操作用户设备的天线装置的制作方法

本发明涉及一种用于操作用户设备的天线装置的方法，尤其涉及用于利用用户设备来寻找无线通信网络的基站或接入点的方法，例如，用于在用户设备与无线通信网络之间建立通信连接的方法。此外，本发明尤其涉及操作提供可配置传输模式的用户设备的天线装置。

背景技术：

由于潜在的较大带宽可用性，研究了用于移动通信的较高频带的使用。这种较高频带也被称为毫米波，并且可以具有10GHz直到大约数百GHz的频率。使用这些较高频带出现的一个问题是波长非常小的事实，并且为了实现良好的性能，用户设备(例如，移动电话)中可能需要多个天线(例如，呈阵列形状)。使用这种天线布置可以提供具有天线的正确定相的高天线增益。然而，天线的正确定相也是一项挑战。对于大量天线而言，定相将天线辐射缩窄到波束，并且需要朝向基站引导该波束。因此，迭代算法可以用于对准基站和用户设备处的天线布置。例如，基站处的天线布置和用户设备处的天线布置可以彼此扫描，直到可以建立链路为止。显然，用户设备的移动性可能导致这样的算法的问题。因此，需要用户设备处的天线布置的改进配置，以建立到无线通信网络的基站或接入点的通信链路。

技术实现要素：

根据本发明的实施方式，提供了一种用于操作用户设备的天线装置的方法。该天线装置提供可配置传输模式。例如，天线装置包括天线阵列或多个天线的任何其它布置，并且高接收灵敏度的方向可以是可配置的。根据该方法，利用用户设备的取向确定传感器来确定用户设备的取向。取向确定传感器例如可以包括陀螺测试仪、重力传感器或罗盘。基于所确定的取向来配置天线装置的传输模式。尤其是，可以确定用户设备相对于地理水平线的取向，并且基于所确定的用户设备相对于地理水平线的取向来配置天线装置的传输模式。因此，用户设备中的取向确定传感器用于针对任意用户设备取向优先考虑在水平面中转向的天线布置波束。由于基站或接入点通常沿着水平面(即，水平线)定位，因此可以通过相应地配置天线装置的传输模式来增加找到基站或接入点的可能性。此外，如果用户设备释放与基站的联系，则基于所确定的取向，用户设备可以使用与之前相同的高度来重新建立与基站的联系。在本文中，术语“基站”可以包括任何类型的基站，例如，蜂窝移动通信网络的基站、无线局域网的接入点或任何其它集线器。在设备到设备通信中，“基站”还可以涉及另一用户设备，正如在设备到设备通信中，在水平面中也可以优选地联系其它用户设备。此外，因为用户设备(例如，移动电话)通常包括用于确定用户设备的取向的传感器，例如用于检测什么是向上和向下的传感器，因此可以以低附加成本确定用户设备的取向。

在本说明书中，术语“传输模式”涉及确定在特定方向上的接收灵敏度和/或在特定方向上的发送特性或两者的天线或天线布置的配置。因此，术语“传输”可以涉及接收信号、发送信号或两者。

根据实施方式，天线装置的传输模式被配置成使得传输模式沿着地理水平线被调平(level)。尤其是针对低于约30GHz的频率，期望天线元件的数量在较低范围内(例如，在4个到16个天线的范围内)，并且可能呈一维布置。在这种情况下，可以配置传输模式，并从而可以配置天线设备沿水平线的覆盖范围。例如，单个天线或天线布置的传输模式可以呈圆盘、所谓的甜甜圈、或这样的圆盘的至少一部分的形式，并且圆盘的轴线可以通过配置天线布置而被调平，使得天线垂直于水平线，从而提供天线沿水平线的高灵敏度和辐射。当在本说明书中使用时，沿水平线调平传输模式包括例如以相对于水平方向高达+/-20度到30度的角度大约调平至水平线。

根据另一实施方式，天线装置的传输模式被配置成使得沿地理水平线执行天线波束扫描。在较高频率处(例如在30GHz以上的频率处)，期望天线元件的数量更高(例如远高于10个)。因此，天线布置的方向性将增加。因此，利用所确定的用户设备的取向来首先扫描水平面或至少优先考虑水平面，以找到基站或接入点。这可以减少当在用户设备和无线通信网络之间建立通信链路时用户设备的登录时间，从而改进用户设备的功率效率并且例如在小区改变期间增加可靠性和可用性。

根据另一实施方式，提供了一种用于利用用户设备来寻找无线通信网络的基站或接入点的方法。用户设备包括提供可配置传输模式的天线装置。术语“可配置传输模式”用于表示天线装置由于配置而改变最高接收灵敏度的方向或最高辐射的方向的能力。例如，在天线装置包括呈一维布置排列的多个天线元件的情况下，提供至少部分圆盘形传输模式，其取向可以由于配置而改变。此外，在天线元件呈二维布置排列的情况下，可以提供笔状波束形传输模式，其方向可以由于配置而改变。根据该方法，使用用户设备的取向确定传感器来确定用户设备相对于地理水平线的取向。基于所确定的取向，沿地理水平线调平用户设备的天线装置的传输模式。因此，可以增加找到基站或接入点的可能性。

根据另一实施方式，提供了一种用于寻找无线通信网络的基站或接入点的方法。该方法可以由用户设备来执行，该用户设备包括提供可配置笔状波束形传输模式的呈二维布置排列的多个天线元件。根据该方法，使用用户设备的取向确定传感器来确定用户设备相对于地理水平线的取向。分别沿多个方向利用笔状波束形传输模式扫描用户设备的环境，以用于寻找基站或接入点。基于所确定的用户设备的取向，以相比其它方向更高的优先级来扫描地理水平线的方向。

根据另一实施方式，提供了一种用于无线通信网络的用户设备。用户设备包括用于从无线通信网络的基站或接入点接收以及向无线通信网络的基站或接入点发送射频信号的天线装置。该天线装置提供可配置传输模式。例如，天线装置的最高灵敏度的方向可以是可配置的。此外，用户设备还包括用于确定用户设备的取向的取向确定传感器。尤其是，该取向确定传感器可以提供与用户设备相对于水平线或重力方向的取向有关的信息。因此，在用户设备被用户移动的情况下，例如，当用户设备被用户旋转时，可以由取向确定传感器确定用户设备的当前取向。此外，用户设备还包括处理装置，该处理装置被配置为基于所确定的取向来配置天线装置的传输模式。因此，可以对准或调平天线装置的传输模式，使得可以提供天线装置沿水平线的高灵敏度或辐射。由于基站或接入点通常沿水平线布置，因此可以便于在用户设备与基站或接入点之间建立通信链路。

根据实施方式，用户设备包括例如移动电话、移动计算机、个人数字助理、平板计算机、电视机、监视器或投影仪。例如，投影仪可以从传感器或配置获知其是被安装在天花板、墙壁还是桌子上，并且可以基于该信息来配置传输模式。

虽然结合本发明的具体实施方式和方面在以上概括和以下详细描述中描述了具体特征，但应当理解，除非另有特别说明，否则示例性实施方式和方面的特征可以彼此结合。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明。

图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的用户设备；

图2示出了单个偶极天线的传输模式；

图3示出了行天线的传输模式；

图4示出了二维天线布置的传输模式；

图5示出了包括根据本发明的实施方式的用于操作用户设备的天线装置的方法的方法步骤的流程图。

具体实施方式

在下文中，将更详细地描述本发明的示例性实施方式。应当理解，除非另有特别说明，否则本文所描述的各种示例性实施方式的特征可以彼此结合。除非另有特别说明，否则附图所示的部件或装置之间的任何耦合都可以是直接或间接耦合。

图1示出了布置在基站20的环境中的用户设备10。该用户设备10可以包括例如移动电话，尤其是例如所谓的智能手机。用户设备10包括天线装置11、取向传感器12以及处理装置13。天线装置11包括多个天线或天线元件14。基站20可以是蜂窝无线通信网络的基站。用户设备10与基站20之间的通信可以经由10GHz至多达数百GHz的频带(被称为毫米波段)中的射频通信来实现。由于小波长并且为了实现适当的性能，用户设备中可能需要呈布置形状的多个天线。利用天线的正确配置，尤其是利用天线的正确定相，可以实现高天线增益。然而，这种配置可以例如将天线的辐射和接收模式缩窄到波束。需要朝向基站引导该波束。在下文中，将结合图2至图4描述不同天线布置的典型发送和接收模式。

图2示出了单个偶极天线的传输模式。从图2中可以看出，获得了围绕天线轴线的各向同性模式，该模式具有如图2所示使其轴线布置在Z方向上的圆盘或甜甜圈形状。当天线以其顶部向上放置时，这意味着天线垂直于地理水平线布置，沿天线轴存在高接收灵敏度和高辐射，并且沿水平线存在良好的接收或覆盖范围。

图3中示出了一维天线布置的传输模式。传输模式可以是用于典型行天线的圆盘或甜甜圈状的模式或者圆盘或甜甜圈状模式的一部分。根据天线布置的配置，圆盘形模式的取向可以根据需要而改变。应当注意，一维布置可以仅具有用于调平传输模式的一个自由度。例如，可以仅在一个方向(例如，沿X-Y平面)上调平传输模式，并且如果用户设备在X-Z平面中倾斜，则无法使用使X方向作为轴线的一维阵列进行调平。然而，如果用户设备在X-Y平面中倾斜，则这可以通过相应调平来进行补偿。

图4示出了二维天线布置的笔形波束模式，例如，多个天线可以布置成行和列的阵列。笔形波束的方向取决于天线布置的配置。

在用户设备10和基站20的典型环境中，基站20沿相对于用户设备10的水平面30定位。换句话说，基站20通常沿地理水平线布置。如图1所示，用户设备10包括取向传感器12，该取向传感器12可以包括例如陀螺测试仪、重力传感器或罗盘。取向传感器12可以被配置为确定用户设备10相对于地理水平线或水平面30的取向。用户设备(例如，移动电话、平板计算机等)通常包括这样的取向传感器，例如用于对准图像输出或用于游戏应用。处理装置13利用来自取向传感器12的信息来配置天线装置11。

例如，如图5所示，在步骤51中，处理装置13可以确定用户设备10的当前取向，并且在步骤52中根据所确定的取向配置天线装置11的传输模式。具体地，处理装置13可以使用取向传感器12来沿水平线30自适应地调平天线传输模式。因此，可以调谐天线装置，以覆盖水平面30，并且可以可靠地找到并联系基站20。

尤其是对于低于例如30GHz的频率的天线布置，天线元件的数量可以在4个到16个的低范围内，并且可以呈一维布置排列。可以通过一维天线布置来实现如图3所示的圆盘形模式或圆盘的一部分。根据来自取向传感器12的信息，处理装置13优化沿水平线30的一维天线布置的覆盖范围。

对于高于例如30GHz的频率的天线布置，天线元件的数量可能更大，例如，远大于10个或20个，并且可以布置成具有如图4所示的笔状波束形传输模式的二维布置。因此，方向性将增加。在这种情况下，可以利用首先扫描水平面30或至少优先考虑水平面30的算法。因此，可以缩短用于寻找基站20的时间，从而提高操作可靠性和功率效率。