天线，每个天线连接到相应的前端电路；
对于所述多个天线中的每个天线：
基于所述至少一个相位斜率参数和所述天线的物理位置确定所述天线的相移参数；以及
将确定的所述天线的相移参数映射到用于连接到所述天线的前端电路的控制设置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
将所述天线的相移参数映射到控制设置包括使用映射表，所述映射表存储用于所述多个前端电路的相位控制参数的不同值；以及
所述方法进一步包括使用来自所述映射表的相位控制参数的组合来配置所述多个前端电路，以使所述相控阵形成具有所述期望波束方向的所述期望波束。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述映射表被存储在连接到所述多个前端电路的存储器设备中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：
将所述天线的相移参数映射到控制设置包括使用多个映射表，每个映射表存储用于所述多个前端电路的相位控制参数的不同值；以及
所述方法进一步包括使用来自所述多个映射表的相位控制参数的组合来配置所述多个前端电路，以使所述相控阵形成具有所述期望波束方向的所述期望波束，其中所述相位控制参数的组合中的每个相位控制参数来自对应的映射表。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多个映射表被存储在连接到所述多个前端电路的多个存储器设备中。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，将期望波束方向转换成所述至少一个相位斜率参数包括：
基于所述期望波束的波束角度、所述期望波束的波长、以及所述多个天线之间在二维平面的第一方向上的间隔，将所述期望波束方向转换成第一相位斜率参数；以及
基于所述期望波束的所述波束角度、所述期望波束的所述波长、以及所述多个天线之间在所述二维平面的第二方向上的最小单位间隔，将所述期望波束方向转换成第二相位斜率参数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述天线的相移参数映射到控制设置包括使用存储用于所述多个前端电路的相位控制参数的不同值的至少一个映射表，并且所述至少一个映射表中的每个映射表中的条目的数量小于由所述相控阵形成的波束的可能波束方向的数量。
8.一种系统，包括：
第一设备；
相控阵，所述相控阵包括连接到波束成形电路的多个前端电路的多个天线；
第二设备，连接到所述第一设备和所述多个前端电路；
所述第一设备被配置为：
将期望波束的期望波束方向转换成至少一个相位斜率参数；
将所述至少一个相位斜率参数发送到所述第二设备；
所述第二设备被配置为：
接收所述至少一个相位斜率参数；
对于所述多个天线中的每个天线：
基于所述至少一个相位斜率参数和所述天线的物理位置确定所述天线的相移参数；以及
将确定的所述天线的相移参数映射到用于连接到所述天线的前端电路的控制设置。
9.根据权利要求8所述的系统，其中：
所述第二设备包括连接到所述多个前端电路的存储器设备；以及
所述存储器设备被配置为存储映射表，所述映射表存储用于所述多个前端电路的相位控制参数的不同值。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第二设备被进一步配置为：
使用来自所述映射表的相位控制参数的组合来配置所述多个前端电路，以使所述相控阵形成具有所述期望波束方向的所述期望波束。
11.根据权利要求8所述的系统，其中：
所述第二设备包括连接到所述多个前端电路的多个存储器设备，每个存储器设备被连接到一个前端电路；
所述多个存储器设备中的每一个存储器设备被配置为存储映射表，所述映射表存储用于所连接的前端电路的相位控制参数的不同值。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第二设备被进一步配置为使用来自连接到所述多个存储器设备的映射表的相位控制参数的组合来配置所述多个前端电路，其中，所述相位控制参数的组合中的每个相位控制参数来自对应的映射表。
13.根据权利要求8所述的系统，进一步包括被配置为存储所述多个天线的物理位置的存储器设备。
14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第二设备包括被配置为存储至少一个映射表的至少一个存储器设备，所述至少一个映射表存储用于所述多个前端电路的相位控制参数的不同值，所述至少一个存储器设备被连接到所述多个前端电路，并且所述至少一个映射表中的每一个映射表中的条目的数量小于由所述相控阵形成的波束的可能波束方向的数量。
15.一种装置，包括：
多个天线；
波束成形电路，所述波束成形电路包括连接到所述多个天线的多个前端电路，所述波束成形电路被配置为从设备接收至少一个相位斜率参数以及所述多个天线中的每个天线的位置，所述至少一个相位斜率参数基于期望波束的期望波束方向；以及
对于所述多个天线中的每个天线：
基于所述至少一个相位斜率参数和所述天线的物理位置确定所述天线的相移参数；以及
将确定的所述天线的相移参数映射到用于连接到所述天线的前端电路的控制设置。
16.根据权利要求15所述的装置，其中：
所述波束成形电路包括连接到所述多个前端电路的存储器设备；以及
所述存储器设备被配置为存储映射表，所述映射表存储用于所述多个前端电路的相位控制参数的不同值。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述波束成形电路被配置为：
使用来自所述映射表的相位控制参数的组合来配置所述多个前端电路，以形成具有所述期望波束方向的所述期望波束。
18.根据权利要求15所述的装置，其中：
所述波束成形电路包括连接到所述多个前端电路的多个存储器设备，每个存储器设备被连接到一个前端电路；以及
所述多个存储器设备中的每个存储器设备被配置为存储映射表，所述映射表存储用于所连接的前端电路的相位控制参数的不同值。
19.根据权利要求19所述的装置，其中，所述波束成形电路被配置为使用来自连接到所述多个存储器设备的映射表的相位控制参数的组合来配置所述多个前端电路，其中，所述相位控制参数的组合中的每个相位控制参数来自对应的映射表。
20.根据权利要求15所述的装置，其中，所述波束成形电路包括被配置为存储至少一个映射表的至少一个存储器设备，所述至少一个映射表存储用于所述多个前端电路的相位控制参数的不同值，所述至少一个存储器设备被连接到所述多个前端电路，并且所述至少一个映射表中的每一个映射表中的条目的数量小于由所述波束成形电路形成的波束的可能波束方向的数量。
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Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5235342A (en) * 1989-08-30 1993-08-10 Gec-Marconi, Ltd. Antenna array with system for locating and adjusting phase centers of elements of the antenna array
US5771016A (en) * 1997-12-05 1998-06-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Phased array radar with simultaneous beam-steering and single-sideband modulation
JP2000049524A (ja) * 1998-07-31 2000-02-18 Nec Corp アレイアンテナ
US6218985B1 (en) * 1999-04-15 2001-04-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Array synthesis method
US6606056B2 (en) * 2001-11-19 2003-08-12 The Boeing Company Beam steering controller for a curved surface phased array antenna
US8026863B2 (en) * 2006-10-11 2011-09-27 Raytheon Company Transmit/receive module communication and control architechture for active array
EP2544366A1 (en) * 2010-03-04 2013-01-09 Mitsubishi Electric Corporation Transmitter module and phased array antenna device
US9813129B2 (en) * 2013-01-28 2017-11-07 Tubis Technology Hierarchically elaborated phased-array antenna modules and faster beam steering method of operation
US11205858B1 (en) * 2018-10-16 2021-12-21 Anokiwave, Inc. Element-level self-calculation of phased array vectors using direct calculation
US11005581B1 (en) * 2020-02-07 2021-05-11 Facebook, Inc. Calibration of an antenna array that uses low-resolution phase shifters

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