DE102019212977A1

DE102019212977A1 - Strahlformende kommunikationssysteme mit sensorgestütztem strahlmanagement

Info

Publication number: DE102019212977A1
Application number: DE102019212977.3A
Authority: DE
Inventors: Dominique Michel Yves Brunel
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2020-03-05
Also published as: GB2577801A; GB201912381D0; US20220014247A1; JP2020036320A; KR20200026133A; US20200076488A1; TW202017329A; CN110875765A; US20200382187A1; US11165477B2; SG10201907972XA

Abstract

Es werden Vorrichtungen und Verfahren für Strahlformungs-Kommunikationssysteme mit sensorgestütztem Strahlmanagement vorgestellt. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet ein Strahlformungs-Kommunikationssystem eine Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Antennenelementen. Das Strahlformungs-Kommunikationssystem beinhaltet ferner eine Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen, die den Antennenelementen betriebsmäßig zugeordnet sind, einen oder mehrere Sensoren, die Sensordaten erzeugen, und eine Strahlmanagementschaltung, die die Signalkonditionierungsschaltungen steuert, um die Strahlformung zu steuern. Die Strahlmanagementschaltung ermöglicht ein Strahlmanagement basierend auf den Sensordaten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf elektronische Systeme, insbesondere auf die Hochfrequenzelektronik.
Beschreibung der zugehörigen Technologie
Hochfrequenz-(HF)-Kommunikationssysteme können zum Senden und/oder Empfangen von Signalen eines breiten Frequenzbereichs verwendet werden. So kann ein HF-Kommunikationssystem beispielsweise verwendet werden, um HF-Signale in einem Frequenzbereich von etwa 30 kHz bis 300 GHz drahtlos zu übertragen, wie beispielsweise im Bereich von etwa 410 MHz bis etwa 7,125 GHz für die Kommunikation im Frequenzbereich 1 (FR1) der fünften Generation (5G) und im Bereich von etwa 24,25 GHz bis etwa 52,6 GHz für die Kommunikation im Frequenzbereich 2 (FR2) von 5G.
Beispiele für HF-Kommunikationssysteme sind unter anderem Mobiltelefone, Tablets, Basisstationen, Netzwerkzugangspunkte, Kundengeräte (Customer-Premises Equipment; CPE), Laptops und tragbare Elektronik (Wearables).
ZUSAMMENFASSUNG
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein strahlformendes Kommunikationssystem. Das strahlbildende Kommunikationssystem beinhaltet eine erste Antennenanordnung (auch als Antennenarray bezeichnet) mit einer Vielzahl von Antennenelementen, eine Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen, die jeweils betriebsfähig einem entsprechenden der Vielzahl von Antennenelementen zugeordnet sind, einen oder mehrere Sensoren, die zum Erzeugen von Sensordaten konfiguriert sind, und eine Strahlverwaltungsschaltung, die zum Steuern der Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen konfiguriert ist. Die Strahlmanagementschaltung ist betreibbar, um ein Strahlmanagement basierend auf den Sensordaten bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um einen von der ersten Antennenanordnung ausgestrahlten Sendestrahl basierend auf den Sensordaten zu steuern bzw. zu lenken. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um die Sensordaten zu verarbeiten, um den Sendestrahl auf eine Basisstation gerichtet zu halten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um die Sensordaten zu verarbeiten, um den Sendestrahl von einer Umgebungsblockade weg zu bewegen.
In mehreren Ausführungsformen beinhaltet das strahlformende Kommunikationssystem ferner eine zweite Antennenanordnung, und die Strahlmanagementschaltung ist konfiguriert, um unter Verwendung der zweiten Antennenanordnung als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die Sensordaten eine Umgebungsblockade der ersten Antennenanordnung anzeigen, zu senden.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um einen über die erste Antennenanordnung empfangenen Empfangsstrahl basierend auf den Sensordaten zu lenken.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das strahlformende Kommunikationssystem ferner eine zweite Antennenanordnung, und die Strahlmanagementschaltung ist konfiguriert, um unter Verwendung der zweiten Antennenanordnung als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die Sensordaten eine Umgebungsblockade der ersten Antennenanordnung anzeigen, zu empfangen.
In mehreren Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um eine Übertragung von mindestens einem Teil der Sensordaten an eine Basisstation zu steuern.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um lokale Kartendaten von einer Basisstation zu empfangen und um weiter das Strahlmanagement basierend auf den lokalen Kartendaten zu steuern.
In einer Reihe von Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Sensor des Global Positioning System.
In mehreren Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Beschleunigungssensor.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren ein Gyroskop.
In einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren ein Barometer.
In einer Reihe von Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren ein Magnetometer.
In mehreren Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Stecker-Detektionssensor.
In einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Laufzeit-Sensor.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Infrarotsensor.
In mehreren Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren eine Kamera.
In einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Antennenreflexionsmessdetektor.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das strahlformende Kommunikationssystem ferner ein Basisbandmodem, das die Strahlmanagementschaltung beinhaltet. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen beinhaltet das strahlformende Kommunikationssystem ferner einen Anwendungsprozessor, und die Strahlmanagementschaltung ist konfiguriert, um die Sensordaten über den Anwendungsprozessor (auch als Applikationsprozessor bezeichnet) zu empfangen.
In mehreren Ausführungsformen beinhaltet das strahlformende Kommunikationssystem ferner einen Sender-Empfänger, der die Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen beinhaltet.
In einer Reihe von Ausführungsformen sind die Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen konfiguriert, um Signale der fünften Generation zu konditionieren.
In einigen Ausführungsformen ist die Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen konfiguriert, um Millimeterwellensignale zu konditionieren.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um einen Betrag der Phasenverschiebung zu steuern, der von jedem der Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen bereitgestellt wird.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Benutzereinrichtungen (d.h. Endgeräte) für ein Mobilfunknetz. Die Benutzereinrichtung beinhaltet eine erste Antennenanordnung, ein Frontend-System, das elektrisch mit der ersten Antennenanordnung gekoppelt ist und eine Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen beinhaltet, einen oder mehrere Sensoren, die zum Erzeugen von Sensordaten konfiguriert sind, und eine Strahlmanagementschaltung, die zum Steuern der Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen konfiguriert ist. Die Strahlmanagementschaltung ist betreibbar, um ein Strahlmanagement basierend auf den Sensordaten bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um einen von der ersten Antennenanordnung ausgestrahlten Sendestrahl basierend auf den Sensordaten zu lenken. Gemäß mehreren Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um die Sensordaten zu verarbeiten, um den Sendestrahl auf eine Basisstation gerichtet zu halten. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um die Sensordaten zu verarbeiten, um den Sendestrahl von einer Umgebungsblockade weg zu bewegen.
In mehreren Ausführungsformen beinhaltet die Benutzereinrichtung ferner eine zweite Antennenanordnung, und die Strahlmanagementschaltung ist konfiguriert, um unter Verwendung der zweiten Antennenanordnung als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die Sensordaten eine Umgebungsblockade der ersten Antennenanordnung anzeigen, zu senden.
In einigen Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um einen über die erste Antennenanordnung empfangenen Empfangsstrahl basierend auf den Sensordaten zu lenken d.h. steuern.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Benutzereinrichtung ferner eine zweite Antennenanordnung, und die Strahlmanagementschaltung ist konfiguriert, um unter Verwendung der zweiten Antennenanordnung als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die Sensordaten eine Umgebungsblockade der ersten Antennenanordnung anzeigen, zu empfangen.
In mehreren Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um die Übertragung von mindestens einem Teil der Sensordaten an eine Basisstation zu steuern.
In einer Reihe von Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um lokale Kartendaten von einer Basisstation zu empfangen und um weiter ein Strahlmanagement basierend auf den lokalen Kartendaten zu steuern.
In einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Sensor des Global Positioning System.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Beschleunigungssensor.
In mehreren Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren ein Gyroskop.
In einer Reihe von Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren ein Barometer.
In einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren ein Magnetometer.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Stecker-Detektionssensor.
In mehreren Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Laufzeit-Sensor.
In einer Reihe von Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Infrarotsensor.
In einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren eine Kamera.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Antennenreflexionsmessdetektor.
In einer Reihe von Ausführungsformen beinhaltet die Benutzereinrichtung ferner ein Basisbandmodem, das die Strahlmanagementschaltung beinhaltet. Gemäß mehreren Ausführungsformen beinhaltet die Benutzereinrichtung ferner einen Anwendungsprozessor, und die Strahlmanagementschaltung ist konfiguriert, um die Sensordaten über den Anwendungsprozessor zu empfangen.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Benutzereinrichtung ferner einen Sender-Empfänger mit der Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen.
In mehreren Ausführungsformen ist die Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen konfiguriert, um Signale der fünften Generation zu konditionieren.
In einigen Ausführungsformen ist die Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen konfiguriert, um Millimeterwellensignale zu konditionieren.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um eine Vielzahl von Phasenverschiebungen zu steuern, die durch die Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen bereitgestellt werden.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Strahlmanagement in Benutzereinrichtungen. Das Verfahren beinhaltet das Erzeugen von Sensordaten unter Verwendung eines oder mehrerer Sensoren, das Konditionieren einer Vielzahl von Hochfrequenzsignalen, die unter Verwendung einer ersten Antennenanordnung unter Verwendung eines Frontend-Systems übertragen werden, das Steuern des Frontend-Systems unter Verwendung einer Strahlverwaltungsschaltung und das Verarbeiten der Sensordaten, um eine Strahlverwaltung unter Verwendung der Strahlverwaltungsschaltung bereitzustellen.
In mehreren Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Steuern bzw. Lenken eines von der ersten Antennenanordnung ausgestrahlten Sendestrahls basierend auf den Sensordaten. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Verarbeiten der Sensordaten, um den Sendestrahl auf eine Basisstation gerichtet zu halten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner eine Verarbeitung der Sensordaten, um den Sendestrahl von einer Umgebungsblockade weg zu bewegen.
In einer Reihe von Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Senden unter Verwendung einer zweiten Antennenanordnung als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die Sensordaten eine Umgebungsblockade der ersten Antennenanordnung anzeigen.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Steuern oder Lenken eines über die erste Antennenanordnung empfangenen Empfangsstrahls basierend auf den Sensordaten.
In mehreren Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Empfangen unter Verwendung einer zweiten Antennenanordnung als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die Sensordaten eine Umgebungsblockade der ersten Antennenanordnung anzeigen.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Übertragen von mindestens einem Teil der Sensordaten an eine Basisstation.
In einer Reihe von Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Empfangen lokaler Kartendaten von einer Basisstation und das Bereitstellen eines weiteren Strahlmanagements basierend auf den lokalen Kartendaten.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Sensor des Global Positioning System.
In einer Reihe von Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Beschleunigungssensor.
In mehreren Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren ein Gyroskop.
In einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren ein Barometer.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren ein Magnetometer.
In einer Reihe von Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Stecker-Detektionssensor.
In mehreren Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Laufzeit-Sensor.
In einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Infrarotsensor.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren eine Kamera.
In einer Reihe von Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Sensoren einen Antennenreflexionsmessdetektor.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine mobile Vorrichtung. Die mobile Vorrichtung beinhaltet eine erste Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Antennenelementen, ein Frontend-System, das elektrisch mit der ersten Antennenanordnung verbunden und betreibbar ist, um eine Vielzahl von Hochfrequenzsignalen zu konditionieren, die jeweils von einem entsprechenden der Vielzahl von Antennenelementen übertragen werden, um dadurch einen Senderstrahl zu bilden, einen ersten Sensor, der konfiguriert ist, um Sensordaten zu erzeugen, und eine Strahlmanagementschaltung, die konfiguriert ist, um das Frontend-System zu steuern, um den Senderstrahl basierend auf den Sensordaten zu verwalten.
In einigen Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um den Sendestrahl basierend auf den Sensordaten zu lenken d.h. zu steuern. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um die Sensordaten zu verarbeiten, um den Sendestrahl auf eine Basisstation gerichtet zu halten. Gemäß mehreren Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um die Sensordaten zu verarbeiten, um den Sendestrahl von einer Umgebungsblockade weg zu bewegen.
In einer Reihe von Ausführungsformen beinhaltet die mobile Vorrichtung ferner eine zweite Antennenanordnung, und die Strahlmanagementschaltung ist konfiguriert, um die erste Antennenanordnung zu deaktivieren d.h. abzuschalten und mit der zweiten Antennenanordnung zu senden, als Reaktion auf einer Bestimmung, dass die Sensordaten eine Umgebungsblockade der ersten Antennenanordnung anzeigen. Gemäß mehreren Ausführungsformen beinhaltet die mobile Vorrichtung ferner einen zweiten Sensor, der konfiguriert ist, um eine Umgebungsblockade der zweiten Antennenanordnung zu detektieren d.h. zu erkennen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Strahlmanagementschaltung konfiguriert, um die Übertragung von mindestens einem Teil der Sensordaten an eine Basisstation zu steuern.
In einigen Ausführungsformen ist der erste Sensor ein Beschleunigungssensor.
In mehreren Ausführungsformen ist der erste Sensor ein Stecker-Detektionssensor.
In einer Reihe von Ausführungsformen ist der erste Sensor ein Laufzeit-Sensor, ein Infrarotsensor oder eine Kamera.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Sensor ein Antennenreflexionsmessgerät.
In mehreren Ausführungsformen beinhaltet die mobile Vorrichtung ferner ein Basisbandmodem, das die Strahlmanagementschaltung beinhaltet. Gemäß mehreren Ausführungsformen beinhaltet die mobile Vorrichtung ferner einen Anwendungsprozessor, und die Strahlmanagementschaltung ist konfiguriert, um die Sensordaten über den Anwendungsprozessor zu empfangen.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Strahlmanagement in einer mobilen Vorrichtung. Das Verfahren beinhaltet das Konditionieren einer Vielzahl von Hochfrequenzsignalen unter Verwendung eines Frontend-Systems, das Übertragen jedes der Vielzahl von Hochfrequenzsignalen auf einem entsprechenden aus einer Vielzahl von Antennenelementen einer ersten Antennenanordnung, um einen Senderstrahl zu bilden, das Erzeugen von Sensordaten unter Verwendung eines Sensors und das Steuern des Frontend-Systems, um den Senderstrahl basierend auf den Sensordaten zu verwalten.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Lenken des Sendestrahls basierend auf den Sensordaten. Gemäß mehreren Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Verarbeiten der Sensordaten, um den Sendestrahl auf eine Basisstation gerichtet zu halten. Gemäß einer Reihe von Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner die Verarbeitung der Sensordaten, um den Sendestrahl von Umgebungsblockaden weg zu bewegen.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner das Senden unter Verwendung einer zweiten Antennenanordnung als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die Sensordaten eine Umgebungsblockade der ersten Antennenanordnung anzeigen.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Hochfrequenzmodul für eine mobile Vorrichtung. Das Hochfrequenzmodul beinhaltet eine Antennenanordnung, die konfiguriert ist, um einen Sendestrahl als Reaktion auf das Empfangen einer Vielzahl von Hochfrequenzsignalen abzustrahlen, einen Sensor, der konfiguriert ist, um Sensordaten zu erzeugen, und einen Halbleiterrohchip mit einer Signalkonditionierungsschaltung, die betreibbar ist, um die Vielzahl von Hochfrequenzsignalen zu konditionieren, und eine Strahlmanagementschaltung, die konfiguriert ist, um die Signalkonditionierungsschaltung zu steuern, um den Sendestrahl basierend auf den Sensordaten zu verwalten.
In mehreren Ausführungsformen ist der Sensor konfiguriert, um eine Umgebungsblockade der Antennenanordnung zu erfassen bzw. zu detektieren.
Figurenliste
Ausführungsformen dieser Offenbarung werden nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Kommunikationsnetzes.
2A ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer Kommunikationsverbindung mit Trägeraggregation.
2B veranschaulicht verschiedene Beispiele für die Uplink-Trägeraggregation für die Kommunikationsverbindung aus 2A.
2C veranschaulicht verschiedene Beispiele für die Downlink-Trägeraggregation für die Kommunikationsverbindung aus 2A.
3A ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels eines Downlink-Kanals mit Multi-Input- und Multi-Output (MIMO)-Kommunikation.
3B ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels für einen Uplink-Kanal mit MIMO-Kommunikation.
3C ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Beispiels für einen Uplink-Kanal mit MIMO-Kommunikation.
4A ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines strahlformenden Kommunikationssystems.
4B ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels für die Strahlformung zur Bereitstellung eines Sendestrahls.
4C ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels für die Strahlformung zur Bereitstellung eines Empfangsstrahls.
5 ist ein schematisches Diagramm, das verschiedene Beispiele für eine umgebungsbedingte Blockade von Kommunikationsstrahlen eines Mobilfunknetzes veranschaulicht.
6A ist eine schematische Darstellung einer mobilen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
6B ist eine schematische Darstellung einer mobilen Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform.
6C ist ein schematisches Diagramm einer mobilen Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform.
7 ist ein schematisches Diagramm einer mobilen Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform.
8 ist ein schematisches Diagramm eines strahlformenden Kommunikationssystems gemäß einer anderen Ausführungsform.
9 ist ein schematisches Diagramm einer mobilen Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform.
10A ist ein schematisches Diagramm eines Hochfrequenz-Moduls (RF) gemäß einer Ausführungsform.
10B ist ein schematisches Diagramm des HF-Moduls aus 10A, das entlang der Linien 10B-10B genommen wurde.
11A ist eine schematische Darstellung eines HF-Moduls gemäß einer anderen Ausführungsform.
11B ist ein schematisches Diagramm des HF-Moduls aus 11A, das entlang der Linien 11B-11B genommen wurde.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BESTIMMTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende detaillierte Beschreibung bestimmter Ausführungsformen stellt verschiedene Beschreibungen bestimmter Ausführungsformen dar. Die hier beschriebenen Innovationen können jedoch auf vielfältige Weise verkörpert werden, z.B. durch die Definition und in dem Umfang der Ansprüche. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen gleichartige Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente bezeichnen können. Es sei darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellten Elemente nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass bestimmte Ausführungsformen mehr Elemente beinhalten können, als in einer Zeichnung und/oder einer Teilmenge der in einer Zeichnung dargestellten Elemente dargestellt sind. Darüber hinaus können einige Ausführungsformen jede geeignete Kombination von Merkmalen aus zwei oder mehr Zeichnungen enthalten.
Die Internationale Fernmeldeunion (International Telecommunication Union; ITU) ist eine Sonderorganisation der Vereinten Nationen (UN), die für globale Fragen der Informations- und Kommunikationstechnologien, einschließlich der gemeinsamen globalen Nutzung des Frequenzspektrums, zuständig ist.
Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ist eine Zusammenarbeit zwischen Gruppen von Telekommunikations-Standardierungsbehörden auf der ganzen Welt, wie der Association of Radio Industries and Businesses (ARIB), dem Telecommunications Technology Committee (TTC), der China Communications Standards Association (CCSA), der Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS), der Telecommunications Technology Association (TTA), dem European Telecommunications Standards Institute (ETSI) und der Telecommunications Standards Development Society India (TSDSI).
Im Rahmen der ITU entwickelt und pflegt 3GPP technische Spezifikationen für eine Vielzahl von Mobilfunktechnologien, darunter beispielsweise die Technologie der zweiten Generation (2G) (z.B. Global System for Mobile Communications (GSM) und Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE)), die Technologie der dritten Generation (3G) (z.B. Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) und High Speed Packet Access (HSPA)), sowie die Technologie der vierten Generation (4G) (z.B. Long Term Evolution (LTE) und LTE-Advanced).
Die von 3GPP kontrollierten technischen Spezifikationen können durch Spezifikationsversionen, die sich über mehrere Jahre erstrecken und eine Vielzahl neuer Funktionen und Entwicklungen spezifizieren können, erweitert und überarbeitet werden.
In einem Beispiel führte 3GPP in Release 10 die Carrier Aggregation (Trägeraggregation; CA) für LTE ein. Obwohl ursprünglich mit zwei Downlink-Carriern (Downlink-Trägern) eingeführt, erweiterte 3GPP in Release 14 die Carrier-Aggregation auf bis zu fünf Downlink-Carrier und bis zu drei Uplink-Carrier (Uplink-Träger). Weitere Beispiele für neue Funktionen und Entwicklungen, die durch 3GPP-Releases bereitgestellt werden, sind unter anderem License Assisted Access (LAA), Enhanced LAA (eLAA), Narrowband Internet of things (NB-IOT), Vehicle-to-Everything (V2X) und High Power User Equipment (HPUE).
3GPP hat in Release 15 die Phase 1 der Technologie der fünften Generation (5G) eingeführt und plant die Einführung der Phase 2 der 5G-Technologie in Release 16 (geplant für 2019). Spätere 3GPP-Versionen werden die 5G-Technologie weiter entwickeln und erweitern. Die 5G-Technologie wird hier auch als 5G New Radio (NR) bezeichnet.
5G NR unterstützt oder plant die Unterstützung einer Vielzahl von Funktionen, wie z.B. Kommunikation über das Millimeterwellenspektrum, Strahlformbarkeit, Wellenformen mit hoher spektraler Effizienz, Kommunikation mit niedriger Latenzzeit, multiple Funknumerologie und/oder nicht-orthogonalen Mehrfachzugriff (NOMA). Obwohl solche HF-Funktionalitäten den Netzwerken Flexibilität bieten und die Benutzerdatenraten erhöhen, kann die Unterstützung solcher Funktionen eine Reihe von technischen Herausforderungen mit sich bringen.
Die hier enthaltenen Lehren gelten für eine Vielzahl von Kommunikationssystemen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Kommunikationssysteme, die hochentwickelte (Advanced) Mobilfunktechnologien wie LTE-Advanced, LTE-Advanced Pro und/oder 5G NR verwenden.
1 ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels eines Kommunikationsnetzes 10. Das Kommunikationsnetzwerk 10 beinhaltet eine Makrozellen-Basisstation 1, eine Kleinzellen-Basisstation 3 und verschiedene Beispiele für Benutzereinrichtungen („user equipment“, UE), einschließlich einer ersten mobilen Vorrichtung 2a, eines drahtlos verbundenen Autos 2b, eines Laptops 2c, einer stationären drahtlosen Vorrichtung 2d, eines drahtlos verbundenen Zuges 2e, einer zweiten mobilen Vorrichtung 2f und einer dritten mobilen Vorrichtung 2g.
Obwohl in 1 spezifische Beispiele für Basisstationen und Benutzereinrichtungen dargestellt sind, kann ein Kommunikationsnetzwerk Basisstationen und Benutzereinrichtungen/Endgeräte unterschiedlichster Art und/oder Anzahl beinhalten.
In dem dargestellten Beispiel beinhaltet das Kommunikationsnetzwerk 10 beispielsweise die Makrozellen-Basisstation 1 und die Kleinzellen-Basisstation 3. Die Kleinzellenbasisstation 3 kann mit relativ geringerer Leistung, geringerer Reichweite und/oder mit weniger gleichzeitigen Benutzern im Vergleich zur Makrozellenbasisstation 1 betrieben werden. Die Kleinzellenbasisstation 3 kann auch als Femtozelle, Picozelle oder Mikrozelle bezeichnet werden. Obwohl das Kommunikationsnetzwerk 10 so dargestellt ist, dass es zwei Basisstationen beinhaltet, kann das Kommunikationsnetzwerk 10 so implementiert werden, dass es mehr oder weniger Basisstationen und/oder Basisstationen anderer Typen umfasst.
Obwohl verschiedene Beispiele für Benutzereinrichtungen gezeigt werden, sind die hier enthaltenen Lehren auf eine Vielzahl von Benutzereinrichtungen anwendbar, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Mobiltelefone, Tablets, Laptops, IoT-Geräte, tragbare Elektronik („Wearables“), Teilnehmernetzgeräte („customer premises equipment“, CPE), drahtlos verbundene Fahrzeuge, drahtlose Wiedergabeeinrichtungen und/oder eine Vielzahl anderer Kommunikationseinrichtungen. Darüber hinaus umfasst die Benutzereinrichtung nicht nur derzeit verfügbare Kommunikationsvorrichtungen, die in einem Mobilfunknetz betrieben werden, sondern auch später entwickelte Kommunikationsvorrichtungen, die mit den hier beschriebenen und beanspruchten erfinderischen Systemen, Prozessen, Verfahren, Methoden und Vorrichtungen leicht realisierbar sind.
Das dargestellte Kommunikationsnetzwerk 10 von 1 unterstützt die Kommunikation mit einer Vielzahl von Mobilfunktechnologien, darunter beispielsweise 4G LTE und 5G NR. In bestimmten Implementierungen ist das Kommunikationsnetzwerk 10 weiter angepasst, um ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN), wie beispielsweise WiFi, bereitzustellen. Obwohl verschiedene Beispiele für Kommunikationstechnologien angegeben wurden, kann das Kommunikationsnetzwerk 10 so angepasst werden, dass es eine breite Vielzahl von Kommunikationstechnologien unterstützt.
In 1 sind verschiedene Kommunikationsverbindungen des Kommunikationsnetzes 10 dargestellt. Die Kommunikationsverbindungen können auf vielfältige Weise geduplext werden, z.B. durch Frequenzmultiplexing (FDD) und/oder Zeitduplexing (TDD). FDD ist eine Art von Hochfrequenzkommunikation, die verschiedene Frequenzen zum Senden und Empfangen von Signalen verwendet. FDD kann eine Reihe von Vorteilen bieten, wie z.B. hohe Datenraten und geringe Latenzzeiten. Im Gegensatz dazu ist TDD eine Art von Hochfrequenzkommunikation, die etwa die gleiche Frequenz zum Senden und Empfangen von Signalen verwendet und bei der Sende- und Empfangskommunikation zeitlich geschaltet werden. TDD kann eine Reihe von Vorteilen bieten, wie z.B. die effiziente Nutzung des Spektrums und die variable Aufteilung des Durchsatzes zwischen Sende- und Empfangsrichtung.
In bestimmten Implementierungen können Benutzereinrichtungen mit einer Basisstation über eine oder mehrere der Technologien 4G LTE, 5G NR und WiFi kommunizieren. In bestimmten Implementierungen wird Enhanced License Assisted Access (eLAA) verwendet, um einen oder mehrere lizenzierte Frequenzträger (z.B. lizenzierte 4G LTE- und/oder 5G NR-Frequenzen) mit einem oder mehreren nicht lizenzierten Trägern (z.B. unlizenzierte WiFi-Frequenzen) zusammenzufassen.
Wie in 1 dargestellt, umfassen die Kommunikationsverbindungen nicht nur Kommunikationsverbindungen zwischen UE und Basisstationen, sondern auch UE zu UE Kommunikationen und Basisstation zu Basisstation Kommunikationen. So kann das Kommunikationsnetzwerk 10 beispielsweise zur Unterstützung von Self-Fronthaul und/oder Self-Backhaul implementiert werden (z.B. zwischen Mobilgerät 2g und Mobilgerät 2f).
Die Kommunikationsverbindungen können über eine Vielzahl von Frequenzen betrieben werden. In bestimmten Implementierungen wird die Kommunikation mit der 5G NR-Technologie über ein oder mehrere Frequenzbänder unterstützt, die kleiner als 6 Gigahertz (GHz) und/oder über ein oder mehrere Frequenzbänder, die größer als 6 GHz sind. So können die Kommunikationsverbindungen beispielsweise den Frequenzbereich 1 (FR1), den Frequenzbereich 2 (FR2) oder eine Kombination davon bedienen. In einer Ausführungsform unterstützen eine oder mehrere der mobilen Vorrichtungen eine HPUE-Leistu ngsklassenspezifi kation.
In bestimmten Implementierungen kommunizieren eine Basisstation und/oder eine Benutzereinrichtung mittels Strahlformung (Beamforming). So kann die Strahlformung beispielsweise verwendet werden, um die Signalstärke zu fokussieren, um Wegverluste zu überwinden, wie beispielsweise hohe Verluste bei der Kommunikation über hohe Signalfrequenzen. In bestimmten Ausführungsformen kommunizieren Benutzereinrichtungen, wie beispielsweise ein oder mehrere Mobiltelefone, mittels Strahlformung auf Millimeterwellenfrequenzbändern im Bereich von 30 GHz bis 300 GHz und/oder oberen Zentimeterwellenfrequenzen im Bereich von 6 GHz bis 30 GHz, insbesondere 24 GHz bis 30 GHz.
Verschiedene Benutzer des Kommunikationsnetzes 10 können verfügbare Netzwerkressourcen, wie beispielsweise das verfügbare Frequenzspektrum, auf vielfältige Weise gemeinsam nutzen.
In einem Beispiel wird der Frequency Division Multiple Access (FDMA) verwendet, um ein Frequenzband in mehrere Frequenzträger aufzuteilen. Zusätzlich werden einem bestimmten Benutzer ein oder mehrere Träger zugeordnet. Beispiele für FDMA sind unter anderem Single Carrier FDMA (SC-FDMA) und Orthogonal FDMA (OFDMA). OFDMA ist eine Mehrträgertechnologie, die die verfügbare Bandbreite in mehrere zueinander orthogonale Schmalbandunterträger unterteilt, die verschiedenen Benutzern separat zugeordnet werden können.
Weitere Beispiele für den gemeinsamen Zugriff (Shared Access) umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff (TDMA), bei dem einem Benutzer bestimmte Zeitschlitze für die Nutzung einer Frequenzressource zugewiesen werden, Codemultiplex-Mehrfachzugriff (CDMA), bei dem eine Frequenzressource von verschiedenen Benutzern gemeinsam genutzt wird, indem jedem Benutzer ein eindeutiger Code zugewiesen wird, Raummultiplex-Mehrfachzugriff (SDMA), bei dem Strahlformung verwendet wird, um einen gemeinsamen Zugriff durch räumliche Aufteilung bereitzustellen, und nicht-orthogonaler Mehrfachzugriff (NOMA), bei dem die Leistungsdomäne für Mehrfachzugriff verwendet wird. So kann NOMA beispielsweise verwendet werden, um mehrere Benutzer mit derselben Frequenz, Zeit und/oder demselben Code, aber mit unterschiedlichen Leistungsstufen zu bedienen.
Enhanced Mobile Broadband (eMBB) bezeichnet eine Technologie zur Steigerung der Systemkapazität von LTE-Netzen. So kann sich eMBB beispielsweise auf Kommunikationen mit einer maximalen Datenrate von mindestens 10Gbps und einem Minimum von 100Mbps für jeden Benutzer beziehen. Hochzuverlässige Kommunikation mit niedriger Latenz (uRLLC) bezieht sich auf Technologien für die Kommunikation mit sehr niedriger Latenzzeit, z.B. weniger als 2 Millisekunden. uRLLC kann für handlungskritische Kommunikationen, wie z.B. für das autonome Fahren und/oder Fernchirurgieanwendungen, verwendet werden. Massive maschinenartige Kommunikation (mMTC) bezieht sich auf kostengünstige Kommunikationen mit niedriger Datenrate, die mit drahtlosen Verbindungen zu Alltagsgegenständen verknüpft sind, wie sie beispielsweise mit Internet of Things (IoT) Anwendungen verknüpft sind.
Das Kommunikationsnetzwerk 10 von 1 kann verwendet werden, um eine Vielzahl von erweiterten bzw. hochentwickelten (Advanced) Kommunikationsfunktionen zu unterstützen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, eMBB, uRLLC und/oder mMTC.
2A ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer Kommunikationsverbindung mit Trägeraggregation. Die Trägeraggregation kann verwendet werden, um die Bandbreite der Kommunikationsverbindung zu erweitern, indem Kommunikationen über mehrere Frequenzträger unterstützt werden, wodurch die Benutzerdatenraten erhöht und die Netzwerkkapazität durch die Verwendung fragmentierter Frequenzzuweisungen verbessert wird.
Im dem dargestellten Beispiel ist die Kommunikationsverbindung zwischen einer Basisstation 21 und einer mobilen Vorrichtung 22 vorgesehen. Wie in 2A dargestellt, beinhaltet die Kommunikationsverbindung einen Downlink-Kanal (abwärtsgerichteten Kanal), der für die HF-Kommunikation von der Basisstation 21 zu der mobilen Vorrichtung 22 verwendet wird, und einen Uplink-Kanal (aufwärtsgerichteten Kanal), der für die HF-Kommunikation von der mobilen Vorrichtung 22 zu der Basisstation 21 verwendet wird.
Obwohl 2A die Trägeraggregation im Rahmen der FDD-Kommunikation veranschaulicht, kann die Trägeraggregation auch für die TDD-Kommunikation verwendet werden.
In bestimmten Implementierungen kann eine Kommunikationsverbindung asymmetrische Datenraten für einen Downlink-Kanal und einen Uplink-Kanal bereitstellen. So kann beispielsweise eine Kommunikationsverbindung verwendet werden, um eine relativ hohe Downlink-Datenrate zu unterstützen, um ein Hochgeschwindigkeits-Streaming von Multimedia-Inhalten auf eine mobile Vorrichtung zu ermöglichen, während eine relativ langsamere Datenrate für das Hochladen von Daten von der mobilen Vorrichtung in die Cloud bereitgestellt wird.
In dem dargestellten Beispiel kommunizieren die Basisstation 21 und die mobile Vorrichtung 22 mittels Trägeraggregation, bei der die Bandbreite der Kommunikationsverbindung selektiv erhöht werden kann. Die Trägeraggregation beinhaltet die zusammenhängende Aggregation („Contiguous Agrregation“, CA), bei der zusammenhängende Träger innerhalb des gleichen Betriebsfrequenzbandes aggregiert werden. Die Trägeraggregation kann auch nicht zusammenhängend („non-contiguous“) sein und Träger beinhalten, die in ihrer Frequenz innerhalb eines gemeinsamen Bandes oder in verschiedenen Bändern getrennt sind.
In dem in 2A dargestellten Beispiel beinhaltet der Uplink-Kanal drei aggregierte Komponententräger f_UL1 , f_UL2 und f_UL3 . Zusätzlich beinhaltet der Downlink-Kanal fünf aggregierte Komponententräger f_DL1 , f_DL2 , f_DL3 , f_DL4 und f_DL5 . Obwohl ein Beispiel für die Aggregation von Komponententrägern gezeigt wird, können mehr oder weniger Träger für Uplink und/oder Downlink aggregiert werden. Darüber hinaus kann eine Reihe von aggregierten Trägern im Laufe der Zeit variiert werden, um die gewünschten Uplink- und Downlink-Datenraten zu erreichen.
So kann sich beispielsweise eine Reihe von aggregierten Trägern für die Uplink- und/oder Downlink-Kommunikation in Bezug auf eine bestimmte mobile Vorrichtung im Laufe der Zeit ändern. So kann sich beispielsweise die Anzahl der aggregierten Träger ändern, wenn sich die Vorrichtung durch das Kommunikationsnetzwerk bewegt und/oder sich die Netzwerknutzung im Laufe der Zeit ändert.
2B veranschaulicht verschiedene Beispiele für die Uplink-Trägeraggregation für die Kommunikationsverbindung von 2A. 2B beinhaltet ein erstes Trägeraggregationsszenario 31, ein zweites Trägeraggregationsszenario 32 und ein drittes Trägeraggregationsszenario 33, die schematisch drei Arten von Trägeraggregation darstellen.
Die Trägeraggregationsszenarien 31-33 veranschaulichen unterschiedliche Spektrumzuordnungen für einen ersten Komponententräger f_UL1 , einen zweiten Komponententräger f_UL2 und einen dritten Komponententräger f_UL3 . Obwohl 2B im Zusammenhang mit der Aggregation von drei Komponententrägern dargestellt ist, kann die Trägeraggregation verwendet werden, um mehr oder weniger Träger zu aggregieren. Darüber hinaus sind die Aggregationsszenarien, obwohl sie im Rahmen des Uplinks veranschaulicht werden, auch auf den Downlink anwendbar.
Das erste Trägeraggregationsszenario 31 veranschaulicht die Intraband zusammenhängende Trägeraggregation, bei der Komponententräger, die in ihrer Frequenz und in einem gemeinsamen Frequenzband benachbart sind, aggregiert werden. Das erste Trägeraggregationsszenario 31 stellt beispielsweise die Aggregation von Komponententrägern f_UL1 , f_UL2 und f_UL3 dar, die zusammenhängend sind und sich innerhalb eines ersten Frequenzbandes BAND1 befinden.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2B veranschaulicht das zweite Trägeraggregationsszenario 32 die Intraband nicht-kontinuierliche Trägeraggregation, bei der zwei oder mehr Komponententräger, die in ihrer Frequenz und innerhalb eines gemeinsamen Frequenzbandes nicht benachbart sind, aggregiert werden. Das zweite Trägeraggregationsszenario 32 stellt beispielsweise die Aggregation von Komponententrägern f_UL1 , f_UL2 und f_UL3 dar, die nicht zusammenhängend sind, sich aber innerhalb eines ersten Frequenzbandes BAND1 befinden.
Das dritte Trägeraggregationsszenario 33 veranschaulicht die bandübergreifende (Interband), nicht zusammenhängende Trägeraggregation, bei der Komponententräger, die in ihrer Frequenz und in mehreren Frequenzbändern nicht benachbart sind, zusammengefasst werden. So bildet das dritte Trägeraggregationsszenario 33 beispielsweise die Aggregation der Komponententräger f_UL1 und f_UL2 eines ersten Frequenzbandes BAND1 mit dem Komponententräger f_UL3 eines zweiten Frequenzbandes BAND2 ab.
2C veranschaulicht verschiedene Beispiele für die Downlink-Trägeraggregation für die Kommunikationsverbindung von 2A. Die Beispiele zeigen verschiedene Trägeraggregationsszenarien 34-38 für unterschiedliche Spektrumzuordnungen eines ersten Komponententrägers f_DL1 , eines zweiten Komponententrägers f_DL2 , eines dritten Komponententrägers f_DL3 , eines vierten Komponententrägers f_DL4 und eines fünften Komponententrägers f_DL5 . Obwohl 2C im Zusammenhang mit der Aggregation von fünf Komponententrägern dargestellt ist, kann die Trägeraggregation verwendet werden, um mehr oder weniger Träger zu aggregieren. Darüber hinaus sind die Aggregationsszenarien, obwohl sie im Rahmen des Downlinks veranschaulicht werden, auch für Uplinks anwendbar.
Das erste Trägeraggregationsszenario 34 stellt die Aggregation von Komponententrägern dar, die zusammenhängend sind und sich im gleichen Frequenzband befinden. Zusätzlich veranschaulicht das zweite Trägeraggregationsszenario 35 und das dritte Trägeraggregationsszenario 36 zwei Beispiele für die Aggregation, die nicht zusammenhängend ist, sich aber im gleichen Frequenzband befinden. Darüber hinaus veranschaulicht das vierte Trägeraggregationsszenario 37 und das fünfte Trägeraggregationsszenario 38 zwei Beispiele für die Aggregation, bei der Komponententräger, die in ihrer Frequenz und in mehreren Frequenzbändern nicht benachbart sind, aggregiert werden. Mit zunehmender Anzahl aggregierter Komponententräger steigt auch die Komplexität möglicher Trägeraggregationsszenarien.
Unter Bezugnahme auf die 2A-2C können die einzelnen Komponententräger, die bei der Trägeraggregation verwendet werden, aus einer Vielzahl von Frequenzen bestehen, einschließlich beispielsweise Frequenzträger im gleichen Band oder in mehreren Bändern. Darüber hinaus ist die Trägeraggregation sowohl für Implementierungen anwendbar, bei denen die einzelnen Komponententräger etwa die gleiche Bandbreite aufweisen, als auch für Implementierungen, bei denen die einzelnen Komponententräger unterschiedliche Bandbreiten aufweisen.
Bestimmte Kommunikationsnetze weisen einer bestimmten Benutzervorrichtung einen Primärkomponententräger (PCC) oder Ankerträger für Uplink und einen PCC für Downlink zu. Zusätzlich, wenn die mobile Vorrichtung über einen einzelnen Frequenzträger für Uplink oder Downlink kommuniziert, kommuniziert die Benutzervorrichtung über die PCC. Um die Bandbreite für die Uplink-Kommunikation zu erhöhen, kann der Uplink-PCC mit einem oder mehreren Uplink-Sekundärkomponententrägern (SCCs) aggregiert werden. Um die Bandbreite für die Downlink-Kommunikation zu erhöhen, kann der Downlink-PCC mit einem oder mehreren Downlink-SCCs aggregiert werden.
In bestimmten Implementierungen stellt ein Kommunikationsnetzwerk für jeden Komponententräger eine Netzwerkzelle zur Verfügung. Zusätzlich kann eine Primärzelle mit einem PCC betrieben werden, während eine Sekundärzelle mit einem SCC betrieben werden kann. Die Primär- und Sekundärzellen können unterschiedliche Abdeckungsbereiche aufweisen, z.B. aufgrund von unterschiedlichen Frequenzen der Träger und/oder der Netzwerkumgebung.
License Assisted Access (LAA) bezieht sich auf die Aggregation von Downlink-Trägern, bei der ein lizenzierter Frequenzträger, der einem Mobilfunkbetreiber zugeordnet ist, mit einem Frequenzträger im unlizenzierten Spektrum, wie beispielsweise WiFi, aggregiert wird. LAA verwendet einen Downlink PCC im lizenzierten Spektrum, der Steuerungs- und Signalisierungsinformationen trägt, die mit der Kommunikationsverbindung verbunden sind, während unlizenziertes Spektrum für eine größere Downlink-Bandbreite aggregiert wird, wenn verfügbar. LAA kann mit dynamischer Anpassung der sekundären Träger arbeiten, um WiFi-Nutzer zu vermeiden und/oder mit WiFi-Nutzern zu koexistieren. Enhanced License Assisted Access (eLAA) bezieht sich auf eine Weiterentwicklung der LAA, die lizenziertes und unlizenziertes Spektrum für Downlink als auch Uplink aggregiert.
3A ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels eines Downlink-Kanals mit Multi-Input- und Multi-Output (MIMO)-Kommunikation. 3B ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels für einen Uplink-Kanal mit MIMO-Kommunikation.
MIMO-Kommunikation verwendet mehrere Antennen, um mehrere Datenströme über ein gemeinsames Frequenzspektrum gleichzeitig zu übertragen. In bestimmten Implementierungen arbeiten die Datenströme mit unterschiedlichen Referenzsignalen, um den Datenempfang an dem Empfänger zu verbessern. Die MIMO-Kommunikation profitiert von einem höheren SNR, einer verbesserten Kodierung und/oder einer reduzierten Signalinterferenz aufgrund von räumlichen Multiplexingunterschieden der Funkumgebung.
MIMO-Ordnung bezieht sich auf eine Reihe von separaten Datenströmen, die gesendet oder empfangen werden. So kann beispielsweise die MIMO-Ordnung für die Downlink-Kommunikation durch eine Anzahl von Sendeantennen einer Basisstation und eine Anzahl von Empfangsantennen für UE, wie beispielsweise eine mobile Vorrichtung, beschrieben werden. So bezieht sich beispielsweise zwei-mal-zwei (2x2) DL MIMO auf die MIMO-Downlink-Kommunikation mit zwei Basisstationsantennen und zwei UE-Antennen. Zusätzlich bezieht sich vier-mal-vier (4x4) DL MIMO auf MIMO Downlink-Kommunikation mit vier Basisstationsantennen und vier UE-Antennen.
In dem in 3A gezeigten Beispiel wird die Downlink-MIMO-Kommunikation durch Senden unter Verwendung von M Antennen 43a, 43b, 43c, 43m der Basisstation 41 und Empfangen unter Verwendung von N Antennen 44a, 44b, 44c, 44n der mobilen Vorrichtung 42 bereitgestellt. Dementsprechend veranschaulicht 3A ein Beispiel für m x n DL MIMO.
Ebenso kann die MIMO-Reihenfolge für die Uplink-Kommunikation durch eine Anzahl von Sendeantennen der UE, wie beispielsweise eine mobile Vorrichtung, und eine Anzahl von Empfangsantennen einer Basisstation beschrieben werden. Beispielsweise bezieht sich 2x2 UL MIMO auf die MIMO-Uplink-Kommunikation mit zwei UE-Antennen und zwei Basisstationsantennen. Zusätzlich bezieht sich 4x4 UL MIMO auf MIMO Uplink-Kommunikation mit vier UE-Antennen und vier Basisstationsantennen.
In dem in 3B gezeigten Beispiel werden Uplink-MIMO-Kommunikationen bereitgestellt, indem mit N Antennen 44a, 44b, 44c, ... 44n der mobilen Vorrichtung 42 gesendet wird und mit M Antennen 43a, 43b, 43c, ... 43m der Basisstation 41 empfangen wird. Dementsprechend veranschaulicht 3B ein Beispiel für n x m UL MIMO.
Durch Erhöhung des Pegels oder der Ordnung von MIMO kann die Bandbreite eines Uplink-Kanals und/oder eines Downlink-Kanals erhöht werden.
MIMO-Kommunikationen sind auf Kommunikationsverbindungen (auch als Kommunikationsstrecke bezeichnet) verschiedener Art anwendbar, wie z.B. FDD-Kommunikationsverbindungen und TDD-Kommunikationsverbindungen.
3C ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Beispiels für einen Uplink-Kanal mit MIMO-Kommunikation. In dem in 3C dargestellten Beispiel wird die Uplink-MIMO-Kommunikation durch Senden mit N Antennen 44a, 44b, 44c, .... 44n der mobilen Vorrichtung 42 bereitgestellt. Zusätzlich wird ein erster Abschnitt der Uplink-Aussendungen unter Verwendung von M Antennen 43a1, 43b1, 43c1, 43m1 einer ersten Basisstation 41a empfangen, während ein zweiter Abschnitt der Uplink-Aussendungen unter Verwendung von M Antennen 43a2, 43b2, 43b2, 43c2,... 43m2 einer zweiten Basisstation 41b empfangen wird. Zusätzlich kommunizieren die erste Basisstation 41a und die zweite Basisstation 41b miteinander über drahtgebundene, optische und/oder drahtlose Verbindungen.
Das MIMO-Szenario von 3C veranschaulicht ein Beispiel, bei dem mehrere Basisstationen zusammenarbeiten, um die MIMO-Kommunikation zu erleichtern bzw. zu ermöglichen.
Strahlformende Kommunikationssysteme mit sensorgestütztem Strahlmanagement
Antennenanordnungen (auch als Antennenfelder oder Antennenarrays bezeichnet) können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Antennenanordnungen können beispielsweise zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenzsignalen (HF) in Basisstationen, Netzzugangspunkten, Mobiltelefonen, Tablets, Kundengeräten (CPE), Laptops, Computern, tragbarer Elektronik und/oder anderen Kommunikationsgeräten verwendet werden.
Kommunikationsvorrichtungen, die Millimeterwellenträger (z.B. 30 GHz bis 300 GHz), Zentimeterwellenträger (z.B. 3 GHz bis 30 GHz) und/oder andere Trägerfrequenzen verwenden, können eine Antennenanordnung verwenden, um Strahlformung und Richtwirkung für das Senden und/oder Empfangen von Signalen bereitzustellen.
Im Rahmen der Signalübertragung kombinieren sich beispielsweise die Signale der Antennenelemente der Antennenanordnung unter Verwendung konstruktiver und destruktiver Interferenzen, um ein aggregiertes d.h. zusammengefasstes Sendesignal zu erzeugen, das strahlähnliche Eigenschaften mit mehr Signalstärke aufweist, die sich in einer bestimmten Richtung von der Antennenanordnung weg ausbreiten. Im Rahmen des Signalempfangs wird mehr Signalenergie von der Antennenanordnung empfangen, wenn das Signal aus einer bestimmten Richtung kommt. Dementsprechend kann eine Antennenanordnung auch eine Richtwirkung für den Empfang von Signalen bereitstellen.
Eine Signalkonditionierungsschaltung kann verwendet werden, um ein Sendesignal für die Aussendung d.h. Übertragung über ein Antennenelement zu konditionieren und/oder um ein empfangenes Signal von dem Antennenelement zu konditionieren. In einem Beispiel beinhaltet eine Signalkonditionierungsschaltung einen Verstärker mit variabler Verstärkung zur Verstärkungsregelung und einen variablen Phasenschieber zur Phasensteuerung.
5G NR spezifiziert die Strahlformung nicht nur in Basisstationen, sondern auch in UE. So können beispielsweise Phased-Array-Antennen (Phasenfeld-Antennen) relativ kompakte Abmessungen aufweisen, die für den Einbau in UE für bestimmte Strahlformungsanwendungen geeignet sind, z.B. bei Frequenzen über etwa 10 GHz, oder insbesondere für FR2 und/oder bei Millimeterwellenfrequenzen.
Um die Möglichkeit zu bieten, Strahlen in mehrere Richtungen zu kommunizieren, kann ein UE mehrere Antennenanordnungen beinhalten, um die Strahlformungsfähigkeit über einen Bereich von Richtungen abzudecken, zum Beispiel über einen Winkelbereich, der eine volle Kugel umfasst, die die UE umfasst. Wenn mehrere Antennenanordnungen enthalten sind, kann jede Antennenanordnung unterschiedliche und/oder separat steuerbare Polarisation, Antennenverstärkung, Strahllenkung und/oder andere Parameter aufweisen, um die Kommunikation in eine bestimmte Richtung zu ermöglichen.
Der Strahlwinkel eines strahlformenden Kommunikationssystems kann im Laufe der Zeit geändert werden, um eine Kommunikationsverbindung aufrechtzuerhalten. So kann beispielsweise der Strahlwinkel geändert werden, wenn sich eine relative Position zwischen UE und einer Basisstation ändert. Um das Betriebsverhalten aufrechtzuerhalten (z.B. Verbindungskonnektivität und/oder Bandbreite), ist es wünschenswert, entsprechende Basisstations- und UE-Strahlen zu lokalisieren und/oder nachzuverfolgen, um dadurch die Kommunikationsverbindung bei Vorhandensein von Umgebungsblockaden (Umgebungsabblockungen) und/oder UE-Mobilität aufrechtzuerhalten.
Vorrichtungen und Verfahren für strahlformende Kommunikationssysteme mit sensorgestütztem Strahlmanagement werden vorgestellt. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet ein strahlformendes Kommunikationssystem eine Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Antennenelementen. Das strahlformende Kommunikationssystem beinhaltet ferner eine Vielzahl von Signalkonditionierungsschaltungen, die den Antennenelementen betriebsmäßig zugeordnet sind, einen oder mehrere Sensoren, die Sensordaten erzeugen, und eine Strahlmanagementschaltung, die die Signalkonditionierungsschaltungen steuert, um die Strahlformung zu steuern. Die Strahlmanagementschaltung ermöglicht ein Strahlmanagmenet basierend auf den Sensordaten.
In bestimmten Implementierungen steuert die Strahlmanagementschaltung die Strahllenkung basierend auf den Sensordaten der Sensoren. In Bezug auf die Strahlübertragung können die Sensordaten beispielsweise verwendet werden, um einen Sendestrahl von erfassten Objekten wegzulenken, die sonst den Sendestrahl blockieren und/oder abschwächen würden. Die Sensordaten können auch verwendet werden, um den Sendestrahl zu lenken, um den auf eine Basisstation gerichteten Sendestrahl bei Änderung der UE-Position zu halten und/oder eine bestimmte Antennenanordnung zum Erzeugen eines an eine Basisstation gesendeten Sendestrahls auszuwählen.
Zusätzlich oder alternativ können die Sensordaten von der Strahlmanagementschaltung zum Steuern eines Empfangsstrahls und/oder zum Auswählen einer bestimmten Antennenanordnung zum Empfangen eines Strahls verwendet werden. So können beispielsweise im Rahmen des Strahlempfangs die Sensordaten von der Strahlmanagementschaltung verarbeitet werden, um eine Richtung des auf die Basisstation gerichteten Empfangsstrahls beizubehalten und/oder eine Antennenanordnung auszuwählen, die zur Kommunikation mit einer bestimmten Basisstation geeignet ist.
In bestimmten Implementierungen werden die Sensordaten verwendet, um die Strahlsuche und/oder das Scannen zu erleichtern, z.B. um Strahlwinkel zu vermeiden, die mit einer Umgebungsblockade verbunden sind. Ebenso können die Sensordaten bei der Strahlwiederherstellung helfen, z.B. wenn ein Sendestrahl und/oder ein Empfangsstrahl aufgrund von Umgebungsblockaden verloren gehen.
Zum Zwecke der Strahlerkennung kann ein UE verschiedene geometrische Positionen d.h. Orte scannen, um einen Pilotstrahl oder einen anderen Strahl zu lokalisieren, der von einer Basisstation gesendet wird. In bestimmten Implementierungen können die Sensordaten von der UE verarbeitet werden, um dazu beizutragen, wahrscheinliche Positionen für die Entdeckung des Strahls zu identifizieren, wodurch eine Latenzzeit bei der Strahlerkennung reduziert und/oder eine Effizienz beim Scannen erhöht wird.
Die Sensordaten können eine Basisstation auch bei der Strahlverfolgung unterstützen, wenn sich das UE innerhalb eines Mobilfunknetzes bewegt. So wird beispielsweise in bestimmten Implementierungen mindestens ein Teil der Sensordaten von der UE über eine andere Kommunikationsverbindung (z.B. eine LTE-Verbindung) an die Basisstation gesendet und verwendet, um einen Sendestrahl von einer Basisstation in Richtung UE zu steuern und/oder die Konnektivität eines Empfangsstrahls von dem UE aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus kann die Basisstation dem UE lokale dreidimensionale Kartendaten zur Verfügung stellen, so dass Hindernisse vorhersehbar sind und/oder Strahlenspuren (z.B. Sichtlinienmöglichkeit) identifiziert und/oder berechnet werden, basierend auf den UE-Verarbeitungssensordaten, um Position und Orientierung zu bestimmen.
In bestimmten Implementierungen werden Sensordaten auf mehreren Nutzungsebenen verwendet, einschließlich: (i) eine erste Nutzungsebene, in der die UE die Sensordaten autonom verwendet, um das Strahlmanagement basierend auf Sensordaten zu steuern, die Position, Drehung und/oder Erkennung von Hindernissen anzeigen; (ii) eine zweite Nutzungsebene, in der die UE die Sensordaten oder einen reduzierten Satz der Sensordaten an die Basisstation übermittelt, um die Basisstation beim Strahlformen zu unterstützen; und (iii) eine dritte Nutzungsebene, in der die Basisstation lokale Kartendaten an die UE bereitstellt.
In bestimmten Implementierungen werden die Sensordaten verarbeitet, um die Strahlformung zu steuern und die maximal zulässige Belastung d.h Aussetzung (Maximum Permissible Exposure; MPE) zu begrenzen. Zum Beispiel ist MPE eine Spezifikation, die sich auf die Kontrolle der Belastung von dicht beieinander liegenden Geweben gegenüber HF-Signalübertragungen von 6 GHz oder mehr bezieht, zum Beispiel FR2 und/oder Millimeterwellen. In einem Beispiel kann MPE verwendet werden, um die Strahlenbelastung eines Benutzers zu begrenzen, wenn er ein Tablet auf seinen Knien hält. MPE ist ein weiteres Beispiel für einen Parameter, der basierend auf Sensordaten gemäß den hier enthaltenen Lehren verwaltet d.h. gemanagt werden kann.
In bestimmten Implementierungen ist ein erster Sensor einer ersten Antennenanordnung zugeordnet und ein zweiter Sensor ist einer zweiten Antennenanordnung zugeordnet. Zusätzlich kommuniziert die UE d.h. die Benutzereinrichtung selektiv über die erste Antennenanordnung und/oder die zweite Antennenanordnung basierend auf Sensordaten des ersten Sensors und des zweiten Sensors. Die Zuordnung von Sensoren zu entsprechenden Antennenanordnungen kann zu Implementierungen mit mehr als zwei Antennenanordnungen erweitert werden. In einem Beispiel sind beispielsweise vier oder mehr Antennenanordnungen um die UE herum verteilt, wobei jede Antennenanordnung mindestens einen zugehörigen Sensor aufweist.
In bestimmten Implementierungen kommuniziert die UE unter Verwendung der ersten Antennenanordnung, wenn der erste Sensor anzeigt, dass die erste Antennenanordnung nicht durch eine Umgebungsblockade blockiert ist, und unter Verwendung der zweiten Antennenanordnung, wenn der erste Sensor anzeigt, dass die erste Antennenanordnung blockiert ist und der zweite Sensor anzeigt, dass die zweite Antennenanordnung nicht blockiert ist. In bestimmten Implementierungen ist der erste Sensor ein dedizierter Sensor zum Erfassen der Blockade der ersten Antennenanordnung und der zweite Sensor ist ein dedizierter Sensor zum Erfassen der Blockade der zweiten Antennenanordnung. So können beispielsweise der erste Sensor und der zweite Sensor dedizierten Näherungssensoren entsprechen und nicht bestehenden Sensoren, die in der UE für andere Funktionen oder Zwecke verwendet werden.
In bestimmten Implementierungen entspricht die Benutzereinrichtung UE einem Mobiltelefon, einem Tablet oder einer anderen tragbaren Vorrichtung, die von einem Benutzer im Mobilfunknetz bewegt wird. Mobilfunkfähige Fahrzeuge (z.B. Autos), Drohnen und andere Arten von motorisierten UEs können jedoch auch von der Übertragung von Sensordaten an die Basisstation auf diese Weise profitieren. Darüber hinaus können bestimmte motorisierte UEs, wie z.B. Drohnen, weiterhin Daten über geplante Routen senden, um die Aufrechterhaltung der strahlformenden Kommunikationsverbindung mit der Basisstation zu erleichtern.
4A ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Kommunikationssystems 110, das mit Strahlformung (Beamforming) arbeitet. Das Kommunikationssystem 110 beinhaltet eine Antennenanordnung 102, einen Sender-Empfänger 105, ein Basisband-Modem 106 und ein Frontend-System 108. Die Antennenanordnung 102 beinhaltet die Antennenelemente 103a1, 103a2 ... 103an, 103b1, 103b2... 103bn, 103m1, 103m2 ... 103mn. Zusätzlich beinhaltet das Frontend-System 108 Signalkonditionierungsschaltungen 104a1, 104a2... 104an, 104b1, 104b2... 104bn, 104m1, 104m2... 104mn.
In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet das Basisbandmodem 106 eine Strahlmanagementschaltung 107. Somit ist die Strahlmanagementschaltung 107 im Basisband-Modem 106 in dieser Ausführungsform enthalten. Die Strahlmanagementschaltung 107 kann sich jedoch an jedem geeigneten Ort befinden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, den Sender-Empfänger 105 und/oder das Frontend-System 108.
Kommunikationssysteme, die über Millimeterwellenträger (z.B. 30 GHz bis 300 GHz), Zentimeterwellenträger (z.B. 3 GHz bis 30 GHz) und/oder andere Frequenzträger kommunizieren, können eine Antennenanordnung verwenden, um Strahlformung und Richtwirkung für die Übertragung und/oder den Empfang von Signalen bereitzustellen.
So beinhaltet das Kommunikationssystem 110 in der dargestellten Ausführungsform beispielsweise eine Anordnung oder Feld 102 von m x n Antennenelementen, die jeweils von einer separaten Signalkonditionierungsschaltung gesteuert werden, in dieser Ausführungsform. Wie aus den Ellipsen ersichtlich, kann das Kommunikationssystem 110 mit einer beliebigen Anzahl von Antennenelementen und Signalkonditionierungsschaltungen realisiert werden.
Die Signalkonditionierungsschaltungen 104a1, 104a2... 104an, 104b1, 104b2... 104bn, 104m1, 104m2... 104mn können zum Konditionieren von Signalen für das Senden und/oder Empfangen über die Antennenanordnung 102 verwendet werden. Obwohl eine Ausführungsform, in der die Signalkonditionierungsschaltungen 104a1, 104a2... 104an, 104b1, 104b2... 104bn, 104m1, 104m2... 104mn eine Signalkonditionierung sowohl für das Senden als auch für das Empfangen bereitstellen, bereitgestellt wird, sind andere Implementierungen möglich. So beinhaltet eine Kommunikationsvorrichtung in bestimmten Implementierungen beispielsweise separate Antennenanordnungen zum Empfangen von Signalen und zum Senden von Signalen. So wird in bestimmten Implementierungen eine Signalkonditionierungsschaltung zur Sendekonditionierung, aber nicht zur Empfangskonditionierung oder zur Empfangskonditionierung, aber nicht zur Sendekonditionierung verwendet.
In Bezug auf die Signalübertragung können die Signalkonditionierungsschaltungen 104a1, 104a2... 104an, 104b1, 104b2... 104bn, 104m1, 104m2... 104mn Sendesignale an die Antennenanordnung 102 liefern, so dass von den Antennenelementen abgestrahlte Signale unter Verwendung konstruktiver und destruktiver Interferenzen kombiniert werden, um ein aggregiertes d.h. zusammengefasstes Sendesignal zu erzeugen, das strahlartige Eigenschaften mit mehr Signalstärke bei Ausbreitung in einer gegebenen Richtung weg von der Antennenanordnung 102 aufzeigt.
Im Rahmen des Signalempfangs verarbeiten die Signalkonditionierungsschaltungen 104a1, 104a2... 104an, 104b1, 104b2... 104bn, 104m1, 104m2... 104mn die empfangenen Signale (z.B. durch getrenntes Steuern von Empfangssignalphasen und Amplituden) so, dass mehr Signalenergie empfangen wird, wenn das Signal aus einer bestimmten Richtung in die Antennenanordnung 102 eintrifft. Dementsprechend bietet das Kommunikationssystem 110 auch eine Richtwirkung für den Empfang von Signalen.
Die relative Konzentration der Signalenergie in einem Sende- oder Empfangsstrahl kann durch Vergrößerung der Größe der Anordnung erhöht werden. Wenn beispielsweise mehr Signalenergie in einen Sendestrahl fokussiert wird, kann sich das Signal über eine größere Reichweite ausbreiten und gleichzeitig einen ausreichenden Signalpegel für die HF-Kommunikationen bereitstellen. So kann beispielsweise ein Signal mit einem großen Anteil der in den Sendestrahl fokussierten Signalenergie eine hohe effektive isotrope Strahlungsleistung (Effective Isotopic Radiated Power; EIRP) aufweisen.
In der dargestellten Ausführungsform stellt der Sender-Empfänger 105 den Signalkonditionierungsschaltungen Sendesignale zur Verfügung und verarbeitet die von den Signalkonditionierungsschaltungen empfangenen Signale. Wie in 4A dargestellt, erzeugt der Sender-Empfänger 105 Steuersignale für die Signalkonditionierungsschaltungen. Die Steuersignale können für eine Vielzahl von Funktionen verwendet werden, wie z.B. das Einstellen der Phase und/oder Amplitude von gesendeten oder empfangenen Signalen zur Strahlformung und das selektive Aktivieren/Deaktivieren der Kommunikation auf der Antennenanordnung 102.
Mit weiterem Bezug auf 4A stellt die Strahlmanagementschaltung 107 dem Sender-Empfänger 105 ein oder mehrere Steuersignale zum Steuern von Phasen- und/oder Amplitudenwerten der Signalkonditionierungsschaltungen 104a1, 104a2... 104an, 104b1, 104b2... 104bn, 104m1, 104m2... 104mn zur Verfügung. Somit kann die Strahlmanagementschaltung 107 Sende- und/oder Empfangsstrahlen steuern. Darüber hinaus kann die Strahlmanagementschaltung 107 selektiv Kommunikationen auf der Antennenanordnung 102 aktivieren oder deaktivieren (z.B. die Übertragung auf der Antennenanordnung 102 zugunsten der Übertragung mit einer anderen Antennenanordnung deaktivieren). In bestimmten Implementierungen werden Daten zwischen dem Basisband-Modem 106 und dem Sender-Empfänger („Transceiver“) 105 zumindest teilweise über eine serielle Schnittstelle oder einen Bus übertragen.
Wie in 4A dargestellt, empfängt die Strahlmanagementschaltung 107 Sensordaten zur Steuerung der Strahllenkung („Beam Steering“). Die Strahlmanagementschaltung 107 verwendet die Sensordaten für das Strahlmanagement gemäß den hier enthaltenen Lehren.
4B ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels für die Strahlformung zur Bereitstellung eines Sendestrahls. 4B veranschaulicht einen Abschnitt eines Kommunikationssystems, das eine erste Signalkonditionierungsschaltung 114a, eine zweite Signalkonditionierungsschaltung 114b, ein erstes Antennenelement 113a und ein zweites Antennenelement 113b beinhaltet.
Obwohl dargestellt als zwei Antennenelemente und zwei Signalkonditionierungsschaltungen, kann ein Kommunikationssystem zusätzliche Antennenelemente und/oder Signalkonditionierungsschaltungen beinhalten. So veranschaulicht beispielsweise 4B eine Ausführungsform eines Teils des Kommunikationssystems 110 von 4A.
In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet die erste Signalkonditionierungsschaltung 114a einen ersten Phasenschieber 130a, einen ersten Leistungsverstärker 131a, einen ersten rauscharmen Verstärker (LNA) 132a und Schalter zum Steuern der Auswahl des Leistungsverstärkers 131a oder LNA 132a. Zusätzlich beinhaltet die zweite Signalkonditionierungsschaltung 114b einen zweiten Phasenschieber 130b, einen zweiten Leistungsverstärker 131b, einen zweiten LNA 132b und Schalter zum Steuern der Auswahl des Leistungsverstärkers 131b oder LNA 132b.
Obwohl eine Ausführungsform von Signalkonditionsschaltungen dargestellt ist, sind andere Implementierungen von Signalkonditionsschaltungen möglich. In einem Beispiel beinhaltet eine Signalkonditionierungsschaltung beispielsweise ein oder mehrere Bandfilter, Schalter, Dämpfungsglieder, Verstärker, Phasenschieber, Duplexer, Diplexer, Triplexer, Zirkulatoren und/oder andere Komponenten. Obwohl eine Implementierung mit einem analogen Phasenschieber dargestellt ist, gelten die hier enthaltenen Lehren auch für Implementierungen mit digitaler Phasenverschiebung (z.B. Phasenverschiebung mit digitaler Basisbandverarbeitung in einem Basisbandmodem) sowie für Implementierungen mit einer Kombination aus analoger und digitaler Phasenverschiebung.
In der dargestellten Ausführungsform sind das erste Antennenelement 113a und das zweite Antennenelement 113b durch einen Abstand d getrennt. Zusätzlich wurde 4B mit einem Winkel Θ versehen, der in diesem Beispiel einen Wert von etwa 90° aufweist, wenn die Sendestrahlrichtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene der Antennenanordnung ist, und einen Wert von etwa 0°, wenn die Sendestrahlrichtung im Wesentlichen parallel zu der Ebene der Antennenanordnung ist.
Durch Steuern der relativen Phase der Sendesignale, die den Antennenelementen 113a, 113b zur Verfügung gestellt werden, kann ein gewünschter Sendestrahlwinkel Θ erreicht werden. Wenn beispielsweise der erste Phasenschieber 130a einen Referenzwert von 0° aufweist, kann der zweite Phasenschieber 130b so gesteuert werden, dass er eine Phasenverschiebung von etwa -2πf(d/ν)cosΘ im Bogenmaß liefert, wobei f die Grundfrequenz des Sendesignals ist, d der Abstand zwischen den Antennenelementen ist, v die Geschwindigkeit der abgestrahlten Welle ist und π die mathematische Konstante pi ist.
In bestimmten Implementierungen wird der Abstand d so implementiert, dass er bei ½λ liegt, wobei λ die Wellenlänge der grundlegenden Komponente des Sendesignals ist. In solchen Implementierungen kann der zweite Phasenschieber 130b so gesteuert werden, dass er eine Phasenverschiebung von etwa πcosΘ Bogenmaß liefert, um einen Sendestrahlwinkel Θ zu erreichen.
Dementsprechend kann die relative Phase der Phasenschieber 130a, 130b gesteuert werden, um eine Sendestrahlformung zu ermöglichen. In bestimmten Implementierungen steuern ein Basisbandmodem (z.B. das Basisbandmodem 106 von 4A) und/oder ein Sende-Empfänger (z.B. der Sende-Empfänger 105 von 4A) Phasenwerte von einem oder mehreren Phasenschiebern und Verstärkungswerte von einem oder mehreren steuerbaren Verstärkern zur Steuerung der Strahlformung. So können die Verstärkungswerte und/oder Phasenwerte beispielsweise Daten sein, die von einer Strahlmanagementschaltung eines Basisbandmodems gesendet werden. Obwohl ein Beispiel mit Phasensteuerung für die Strahlformung gezeigt ist, können zusätzliche Parameter (einschließlich, aber nicht beschränkt auf Verstärkung („gain“)) gesteuert werden, um ein Strahlmanagement zu ermöglichen.
4C ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels für die Strahlformung zur Bereitstellung eines Empfangsstrahls. 4C ist ähnlich wie 4B, außer dass 4C die Strahlformung im Zusammenhang mit einem Empfangsstrahl und nicht mit einem Sendestrahl darstellt.
Wie in 4C dargestellt, kann eine relative Phasendifferenz zwischen dem ersten Phasenschieber 130a und dem zweiten Phasenschieber 130b bis etwa gleich - 2πf(d/ν)cosΘ Bogenmaß gewählt werden, um einen gewünschten Empfangsstrahlwinkel Θ zu erreichen. Bei Implementierungen, bei denen der Abstand d etwa ½λ entspricht, kann die Phasendifferenz etwa gleich -πcosΘ Radiant gewählt werden, um einen Empfangsstrahlwinkel Θ zu erreichen.
Obwohl verschiedene Gleichungen für Phasenwerte zur Strahlformung bereitgestellt wurden, sind andere Phasenauswahlwerte möglich, wie beispielsweise Phasenwerte, die basierend auf der Implementierung einer Antennenanordnung, der Implementierung von Signalkonditionierungsschaltungen und/oder einer Funkumgebung ausgewählt wurden.
5 ist ein schematisches Diagramm, das verschiedene Beispiele für umgebungsbedingte Blockaden von Kommunikationsstrahlen eines Mobilfunknetzes 200 veranschaulicht. Das Mobilfunknetz d.h. das zellulare Netz 200 beinhaltet in diesem Beispiel eine erste Basisstation 201, eine zweite Basisstation 202, eine erste mobile Vorrichtung 203 und eine zweite mobile Vorrichtung 204. Ein Mobilfunknetz kann jedoch auch andere Anzahlen und/oder Typen von Basisstationen und/oder UE beinhalten.
In der dargestellten Ausführungsform werden Sende- und Empfangsstrahlen zwischen der ersten Basisstation 201 und der ersten mobilen Vorrichtung 203 über eine reflektierte Kommunikationsverbindung 211 übertragen. Die reflektierte Kommunikationsverbindung 211 wird im Folgenden auch als Quasi-Line-of-Sight (QLOS) oder Quasi-Sichtlinien-Kommunikationsverbindung bezeichnet. In diesem Beispiel sorgt ein erstes Gebäude 221 für Reflexionen.
Wie in 5 dargestellt, wird ein Sendestrahl 212 von der ersten Basisstation 201 durch das zweite Gebäude 222 blockiert d.h. abgeblockt, während ein Sendestrahl 213 von der ersten Basisstation 201 durch einen Kopf 223 eines Benutzers blockiert wird. Das Gebäude 222 und der Kopf 223 veranschaulichen Beispiele für Objekte, die das Blockieren von Signalen mit relativ hohen Frequenzen ermöglichen können, z.B. FR2 und/oder Millimeterwellenfrequenzen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 5 werden Sende- und Empfangsstrahlen zwischen der zweiten Basisstation 202 und der ersten mobilen Vorrichtung 203 über eine Sichtverbindung (Line-Of-Sight; LOS) übertragen. Wie in 5 dargestellt, wird ein Sendestrahl 214 von der zweiten Basisstation 202 zur zweiten mobilen Vorrichtung 204 durch eine Hand 224 des Benutzers blockiert, und somit wird eine LOS-Kommunikationsverbindung zwischen der zweiten Basisstation 202 und der zweiten mobilen Vorrichtung 204 verhindert.
In bestimmten Implementierungen kann die Strahlformung von der Seite der Basisstation aus basierend auf dreidimensionalen Karten und/oder anderen bekannten Umgebungsdaten gesteuert werden. Somit können LOS- und QLOS-Sende-Strahlfälle in Bezug auf Basisstationen relativ einfach sein.
UE, wie die mobilen Geräte bzw. Einrichtungen 203-204 in 5, können jedoch eine unvorhersehbare Blockade aufweisen. So kann sich beispielsweise der Körper eines Benutzers (z.B. Kopf, Hände, Finger und/oder Gliedmaßen) in kurzer Zeit unvorhersehbar bewegen. Darüber hinaus kann der Benutzer der UE zu Fuß oder in einem Fahrzeug sein, was zu schnellen Positionsänderungen führen kann. Darüber hinaus kann die Manipulation der UE zu einer unbekannten dreidimensionalen Ausrichtung und/oder Richtung des Telefons führen. Die Unvorhersehbarkeit kann durch Unsicherheit in der Bewegung anderer Umweltobjekte verschärft werden, die plötzlich einen LOS- oder quasi LOS-Pfad kreuzen können, um eine Blockade zu bewirken.
Im Gegensatz zu Faktoren, die die Strahllenkung an einer Basisstation beeinflussen und die relativ langsam variieren können, können die Faktoren, die die Strahllenkung beeinflussen, in der UE relativ schnell variieren. Beispielsweise können ohne zufriedenstellendes Strahlmanagement, Benutzermanipulationen vom Hoch- zum Querformat oder umgekehrt zum Strahlverlust führen.
Die hier enthaltenen Lehren können in UE eingebettete Sensoren für das Strahlmanagement verwenden. So können die Sensordaten der Sensoren beispielsweise verwendet werden, um die UE-Position gegenüber der Basisstation, die UE-Orientierung (z.B. flach, gerade nach oben, nach vorne gerichtet usw.) und/oder um mögliche Blockaden durch Objekte wie Kopf, Hände und/oder Finger zu bestimmen.
Somit können Informationen von Sensoren für das Strahlmanagement verarbeitet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, die Strahlerkennung, die Nachverfolgung und/oder die Wiederherstellung. Darüber hinaus können Sensordaten nicht nur von der UE für das lokale Strahlmanagement verwendet werden, sondern auch von der Basisstation über das Reporting der UE.
Somit können die Sensordaten verwendet werden, um eine Array- d.h. Anordnungsauswahl, eine Strahlrichtung, eine Steuerung und/oder das Scannen zu priorisieren. So können sie beispielsweise verwendet werden, um einige Strahlrichtungen für das Scannen, Erkennen und/oder Wiederherstellen zu beschneiden. Darüber hinaus tragen solche Sensordaten dazu bei, die Strahlenbelastung des Benutzers zu verringern, indem sie beispielsweise die spezifischen Grenzwerte für die Absorptionsrate (Specific Absorption Rate; SAR) und/oder die maximal zulässige Belastung (MPE) erfüllen.
6A ist eine schematische Darstellung einer mobilen Vorrichtung 250 gemäß einer Ausführungsform. Die mobile Vorrichtung 250 beinhaltet ein Basisbandmodem 251, einen Sender-Empfänger 252, Sensoren 253, ein erstes Frontend-Modul 261 (in diesem Beispiel als Millimeterwellen-Sende-Empfangsmodul implementiert), ein zweites Frontend-Modul 262, ein drittes Frontend-Modul 263, ein viertes Frontend-Modul 264, eine erste Antennenanordnung 271, eine zweite Antennenanordnung 272, eine dritte Antennenanordnung 273 und eine vierte Antennenanordnung 274. Obwohl eine Ausführungsform einer mobilen Vorrichtung dargestellt wird, gelten die hier enthaltenen Lehren für mobile Geräte, die auf unterschiedlichste Weise implementiert sind.
Wie in 6A dargestellt, beinhaltet das Basisbandmodem 251 eine Strahlmanagementschaltung 257, die das Strahlmanagement basierend auf Sensordaten steuert, die von den Sensoren 253 der mobilen Vorrichtung 250 empfangen werden. Die Sensoren 253 können eine Vielzahl von Sensortypen beinhalten, einschließlich beispielsweise einer beliebigen Kombination der hier beschriebenen Sensoren.
Die Strahlmanagementschaltung 257 steuert das Strahlmanagement der mobilen Vorrichtung 250 basierend auf den Sensordaten der Sensoren 253. In einem ersten Beispiel steuert die Strahlmanagementschaltung 257 die Strahllenkung basierend auf den Sensordaten. Die Strahllenkung kann das Ändern des Winkels eines Sende- und/oder Empfangsstrahls beinhalten, um die Verbindung zwischen einer Basisstation und der mobilen Vorrichtung 250 aufrechtzuerhalten.
In einem zweiten Beispiel verwendet die Strahlmanagementschaltung 257 die Sensordaten, um bei der Strahlsuche zu helfen, z.B. um einen Pilotstrahl von einer Basisstation mit einer effizienten Anzahl von Scans zu lokalisieren.
In einem dritten Beispiel verwendet die Strahlmanagementschaltung 257 die Sensordaten, um eine aktive Antennenanordnung auszuwählen. Wie beispielsweise in 6A dargestellt, kommuniziert die erste Antennenanordnung 271 über einen aktiven Strahl, während die zweite Antennenanordnung 272 und die dritte Antennenanordnung 274 inaktiv sind, aber mögliche Strahlen darstellen, die die mobile Vorrichtung 250 zur Kommunikation verwenden könnte.
In einer beispielhaften Implementierung arbeiten die Sensoren 253, um Umgebungsblockaden in der Nähe eines oder mehrerer der Antennenarrays zu erkennen. Zusätzlich wird eine aktive Antennenanordnung, die für die Kommunikation verwendet wird, basierend auf Sensordaten der Sensoren 253 ausgewählt. So können beispielsweise die Sensoren 253 Näherungssensoren beinhalten, um das Vorhandensein von Umgebungsblockaden in der Nähe jeder der Antennenanordnungen zu erkennen, wobei mindestens die Antennenanordnung mit der niedrigsten Blockade für die Kommunikation verwendet wird.
In einer weiteren beispielhaften Implementierung kann die Strahlmanagementschaltung 257 als Reaktion auf die Sensordaten, die eine Änderung der Positionierung der mobilen Vorrichtung 250 anzeigen, ein aktives Frontend-Modul/Antennenfeld ändern. So kann die Strahlmanagementschaltung 257 beispielsweise das zweite Frontend-Modul 262/die zweite Antennenanordnung 272 und/oder das dritte Frontend-Modul 263/die dritte Antennenanordnung 273 basierend auf den Sensordaten einschalten. Die Frontend-Module können Signalkonditionierungsschaltungen beinhalten, die den Antennenelementen einer entsprechenden Anordnung zugeordnet sind, z.B. Leistungsverstärker, LNAs, Schalter und/oder andere Komponenten.
In bestimmten Implementierungen beinhaltet eine mobile Vorrichtung ein oder mehrere Frontend-Module/Antennenanordnungen, die für die Diversitäts-Kommunikation verwendet werden. So beinhaltet die veranschaulichte mobile Vorrichtung 250 beispielsweise das Frontend-Modul 264 und die Antennenanordnung 274 für Diversitäts-Kommunikation. Die von der Strahlmanagementschaltung 257 verarbeiteten Sensordaten können zum Management einer Vielzahl von Strahlarten verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Strahlen für die primäre Kommunikationen und/oder Strahlen für die Diversitäts-Kommunikation. Dementsprechend kann auch das Management des Diversitäts-Strahls der Antennenanordnung 274 vorgesehen werden.
In bestimmten Implementierungen beinhalten die Sensoren 253 mindestens einen Positionssensor (z.B. einen GPS-Sensor, Magnetometer, Höhenmesser usw.) zum Bestimmen der dreidimensionalen Position, des Kurses und/oder der Geschwindigkeit, die der Basisstation über eine weitere Kommunikationsverbindung zur Verfügung gestellt werden können, z.B. über eine LTE-Verbindung im nicht alleinstehendem („Non-Stand-Alone“, NSA) Betrieb für eine Strahllenkungsberechnung. In bestimmten Implementierungen können die Positionsdaten der Positionssensoren auch von der UE in Implementierungen verwendet werden, bei denen die UE eine dreidimensionale Karte der Basisstationen beinhaltet.
In bestimmten Implementierungen werden Daten von einem Gyroskop und/oder Beschleunigungssensor für die Strahllenkung und/oder Array-Auswahl in der UE verwendet. Beispielsweise haben zum Boden oder Himmel gerichtete Strahlen eine relativ geringe Wahrscheinlichkeit, geeignete Kommunikationsverbindungen zu bilden. Darüber hinaus können in Konfigurationen, bei denen die Position der Basisstation bekannt ist, die Sensordaten des Gyroskops und/oder Beschleunigungssensors verwendet werden, um die Strahlrichtung und - lenkung zu steuern und/oder eine Strahlwiederherstellung zu erreichen. Dieses Strahlmanagement kann durch die Implementierung der UE mit einer lokalen dreidimensionalen Karte, die die Standorte der Basisstation identifiziert, weiter verbessert werden.
Die Sensordaten können auch bei Übergabevorgängen („Handover“) zwischen Antennenanordnungen und/oder Strahllenkung helfen, da die UE (z.B. ein Mobiltelefon) von einem Benutzer manipuliert wird.
In bestimmten Implementierungen beinhalten die Sensoren 253 mindestens einen Näherungssensor zur Erkennung bzw. Erfassung von Blockaden. So können beispielsweise die Näherungsdaten der Näherungssensoren verwendet werden, um Strahlen von blockierenden Objekten (z.B. menschlichem Gewebe) wegzulenken und/oder um zu bestimmen, ob die UE aufgrund einer solchen Blockade einen Sekundärstrahl einer anderen Antennenanordnung verwenden soll, um sich mit einer anderen Basisstation zu verbinden.
Die Näherungsdaten der Näherungssensoren können auch zur Steuerung von Strahlungsemissionen verwendet werden (z.B. um einen Sendestrahl vom Kopf, den Händen, Fingern, dem Rumpf und/oder den Gliedmaßen eines Benutzers wegzuleiten, um zu vermeiden, dass der Körper des Benutzers Strahlung absorbiert), wodurch die Beschränkungen von SAR und/oder MPE eingehalten werden.
Näherungsdaten können mit einer Vielzahl von Arten von Näherungssensoren erzeugt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Laufzeit („Time-of-Flight“, ToF)-Sensoren, Gesten-Infrarot-(IR)-Sensoren und/oder Kameras zur Erzeugung von Näherungsdaten. Darüber hinaus können in Implementierungen, bei denen andere Antennen (z.B. Sub-6GHz-Antennen) mit Antennenarrays gemeinsam angeordnet sind, Antennenreflexionsmessungen von den anderen Antennen verwendet werden, um festzustellen, ob die Strahlung des Antennenarrays gestört wird.
Darüber hinaus kann die Strahlung der Antennenanordnung auch gestört werden, wenn Eingangskabel zur UE gesteckt sind. Somit kann eine Erfassung eines USB-Steckers („Universal Serial Bus“), Audiobuchsensteckers und/oder anderen Steckers verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Strahlung gestört ist. Wenn eine solche Störung erkannt wird, kann die UE arbeiten, um eine Kompensation oder Korrektur der Störung bereitzustellen und/oder die aktive Antennenanordnung zu ändern, um dadurch unter Verwendung eines anderen Strahls zu kommunizieren.
In bestimmten Implementierungen können taktile Sensoren auf Touchscreen-, Tasten- und/oder Fingerabdruckscannern verwendet werden, um festzustellen, ob Finger potenziell Arrays stören können, und diese zu korrigieren. Für den Fall eines Touchscreen-Sensors kann eine Blockade weiter aufgrund der zu erwartenden Verdeckung durch Streichbewegungen vorhergesagt werden.
6B ist ein schematisches Diagramm einer mobilen Vorrichtung 280 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die mobile Vorrichtung 280 beinhaltet ein Basisbandmodem 251, einen Sender-Empfänger 252, ein erstes Frontend-Modul 261 (in diesem Beispiel als Millimeterwellen-Sende-Empfangsmodul implementiert), ein zweites Frontend-Modul 262, ein drittes Frontend-Modul 263, ein viertes Frontend-Modul 264, eine erste Antennenanordnung 271, eine zweite Antennenanordnung 272, eine dritte Antennenanordnung 273, eine vierte Antennenanordnung 274, einen ersten dedizierten Sensor 281, einen zweiten dedizierten Sensor 282, einen dritten dedizierten Sensor 283 und einen vierten dedizierten Sensor 284. Obwohl eine Ausführungsform einer mobilen Vorrichtung dargestellt wird, gelten die hier enthaltenen Lehren für mobile Geräte, die auf unterschiedlichste Weise implementiert sind.
Die mobile Vorrichtung 280 von 6B ist ähnlich wie die mobile Vorrichtung 250 von 6A, nur dass die mobile Vorrichtung 280 eine spezifische Implementierung von Sensoren beinhaltet.
Der erste dedizierte Sensor 281 dient zum Erkennen von Umgebungsblockaden der ersten Antennenanordnung 271. Zusätzlich dient der zweite dedizierte Sensor 282 zum Erkennen von Umgebungsblockaden der zweiten Antennenanordnung 272. Darüber hinaus dient der dritte dedizierte Sensor 283 zum Erkennen von Umgebungsblockaden der dritten Antennenanordnung 273. Zusätzlich dient der vierte dedizierte Sensor 284 zum Erkennen bzw. Erfassen von Umgebungsblockaden der vierten Antennenanordnung 274.
In der dargestellten Ausführungsform entspricht jeder der zugeordneten Sensoren 281-284 einem zusätzlichen Sensor (z.B. einem Näherungssensor), der zum Erfassen der Umgebungsblockade einer entsprechenden Antennenanordnung verwendet wird. Somit sind die Sensoren zusätzlich zu der mobilen Vorrichtung 280 oder hinzugefügt zu dieser und nicht ein vorhandener Sensor, der für andere Funktionen in der mobilen Vorrichtung 280 verwendet wird.
6C ist ein schematisches Diagramm einer mobilen Vorrichtung 290 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die mobile Vorrichtung 290 beinhaltet ein Basisbandmodem 251, einen Sender-Empfänger 252, ein erstes Frontend-Modul 261 (in diesem Beispiel als Millimeterwellen-Sende-Empfangsmodul implementiert), ein zweites Frontend-Modul 262, ein drittes Frontend-Modul 263, ein viertes Frontend-Modul 264, eine erste Antennenanordnung 271, eine zweite Antennenanordnung 272, eine dritte Antennenanordnung 273, eine vierte Antennenanordnung 274, einen ersten gemeinsamen Sensor 291, einen zweiten gemeinsamen Sensor 292, einen dritten gemeinsamen Sensor 293 und einen vierten gemeinsamen Sensor 294. Obwohl eine Ausführungsform einer mobilen Vorrichtung dargestellt wird, gelten die hier enthaltenen Lehren für mobile Geräte, die auf unterschiedlichste Weise implementiert sind.
Die mobile Vorrichtung 290 von 6C ist ähnlich wie die mobile Vorrichtung 280 von 6B, außer dass die mobile Vorrichtung 290 gemeinsame Sensoren und nicht dedizierte Sensoren beinhaltet.
Der erste gemeinsame Sensor 291 dient zum Erfassen von Umgebungsblockaden der ersten Antennenanordnung 271. Zusätzlich dient der zweite gemeinsame Sensor 292 zum Erfassen von Umgebungsblockaden der zweiten Antennenanordnung 272. Darüber hinaus dient der dritte gemeinsame Sensor 293 zum Erfassen von Umgebungsblockaden der dritten Antennenanordnung 273. Zusätzlich dient der vierte gemeinsame Sensor 294 zum Erfassen von Umgebungsblockaden der vierten Antennenanordnung 274.
In der dargestellten Ausführungsform entspricht jeder der gemeinsamen Sensoren 291-294 einem Sensor, der für einen oder mehrere andere Zwecke in der UE verwendet wird. Somit werden die Sensoren gemeinsam genutzt und nicht zusätzlich zu der mobilen Vorrichtung 290 oder hinzugefügt zu dieser. So können die Sensoren beispielsweise einen oder mehrere eines Laufzeit-Time-of-Flight-Sensors (TOF-Sensors), eines Infrarot-(IR)-Sensors, einer Frontkamera, einer Rückkamera, eines Steckererfassungssensors, eines Touchscreen-Sensors, eines Tasten-/Fingerabdrucksensors, eines Antennenreflexionsmessdetektors und/oder anderer Sensoren mit zusätzlichen Funktionen in der mobilen Vorrichtung 290 beinhalten.
Die hier enthaltenen Lehren gelten für Implementierungen mit speziellen Sensoren, gemeinsamen Sensoren oder einer Kombination davon.
7 ist ein schematisches Diagramm einer mobilen Vorrichtung 300 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die mobile Vorrichtung 300 beinhaltet eine Vielzahl von Sensoren, die zur Erzeugung von Sensordaten zur Unterstützung des Strahlmanagements geeignet sind.
In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet die mobile Vorrichtung 300 eine Vielzahl von Näherungssensoren, einschließlich eines ToF-Sensors 311, eines IR-Sensors 312, einer Frontkamera 313 und einer Rückkamera 314. Die mobile Vorrichtung 300 beinhaltet weiterhin eine Vielzahl von Sensoren zur Erkennung von Steckern, wie beispielsweise einen Audio-Buchsen-Detektor 321 und einen Mikro-USB-Detektor 322. Die mobile Vorrichtung 300 beinhaltet ferner eine Vielzahl von Positionssensoren, wie beispielsweise einen GPS-Sensor 321, einen dreidimensionalen Beschleunigungssensor 322, ein Gyroskop 333, ein Magnetometer 334 und ein Barometer 335. Die mobile Vorrichtung 300 beinhaltet weiterhin eine Vielzahl von taktilen Sensoren, wie beispielsweise einen Touchscreen-Sensor 341 und einen Tasten-/Fingerabdrucksensor 342. Die mobile Vorrichtung 300 beinhaltet weiterhin Antennenreflexionsmessdetektoren 351a-351d.
Obwohl ein Beispiel für Sensoren für ein mobiles Gerät in 7 dargestellt ist, gelten die hier enthaltenen Anweisungen für eine Vielzahl von Sensortypen. Dementsprechend sind auch andere Implementierungen möglich.
Der ToF-Sensor 311 erkennt das Vorhandensein von Objekten, wie z.B. den Kopf eines Benutzers, basierend auf einer Umlaufverzögerung des Lichts von dem Verlassen des ToF-Sensors 311 bis zur Rückkehr zu dem ToF-Sensor 311 nach der Reflexion. So können die von dem ToF-Sensor 311 erzeugten Bilddaten verwendet werden, um die Nähe eines blockierenden Objekts, wie beispielsweise eines Kopfes, einer Hand und/oder eines Fingers, zu erkennen. Ebenso arbeitet der IR-Sensor 312 mit Infrarotlicht, das von einem nahegelegenen Objekt reflektiert und vom IR-Sensor 312 aufgenommen werden kann.
Die Frontkamera 313 und die Rückkamera (hintere Kamera) 314 erzeugen Bilddaten, die hinsichtlich der Nähe von Objekten zur mobilen Vorrichtung 300 verarbeitet werden können.
Mit weiterem Bezug auf 7 beinhaltet die mobile Vorrichtung 300 den Audiobuchsendetektor 321 zum Erfassen des Vorhandenseins eines Audiokabels 302 und einen Mikro-USB-Detektor 322 zum Erfassen des Vorhandenseins eines Mikro-USB-Kabels 303. Somit erzeugen der Audiobuchsendetektor 321 und der Mikro-USB-Detektor 322 Steckererkennungsdaten, die anzeigen, ob ein oder mehrere Stecker an die mobile Vorrichtung 300 angeschlossen sind oder nicht. Da ein Betrieb solche Stecker Kommunikationsstrahlen behindern können, können die Steckererkennungsdaten die mobile Vorrichtung 300 beim Strahlmanagement unterstützen.
Der GPS-Sensor 331 erzeugt GPS-Daten, die eine GPS-Position des mobilen Gerätes 300 anzeigen. Somit können die GPS-Daten verwendet werden, um eine Position der mobilen Vorrichtung 300 in Bezug auf ein GPS-Koordinatensystem zu lokalisieren.
Der Beschleunigungssensor 332 dient zur Erzeugung von Beschleunigungsdaten, die eine Beschleunigung der mobilen Vorrichtung 300 im Vergleich zum freien Fall anzeigen. So kann der Beschleunigungssensor 332 verwendet werden, um plötzliche Bewegungen der mobilen Vorrichtung 300 zu erkennen. Die Beschleunigungsdaten können ebenfalls verwendet werden, um die Ausrichtung oder Orientierung der Vorrichtung zu bestimmen, z.B. um zu bestimmen, ob sich die mobile Vorrichtung 300 im Hoch- oder Querformat befindet und/oder ob der Bildschirm der Vorrichtung nach oben und/oder unten weist.
Mit dem Gyroskop 333 werden Orientierungsdaten erzeugt, die eine Orientierung der mobilen Vorrichtung 300 mit relativ hoher Präzision anzeigen. So kann mit dem Gyroskop beispielsweise bestimmt werden, wie stark und in welche Richtung die mobile Vorrichtung 300 gedreht wurde.
Die mobile Vorrichtung 300 in 7 beinhaltet auch das Magnetometer 334, das zum Erfassen von Magnetfeldern dient. In bestimmten Implementierungen erzeugt das Magnetometer 334 magnetische Beobachtungsdaten, die die Ausrichtung der mobilen Vorrichtung 300 in Bezug auf das Erdmagnetfeld anzeigen. Die magnetischen Beobachtungsdaten können auch zur Erkennung von magnetischen Materialien, wie z.B. Metallen, verwendet werden.
Das Barometer 335 dient zum Erfassen des Luftdrucks und kann somit zur Erzeugung von Druckdaten verwendet werden, die anzeigen, wie hoch die mobile Vorrichtung 300 über dem Meeresspiegel liegt. Somit können die Druckdaten verwendet werden, um die Höhe der mobilen Vorrichtung 300 zu erfassen. In bestimmten Implementierungen werden die Druckdaten in Kombination mit den GPS-Daten des GPS-Sensors 331 verwendet, um die GPS-Position mit erhöhter Genauigkeit zu erfassen.
Der Touchscreen-Sensor 341 und der Tasten-/Fingerabdrucksensor 342 erzeugen taktile Daten, die das Vorhandensein eines Fingers, einer Hand und/oder eines anderen Objekts anzeigen. Somit können die vom Touchscreen-Sensor 341 und/oder vom Tasten-/Fingerbadrucksensor-Sensor 342 erzeugten taktilen Daten verwendet werden, um eine mögliche Blockade von Kommunikationsstrahlen zu erkennen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 7 beinhaltet die mobile Vorrichtung 300 erste bis vierte Antennenreflexionsmessdetektoren 351a-351d, die zum Erzeugen von Antennenreflexionsmessdaten dienen, die die Antennenreflexion von Antennen der mobilen Vorrichtung 300 anzeigen. Da die Antennenreflexion zunehmen kann, wenn sich ein Objekt in der Nähe einer Antenne befindet, können die Messdaten der Antennenreflexion verarbeitet werden, um zu erkennen, ob sich Objekte in der Nähe des Telefons befinden oder nicht.
Obwohl ein Beispiel mit vier Antennenreflexionsmessdetektoren dargestellt ist, können mehr oder weniger Antennenreflexionsmessdetektoren enthalten sein, beispielsweise basierend auf der Implementierung der mobilen Vorrichtung 300. In bestimmten Implementierungen ist ein Antennenreflexionsmessdetektor für einen zellularen und/oder Konnektivitäts-Pfad unter 6 GHz enthalten, der mit einer für die Strahlformung verwendeten Antennenanordnung gekoppelt ist. Solche Antennenreflexionsmessdetektoren können verwendet werden, um zu erkennen, ob sich ein Objekt in der Nähe der Antennenanordnung befindet oder nicht.
8 ist ein schematisches Diagramm eines strahlformenden Kommunikationssystems 400 gemäß einer anderen Ausführungsform. Das strahlformende Kommunikationssystem 400 beinhaltet ein Basisbandmodem 401, einen Sender-Empfänger 402, ein Frontend-System 403, eine Antennenanordnung 404, Positionssensoren 411, Berührungs-/Bildsensoren 412, einen Sensorprozessor 413 und einen Anwendungsprozessor 414. Wie in 8 dargestellt, beinhaltet das Basisband-Modem 401 eine Strahlmanagementschaltung 407 und das Frontend-System 403 eine Signalkonditionierungsschaltung 418.
Obwohl eine Ausführungsform eines Beamforming-Kommunikationssystems (eines strahlformenden Kommunikationssystems) in 8 dargestellt ist, gelten die hier enthaltenen Lehren für Beamforming-Kommunikationssysteme, die auf unterschiedlichste Weise implementiert werden. Dementsprechend sind auch andere Implementierungen möglich.
Das Beamforming-Kommunikationssystem 400 kann unter Verwendung einer Vielzahl von Kommunikationstechnologien verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, 2G, 3G, 4G (einschließlich LTE, LTE-Advanced und LTE-Advanced Pro), 5G NR, WLAN (beispielsweise Wi-Fi), WPAN (beispielsweise Bluetooth und ZigBee), WMAN (beispielsweise WiMax) und/oder GPS-Technologien.
Der Sender-Empfänger 402 erzeugt HF-Signale zur Übertragung und verarbeitet eingehende HF-Signale, die von der Antennenanordnung 404 empfangen werden. ES sei daruaf hingewiesen, dass verschiedene Funktionalitäten, die mit dem Senden und Empfangen von HF-Signalen verknüpft sind, durch eine oder mehrere Komponenten erreicht werden können, die gemeinsam in 8 als Sender-Empfänger 402 dargestellt sind. In einem Beispiel können separate Komponenten (z.B. separate Stromkreise oder Rohchips) für die Verarbeitung bestimmter Arten von HF-Signalen vorgesehen werden.
Das Frontend-System 403 beinhaltet die Signalkonditionierungsschaltung 418, die zu der Konditionierung von Signalen beiträgt, die an die Antennenanordnung 404 gesendet und/oder von ihr empfangen werden. In bestimmten Implementierungen beinhaltet die Signalkonditionierungsschaltung 418 Leistungsverstärker (PAs), rauscharme Verstärker (LNAs), Filter, Schalter, Phasenschieber, Dämpfungsglieder, Duplexer, Diplexer, Triplexer, Zirkulatoren und/oder andere geeignete Signalkonditionierungsschaltungen zur Verarbeitung von HF-Signalen, die von der Antennenanordnung 404 gesendet und/oder empfangen werden. So kann das Frontend-System 403 beispielsweise eine Reihe von Funktionalitäten bereitstellen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, das Verstärken von Übertragungssignalen, das Verstärken von Empfangssignalen, das Filtern von Signalen, das Umschalten zwischen verschiedenen Bändern, das Umschalten zwischen verschiedenen Leistungsmodi, das Umschalten zwischen Sende- und Empfangsmodus, das Duplizieren von Signalen, das Multiplexen von Signalen, das Multiplexen von Signalen (z.B. Diplexen oder Triplexen) oder eine Kombination davon.
In bestimmten Implementierungen unterstützt das Beamforming-Kommunikationssystem 400 die Trägeraggregation und bietet damit Flexibilität zur Erhöhung der maximalen Datenraten. Die Trägeraggregation kann sowohl für das Frequency Division Duplexing (FDD) als auch für das Time Division Duplexing (TDD) verwendet werden und kann zur Aggregation mehrerer Träger oder Kanäle verwendet werden. Die Trägeraggregation beinhaltet die zusammenhängende Aggregation („Contiguous Aggregation“, CA), bei der zusammenhängende Träger innerhalb des gleichen Betriebsfrequenzbandes aggregiert werden. Die Trägeraggregation kann auch nicht zusammenhängend sein („Non-Contiguous Aggregation“) und Träger beinhalten, die in ihrer Frequenz innerhalb eines gemeinsamen Bandes oder in verschiedenen Bändern getrennt sind.
Die Antennenanordnung 404 kann Antennen beinhalten, die für eine Vielzahl von Kommunikationsarten verwendet werden. So kann die Antennenanordnung 404 beispielsweise Antennen zum Senden und/oder Empfangen von Signalen beinhalten, die mit einer Vielzahl von Frequenzen und Kommunikationsstandards assoziiert sind. Obwohl ein Beispiel mit einer Antennenanordnung gezeigt wird, können mehrere Antennenanordnungen integriert werden. Darüber hinaus kann eine Auswahl bestimmter aktiver Antennenarrays basierend auf Sensordaten ausgewählt werden.
In bestimmten Implementierungen unterstützt die Antennenanordnung 404 MIMO-Kommunikation und/oder Switched Diversity-Kommunikation. So verwendet die MIMO-Kommunikation beispielsweise mehrere Antennen, um mehrere Datenströme über einen einzigen Funkkanal zu übertragen. Die MIMO-Kommunikation profitiert von einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis, einer verbesserten Kodierung und/oder reduzierten Signalstörungen aufgrund räumlicher Multiplex-Unterschiede in der Funkumgebung. Geschaltete Diversität (Switched Diversity) bezieht sich auf Kommunikationen, bei denen eine bestimmte Antenne für den Betrieb zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgewählt wird. So kann beispielsweise mit einem Schalter eine bestimmte Antenne aus einer Gruppe von Antennen basierend auf einer Vielzahl von Faktoren ausgewählt werden, wie beispielsweise einer beobachteten Bitfehlerrate und/oder einer Signalstärkeanzeige.
Das Beamforming-Kommunikationssystem 400 arbeitet auch mit Beamforming, das heißt Strahlformung. So kann das Frontend-System 403 beispielsweise Phasenschieber mit variabler Phase beinhalten, die von der Strahlmanagementschaltung 407 über den Sender-Empfänger 402 gesteuert werden. In bestimmten Implementierungen kann das Frontend-System 403 Verstärker mit variabler Verstärkung beinhalten, deren variable Verstärkung von der Strahlmanagementschaltung 407 über den Sender-Empfänger 402 gesteuert wird.
Somit werden Phasenverschiebung und/oder variable Verstärkung der Signalpfade zur Antennenanordnung 404 gesteuert, um Strahlformung und Richtwirkung für das Senden und/oder Empfangen von Signalen bereitzustellen. So werden beispielsweise im Rahmen der Signalübertragung die Phasen der dem Antennenarray 404 bereitgestellten Sendesignale so gesteuert, dass sich abgestrahlte Signale von dem Antennenarray (d.h. Antennenanordnung) 404 unter Verwendung konstruktiver und destruktiver Interferenzen kombinieren, um ein aggregiertes Sendesignal zu erzeugen, das strahlähnliche Eigenschaften aufweist, wobei sich mehr Signalstärke in eine bestimmte Richtung ausbreitet. Im Rahmen des Signalempfangs werden die Phasen so gesteuert, dass mehr Signalenergie empfangen wird, wenn das Signal aus einer bestimmten Richtung an der Antennenanordnung 404 ankommt.
Das Basisbandmodem 401 versorgt den Sender-Empfänger 402 mit digitalen Darstellungen von Sendesignalen, die der Sender-Empfänger 402 verarbeitet, um HF-Signale für die Übertragung zu erzeugen. Das Basisbandmodem 401 verarbeitet auch digitale Darstellungen der vom Sender-Empfänger 402 bereitgestellten Empfangssignale.
Wie in 8 dargestellt, ist das Basisbandmodem 401 mit dem Anwendungsprozessor 414 gekoppelt, der zur primären Anwendungsverarbeitung im Beamforming-Kommunikationssystem 400 dient. Der Anwendungsprozessor 414 kann eine Vielzahl von Funktionen bereitstellen, wie z.B. Systemfunktionen, die für unterstützende Anwendungen geeignet sind, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Speicherverwaltung, Grafikverarbeitung und/oder Multimedia-Dekodierung.
Der Anwendungsprozessor 414 empfängt Positionsdaten von den Positionssensoren 411 über den Sensorprozessor 413 und Touch-/Bilddaten von den Touch-/Bildsensoren 412. In bestimmten Implementierungen kann der Anwendungsprozessor 414 die Konditionierung verschiedener Sensordaten bereitstellen, bevor er das Basisband-Modem 401 für das Strahlmanagement bereitstellt.
In der dargestellten Ausführungsform erzeugen die Positionssensoren 411 Positionsdaten mit einer relativ langsamen Aktualisierungsrate, z.B. Daten, die eine neue Position in der Größenordnung von Millisekunden oder Sekunden anzeigen. Die Positionsdaten der Positionssensoren 411 werden vom Sensorprozessor 413 verarbeitet und anschließend dem Anwendungsprozessor 414 zur Verfügung gestellt. Obwohl eine Ausführungsform der Verarbeitung von Positionsdaten dargestellt ist, sind andere Implementierungen möglich, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Implementierungen, bei denen der Sensorprozessor 413 weggelassen wird.
Die Berührungs-/Bildsensoren 412 erzeugen Berührungs-/Bilddaten, die beispielsweise eine relativ schnelle Aktualisierungsrate von weniger als einer Millisekunde aufweisen können. Der Berührungs-/Bildsensor 412 stellt der Strahlmanagementschaltung 407 über den Anwendungsprozessor 414 in dieser Ausführungsform Berührungs-/Bilddaten zur Verfügung. Es sind jedoch auch andere Implementierungen möglich.
Die Strahlmanagementschaltung 407 verarbeitet Sensordaten von den Positionssensoren 411 und/oder Berührungs-/Bildsensoren 412 zu einem Strahlmanagement gemäß den hier enthaltenen Lehren. Die Sensordaten können beispielsweise für die Strahllenkung, die Strahlsuche und/oder eine Vielzahl anderer Strahlverwaltungsfunktionen verwendet werden.
9 ist ein schematisches Diagramm einer mobilen Vorrichtung 510 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die mobile Vorrichtung 510 beinhaltet ein Gehäuse oder Umfassung 501, wobei ein Deckel 502 abgenommen ist. Die mobile Vorrichtung 510 beinhaltet ferner eine darunterliegende Stützstruktur 503 (zum Beispiel Metall) mit einer Öffnung 504, in der ein HF-Modul 505 vorgesehen ist. Das HF-Modul 505 beinhaltet mindestens eine Antennenanordnung. Das HF-Modul 505 kann in Übereinstimmung mit einer der hier enthaltenen Ausführungsformen implementiert werden.
In bestimmten Implementierungen werden mehrere solcher HF-Module um die mobile Vorrichtung 510 herum implementiert, wobei jedes HF-Modul eine Antennenanordnung beinhaltet. So kann die mobile Vorrichtung 510 beispielsweise mit vier oder mehr solcher HF-Module gemäß den Ausführungsformen der 6A-6C implementiert werden.
10A ist eine schematische Darstellung eines HF-Moduls 540 gemäß einer Ausführungsform. 10B ist ein schematisches Blockschaubild des HF-Moduls 540 von 10A, das entlang des Schnitts 10B-10B dargestellt wurde.
Das Modul 540 beinhaltet ein laminiertes Substrat oder Laminat 541, einen Halbleiterrohchip (engl. „die“) oder einen IC 542 (in 10A nicht sichtbar), Surface Mount Devices (SMDs) d.h. auf der Oberfläche anbringbare Einrichtungen 543 (in 10A nicht sichtbar), einen Sensor 544 und eine Antennenanordnung mit den Antennenelementen 551a1, 551a2, 551a3, .... 551an, 551b1, 551b2, 551b3, ... 551bn, 551c1, 551c2, 551c3, ... 551cn, 551m1, 551m2, 551m3... 551mn.
Obwohl eine Ausführungsform eines Moduls in den 10A und 10B dargestellt ist, gelten die hier enthaltenen Lehren für Module, die auf unterschiedlichste Weise implementiert werden. So kann ein Modul beispielsweise eine unterschiedliche Anordnung und/oder Anzahl von Antennenelementen, Rohchips und/oder Surface Mount Devices beinhalten. Zusätzlich kann das Modul 540 zusätzliche Strukturen und Komponenten beinhalten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Verkapselungsstrukturen, Abschirmungsstrukturen und/oder Drahtbondierungen.
Die Antennenelemente 551a1, 551a2, 551a3, ... 551an, 551b1, 551b2, 551b3, ... 551bn, 551c1, 551c2, 551c3, ... 551cn, 551m1, 551m2, 551m3, ... 551mn sind auf einer ersten Oberfläche des Laminats 541 ausgebildet und können zum Empfangen und/oder Senden von Signalen verwendet werden. Obwohl ein 4x4-Array von Antennenelementen dargestellt wird, sind mehr oder weniger Antennenelemente möglich, wie durch Ellipsen dargestellt. Darüber hinaus können Antennenelemente in anderen Mustern oder Konfigurationen angeordnet werden, einschließlich beispielsweise Arrays mit ungleichmäßiger Anordnung von Antennenelementen. Darüber hinaus sind in einer weiteren Ausführungsform mehrere Antennenanordnungen vorgesehen, wie beispielsweise separate Antennenanordnungen für Senden und Empfangen und/oder für verschiedene Kommunikationsbänder.
In der dargestellten Ausführungsform befindet sich der IC 542 auf einer zweiten Oberfläche des Laminats 541 gegenüber der ersten Oberfläche. Es sind jedoch auch andere Implementierungen möglich. In einem Beispiel ist der IC 542 intern in das Laminat 541 integriert.
In bestimmten Implementierungen beinhaltet der IC 542 Signalkonditionierungsschaltungen, die den Antennenelementen 551a1, 551a2, 551a3, .... 551an, 551b1, 551b1, 551b2, 551b3, ... 551bn, 551c1, 551c2, 551c3, ... 551cn, 551m1, 551m2, 551m3, .... 551mn zugeordnet sind. In einer Ausführungsform beinhaltet der IC 542 eine serielle Schnittstelle, wie beispielsweise einen MIPI RFFE-Bus (Radio Frequency Frontend) und/oder einen I₂C-Bus (Inter-Integrated Circuit), der Daten zum Steuern der Signalkonditionierungsschaltungen empfängt, wie beispielsweise den Betrag der Phasenverschiebung, der durch Phasenschieber bereitgestellt wird. In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet der IC 542 Signalkonditionierungsschaltungen, die den Antennenelementen 551a1, 551a2, 551a3, .... 551an, 551b1, 551b2, 551b3... 551bn, 551c1, 551c2, 551c3... 551cn, 551m1, 551m2, 551m3, ... 551mn zugeordnet sind, und einen integrierten Sender-Empfänger, ein Basisband-Modem und/oder eine Strahlmanagementschaltung.
Das Laminat 541 kann verschiedene Strukturen beinhalten, wie z.B. leitfähige Schichten, dielektrische Schichten und/oder Lötmittelmasken. Die Anzahl der Schichten, Schichtdicken und Materialien, aus denen die Schichten gebildet werden, können anhand einer Vielzahl von Faktoren ausgewählt werden und können je nach Anwendung und/oder Implementierung variieren. Das Laminat 541 kann Durchkontaktierungen beinhalten, um elektrische Verbindungen zu Signal- und/oder Massezuführungen der Antennenelemente herzustellen. Beispielsweise können Durchkontaktierungen in bestimmten Implementierungen dazu beitragen, elektrische Verbindungen zwischen Signalkonditionierungsschaltungen des ICs 542 und entsprechenden Antennenelementen herzustellen.
Die Antennenelemente 551a1, 551a2, 551a3, ... 551an, 551b1, 551b2, 551b3... 551bn, 551c1, 551c2, 551c3... 551cn, 551m1, 551m2, 551m3, ... 551mn können den auf unterschiedlichste Weise realisierten Antennenelementen entsprechen. In einem Beispiel beinhaltet die Anordnung der Antennenelemente ein Patch-Antennenelement, das aus einer gemusterten leitenden Schicht auf der ersten Seite des Laminats 541 gebildet ist, wobei eine Masseplatte mit einer leitenden Schicht auf der gegenüberliegenden Seite des Laminats 541 oder innerhalb des Laminats 541 gebildet ist. Weitere Beispiele für Antennenelemente sind unter anderem Dipolantennenelemente, Keramikresonatoren, gestanzte Metallantennen und/oder Laser-Direktstrukturierungsantennen.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Sensor 544 an einer Seite des Laminats 541 gegenüber dem IC 542 befestigt. Es sind jedoch auch andere Implementierungen möglich. Der Sensor 544 erzeugt Sensordaten, die zur Steuerung der Strahlformung auf der Antennenanordnung verwendet werden.
Das Modul 540 kann in ein Kommunikationssystem, wie z.B. ein Mobiltelefon oder eine Basisstation, eingebaut werden. In einem Beispiel wird das Modul 540 an einem Telefonboard eines Mobiltelefons befestigt.
11A ist eine schematische Darstellung eines HF-Moduls 550 gemäß einer anderen Ausführungsform. 11B ist ein schematisches Blockschaubild des HF-Moduls 550 von 11A, das entlang des Schnitts 11B-11B dargestellt wurde.
Das HF-Modul 550 beinhaltet ein erstes laminiertes Substrat 541, einen IC 542 (nicht sichtbar in 11A), SMDs 543 (nicht sichtbar in 11A), erste Patch-Antennenelemente (z.B. ein Patch-Antennenelement oder eine Anordnung von Patch-Antennenelementen) 563, zweite Patch-Antennenelemente 564, dritte Patch-Antennenelement(e) 565 und vierte Patch-Antennenelement(e) 566. Das HF-Modul 550 beinhaltet ferner einen Näherungssensor 572, der an einem zweiten laminierten Substrat 571 befestigt ist, das wiederum an dem ersten laminierten Substrat 541 befestigt ist. In bestimmten Implementierungen sind das erste laminierte Substrat 541 und das zweite laminierte Substrat 571 jeweils eine Leiterplatte („printed circuit board“, PCB) oder gedruckte Schaltungsplatine.
Zusätzliche Details des HF-Moduls 550 können denen des HF-Moduls 540 der 10A und 10B ähnlich sein.
Anwendungen
Die Prinzipien und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsformen können für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werden.
So können beispielsweise verschiedene elektronische Geräte mit Strahlmanagement basierend auf Sensordaten arbeiten. So kann beispielsweise eine Strahlmanagementschaltung, die auf Sensordaten basiert, in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen integriert werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Unterhaltungselektronikprodukte, Teile von Unterhaltungselektronikprodukten, elektronische Prüfgeräte usw. Beispiele für elektronische Vorrichtungen sind unter anderem eine Basisstation, ein drahtloser Netzwerkzugangspunkt, ein Mobiltelefon (z.B. ein Smartphone), ein Tablet, ein Fernseher, ein Computermonitor, ein Computer, ein tragbarer Computer, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), eine Mikrowelle, ein Kühlschrank, ein Automobil, eine Stereoanlage, ein Plattenspieler, eine Digitalkamera, ein tragbarer Speicherchip, eine Waschmaschine, ein Trockner, ein Kopierer, ein Faxgerät, ein Scanner, eine multifunktionale Peripherievorrichtung, eine Armbanduhr, eine Uhr usw. Darüber hinaus können die elektronischen Geräte auch unfertige Produkte beinhalten.
Schlussfolgerung
Sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes erfordert, sind die Worte „umfassen“, „umfassend“ und dergleichen in der Beschreibung und den Ansprüchen in einem inklusiven Sinne auszulegen, im Gegensatz zu einem exklusiven oder erschöpfenden Sinne; das heißt, im Sinne von „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“. Das Wort „gekoppelt“, wie hier allgemein verwendet, bezieht sich auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt miteinander verbunden sind oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Ebenso bezieht sich das Wort „verbunden“, wie es hier allgemein verwendet wird, auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt verbunden sind oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Darüber hinaus beziehen sich die Worte „hier“, „oben“, „unten“ und Worte von ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes und nicht auf einen bestimmten Teil dieser Anmeldung. Wenn der Kontext es zulässt, können Wörter in der obigen Detailbeschreibung mit der Ein- oder Mehrzahl auch die Mehr- oder Einzahl beinhalten. Das Wort „oder“ in Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Elementen deckt alle folgenden Interpretationen des Wortes ab: eines der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und jede Kombination der Elemente in der Liste.
Darüber hinaus ist die hier verwendete bedingte Sprache, wie unter anderem „könnte unter Umständen“, „könnte“, „könnte möglicherweise“, „kann“, „z.B.“, „wie“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben oder anderweitig im Rahmen des verwendeten Kontexts verstanden, im Allgemeinen dazu bestimmt, zu vermitteln, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände beinhalten, während andere Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände nicht beinhalten. Daher ist eine solche bedingte Sprache im Allgemeinen nicht dazu bestimmt, zu implizieren, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner Weise für eine oder mehrere Ausführungsformen erforderlich sind, oder dass eine oder mehrere Ausführungsformen notwendigerweise eine Logik beinhalten, um zu entscheiden, ob diese Merkmale, Elemente und/oder Zustände in einer bestimmten Ausführungsform enthalten sind oder ausgeführt werden sollen, mit oder ohne Einbindung oder Aufforderung durch den Autor.
Die vorstehende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung soll nicht abschließend sein oder die Erfindung auf die vorstehend offenbarte genaue Form beschränken. Während spezifische Ausführungsformen und Beispiele für die Erfindung vorstehend zur Veranschaulichung beschrieben sind, sind im Rahmen der Erfindung verschiedene gleichwertige Änderungen möglich, wie Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet erkennen werden. Während beispielsweise Prozesse oder Blöcke in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt werden, können alternative Ausführungsformen Routinen mit Schritten ausführen oder Systeme mit Blöcken in einer anderen Reihenfolge verwenden, und einige Prozesse oder Blöcke können gelöscht, verschoben, hinzugefügt, unterteilt, kombiniert und/oder geändert werden. Jeder dieser Prozesse oder Blöcke kann auf unterschiedliche Weise implementiert werden. Auch während Prozesse oder Blöcke manchmal als in Serie ausgeführt dargestellt werden, können diese Prozesse oder Blöcke stattdessen parallel oder zu unterschiedlichen Zeiten ausgeführt werden.
Die Lehren der hier angegebenen Erfindung können auf andere Systeme angewendet werden, nicht unbedingt auf das vorstehend beschriebene System. Die Elemente und Handlungen der verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Erfindungen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur als Beispiel dargestellt und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Ausbildungen umgesetzt werden; ferner können verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen in der Ausbildung der hier beschriebenen Methoden und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der Offenbarung abzuweichen. Die beiliegenden Ansprüche und deren äquivalente Ausbildungen sollen solche Ausbildungen oder Modifikationen abdecken, die in den Schutzbereich und den Grundgedanken der Offenbarung fallen.

Claims

Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510), umfassend: eine erste Antennenanordnung (271; 404) mit einer Vielzahl von Antennenelementen; ein Frontend-System (261; 403), das elektrisch mit der ersten Antennenanordnung (271; 404) verbunden und dazu betreibbar ist, eine Vielzahl von Hochfrequenzsignalen zu konditionieren, die jeweils von einem entsprechenden der Vielzahl von Antennenelementen übertragen werden, um dadurch einen Sendestrahl zu bilden; einen ersten Sensor (253; 281; 291; 411; 412), der dazu konfiguriert ist, Sensordaten zu erzeugen; und eine Strahlverwaltungsschaltung (257; 407), die dazu konfiguriert ist, das Frontend-System (261; 403) zu steuern, um den Sendestrahl basierend auf den Sensordaten zu verwalten.
Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510) nach Anspruch 1, wobei die Strahlmanagementschaltung (257; 407) dazu konfiguriert ist, den Sendestrahl basierend auf den Sensordaten zu lenken.
Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510) nach Anspruch 2, wobei die Strahlmanagementschaltung (257; 407) dazu konfiguriert ist, die Sensordaten zu verarbeiten, um den Sendestrahl auf eine Basisstation gerichtet aufrechtzuerhalten.
Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510) nach Anspruch 2, wobei die Strahlmanagementschaltung (257; 407) dazu konfiguriert ist, die Sensordaten zu verarbeiten, um den Sendestrahl von einer Umgebungsblockade weg zu bewegen.
Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Strahlmanagementschaltung (257; 407) dazu konfiguriert ist, die erste Antennenanordnung (271) zu deaktivieren und mit einer zweiten Antennenanordnung (272; 273; 274) der mobilen Vorrichtung zu senden, als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Sensordaten eine Umgebungsblockade der ersten Antennenanordnung (271) anzeigen.
Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510) nach Anspruch 5, ferner umfassend einen zweiten Sensor (282; 283; 284; 292; 293; 294), der dazu konfiguriert ist, eine Umgebungsblockade der zweiten Antennenanordnung (272; 273; 274) zu erfassen.
Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Strahlmanagementschaltung (257; 407) dazu konfiguriert ist, die Übertragung von mindestens einem Teil der Sensordaten zu einer Basisstation zu steuern.
Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Sensor (253; 281; 291) ein Beschleunigungssensor ist.
Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Sensor (253; 281; 291; 411; 412) ein Steckererkennungssensor ist.
Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Sensor (253; 281; 291; 411; 412) ein Laufzeit-Sensor, ein Infrarot-Sensor oder eine Kamera ist.
Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Sensor (253; 281; 291; 411; 412) ein Antennenreflexionsmessdetektor ist.
Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend ein Basisbandmodem (251; 401), das die Strahlmanagementschaltung (257; 407) einschließt.
Mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510) nach Anspruch 12, wobei die Strahlmanagementschaltung (257; 407) dazu konfiguriert ist, die Sensordaten über einen Anwendungsprozessor (414) der mobilen Vorrichtung zu empfangen.
Verfahren zum Strahlmanagement in einer mobilen Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510), umfassend: Konditionieren einer Vielzahl von Hochfrequenzsignalen unter Verwendung eines Frontend-Systems (403); Übertragen jedes der Vielzahl von Hochfrequenzsignalen auf einem entsprechenden aus einer Vielzahl von Antennenelementen einer ersten Antennenanordnung (404), um einen Sendestrahl zu bilden; Erzeugen von Sensordaten unter Verwendung eines Sensors (411; 412); und Steuern des Frontend-Systems (403) zum Management des Sendestrahls basierend auf den Sensordaten.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend ein Lenken des Sendestrahls basierend auf den Sensordaten.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend ein Verarbeiten der Sensordaten, um den Sendestrahl auf eine Basisstation gerichtet aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend ein Verarbeiten der Sensordaten, um den Sendestrahl von einer Umgebungsblockade weg zu bewegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, ferner umfassend ein Senden unter Verwendung einer zweiten Antennenanordnung als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Sensordaten eine Umgebungsblockade der ersten Antennenanordnung anzeigen.
Hochfrequenzmodul (505; 540; 550) für eine mobile Vorrichtung (250; 280; 290; 300; 400; 510), umfassend: eine Antennenanordnung (552ij; 563; 564; 565; 565; 566), die dazu konfiguriert ist, einen Sendestrahl als Reaktion auf das Empfangen einer Vielzahl von Hochfrequenzsignalen abzustrahlen; einen Sensor (544; 572), der dazu konfiguriert ist, Sensordaten zu erzeugen; und einen Halbleiterrohchip (542) mit einer Signalkonditionierungsschaltung, die zum Konditionieren der Vielzahl von Hochfrequenzsignalen betreibbar ist, und einer Strahlmanagementschaltung, die zum Steuern der Signalkonditionierungsschaltung zum Management des Sendestrahls basierend auf den Sensordaten konfiguriert ist.
Hochfrequenzmodul (505; 540; 550) nach Anspruch 19, wobei der Sensor (544; 572) dazu konfiguriert ist, eine Umgebungsblockade der Antennenanordnung (552ij; 563; 564; 565; 565; 566) zu erfassen.