自适应天线配置的制作方法

总体上，本发明的实施方式涉及移动电信，并且更具体地，涉及用于无线节点在毫米波频带中工作的自适应天线配置的方法、设备、计算机程序产品等。

背景技术：

未来的无线电通信(诸如nr(新无线电)或5g(第五代)无线通信)将依靠毫米(mm)波频谱来进行通信。毫米波频带中的无线电通信操作很有吸引力，因为可用带宽显著大于常规频带中的带宽。在5g中，将通信划分成两个频谱；低于6ghz(千兆赫兹)的通信和高于6ghz的通信。对于高于6ghz的通信，波长非常短，例如，对于28ghz的波长，波长为1cm(厘米)，这意味着用户设备(ue，本文中也称为移动装置、移动终端等)中的天线振子在物理上变小，尺寸约为5mmx5mm。较小的天线具有对应的小孔径(即，通向空中)，这需要通过使用多个天线振子(例如，四个或八个部件天线模块)来加以补偿。然而，使用多个天线振子导致需要进行射束管理和射束同步。在特定的场景下，可以将射束管理的复杂处理最小化，并且在某些情况下完全避免。然而，在其它特定的场景下，射束配置并非是最优的。

从硬件的角度来看，已经提出了不同的天线实现。实际选择以用于未来的无线通信系统的实现可能取决于各种因素，例如但不限于：工作频率、发送信号的带宽、成本、功耗等。毫米波频谱中可用的带宽提出了独特的挑战，因为模数转换器(adc)或数模转换器(dac)的采样率需要是带宽的两倍；从而导致ghz采样率。这样的高频采样率导致ue中的高电流消耗。

在常规的无线通信中，在源处使用单个天线振子，并且在目的地处使用另一单个天线振子。当以全向模式使用单个天线振子(或几个天线振子)时情况就是如此。然而，在一些情况下，使用单个天线振子会引起多径效应的问题。当电磁场(em场)遇到诸如丘陵、建筑物等的障碍物时，波前被分散，因此波前要采用很多路径到达目的地。信号的分散部分的迟到导致诸如衰落、断流(cut-out)以及间歇接收的问题。在数字无线通信系统中，这种散射(scattering)可以造成数据速度降低和错误数量增加。使用两个或多个天线振子以及在源和目的地处发送多个信号(例如，多输入多输出(mimo)天线技术)利用了与多径波传播有关的特性，并且利用了这种效应。在mimo中，将通信电路的各个端部处的天线振子组合在一起，以最小化错误并优化数据速度。

在移动无线电通信中，将多个天线振子用于发送和/或接收可以被用于定向信号发送或接收，在本文中另外称为“射束成形”。射束成形可以是模拟的或数字的。在数字射束成形中，天线阵列中的每个单独天线振子具有rf(射频)收发器，该rf收发器是由单独基带信号馈给的。单独基带信号包含超定位(super-positioned)的多个信号的信息，使得可以沿不同的方向同时实现多个射束。包含在单独基带信号中的信息的组合是在数字域内执行的。因此，在数字射束成形中，需要与存在的射束一样多的adc转换器。在模拟射束成形中，在下行链路(即，接收路径)中的功率分配之前或之后，结合每个天线振子实施单独模拟物理移相器。因此，在模拟领域中，基于为天线阵列中的每个单独天线振子设定的相对相位来获得单个射束的射束成形。另外，射束成形可以是混合的，这意味着可以通过数字和模拟技术两者的组合来实现定向信号发送和/或接收。混合射束成形可以是使能实现低功率通信的更好选择。

因此，需要开发一种在无线节点、ue或接入点配备有针对多种不同的天线配置适配的多个天线振子时进行天线配置选择的系统、设备、方法等。

技术实现要素：

下面呈现了一个或更多个实施方式的简化摘要，以便提供对这种实施方式的基本理解。该摘要不是所有设想实施方式的广泛概述，而是旨在既不标识所有实施方式的关键或重要要素，也不描绘任何或所有实施方式的范围。唯一目的是，按简化形式呈现一个或更多个实施方式的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的开头。

本发明的实施方式通过提供由无线节点来进行天线配置的开环选择的方法，设备、系统等解决上述需要和/或获得其它优点，所述无线节点包括针对多种不同的天线配置适配的多个天线振子。所述天线配置的选择是基于由所述无线节点接收到的信号的质量来进行的。可以根据信号的强度/功率和/或信道丰富度来定义信号的质量。在本发明的附加实施方式中，所述天线配置的选择可以基于所述无线节点的移动状况和/或影响所述无线节点的干扰的状态。在本发明的具体实施方式中，所述无线节点能够针对毫米波频带中的通信而工作，并因而，所述不同的天线配置包括全向天线配置、多输入多输出(mimo)配置以及射束成形(bf)配置中的两种或更多种配置。

所述不同的天线配置中的每种天线配置具有影响不同网络场景下的通信的速率、鲁棒性和/或功率效率产生影响的不同特征。这些特征包括但不限于(a)天线的方向特性，(b)由天线阵列内的相关的天线振子获取的阵列增益，(c)天线配置同时支持多个射束或者同时支持包括两个或更多天线振子的多个模式(即，天线振子的极化、不相关和/或方向性)的能力，以及(d)天线振子的数量和天线振子的不相关程度。

一种用于无线节点的天线配置的方法定义了本发明的第一实施方式。所述无线节点包括针对多个天线配置适配的多个天线振子。所述方法包括：利用第一天线配置接收第一无线信号；以及基于所述第一无线信号的质量，从所述多个天线配置当中选择第二天线配置，所述第二天线配置用于利用所述天线振子中的至少一个天线振子发送和/或接收第二无线信号。

在所述方法的具体实施方式中，所述第一天线配置还被定义为宽覆盖范围天线配置，例如以全向覆盖为目标的天线配置。

在所述方法的其它具体实施方式中，所述第一天线配置和所述第二天线配置具有大致相同的覆盖角度。而在本发明的其它具体实施方式中，所述第二天线配置的覆盖角度大致为所述第一天线配置的覆盖角度的子组，或者所述第一天线配置的覆盖角度大致为所述第二天线配置的覆盖角度的子组。

在所述方法的具体实施方式中，所述多个天线配置包括宽覆盖范围天线配置、多输入多输出(mimo)天线配置以及射束成形天线配置中的至少两种天线配置。在所述方法的这种实施方式中，所述宽覆盖范围天线配置实施所述多个天线振子中以宽覆盖范围模式配置的一个或至多几个天线振子。所述mimo天线配置实施多个不相关的天线振子，所述多个不相关的天线振子被配置成通过多径传播在单个无线信道同时支持多个无线数据信号。所述射束成形天线配置实施多个相关的天线振子，所述多个相关的天线振子被配置成利用相位偏移来发送和接收相同的数据。

在所述方法的具体实施方式中，选择所述第二天线配置还包括：基于所述第一无线信号的质量来选择所述天线配置，其中，所述信号的质量是根据所述信号的强度/功率和/或所述信号的信道丰富度中的一项或更多项来定义的。

在所述方法的其它具体实施方式中，选择所述第二天线配置还可以基于所述无线节点的移动状况和/或影响所述无线节点的干扰的状态中的至少一项。

此外，在附加的具体实施方式中，所述方法包括：在ue处，使用宽覆盖范围天线配置来发起与基站的网络接入。在所述方法的这种实施方式中，接收所述第一信号还包括：使用所述宽覆盖范围天线配置来接收所述第一信号。

在所述方法的另一些具体实施方式中，选择所述天线配置还包括：通过确定所述信号的质量是否满足或超过信号质量阈值来确定所述信号的质量。在本发明的具体实施方式中，信号质量还可以被定义为信号强度，但在其它实施方式中，诸如信噪比(snr)、信号与干扰加噪声比(sinr)、误码率(ber)等的其它因素可以定义信号质量。在所述方法的这种实施方式中，选择所述天线配置还可以包括：响应于确定所述信号的质量无法满足或超出所述信号质量阈值，设定阵列天线配置并且执行射束管理过程。在所述方法的附加实施方式中，选择还包括：响应于设定所述天线配置并且执行所述射束管理处理，确定所述信道是支持单个射束还是多个射束。如果所述信道支持多个射束，则管理具有不同数据流的多个射束，而如果所述信道不支持多个射束，则管理具有单个数据流的单个射束。在所述方法的另一些相关实施方式中，选择所述天线配置还包括：响应于确定所述信号的质量满足或超出预定的信号质量阈值，设定多输入多输出(mimo)天线配置，并且确定所述信道是否支持mimo。如果所述信道支持mimo，则mimo传输继续进行，而如果所述信道不支持mimo，则随之进行单输入单输出(siso)传输。

无线节点设备定义了本发明的其它实施方式，无线节点(其可以是ue或接入点/bs)包括：处理装置、存储器以及针对多个天线配置适配的多个天线振子。另外，所述无线节点包括存储在所述存储器中并且可由所述处理器执行的天线配置选择模块。所述天线配置选择模块被配置成基于接收到的第一无线信号的质量，从所述多个天线配置当中选择天线配置，所述天线配置用于利用所述天线振子中的至少一个天线振子发送和/或接收第二无线信号。

在所述无线节点设备的具体实施方式中，所述多个天线配置包括宽覆盖范围天线配置、多输入多输出(mimo)天线配置以及射束成形天线配置中的至少两种天线配置。在所述方法的这种实施方式中，所述宽覆盖范围天线配置实施以宽覆盖范围模式配置的一个或至多几个天线振子。所述mimo天线配置实施多个不相关的天线振子，所述多个不相关的天线振子被配置成通过多径传播在单个无线信道上同时支持多个无线数据信号。所述射束成形天线配置实施多个相关的天线振子，所述多个相关的天线振子被配置成利用相位偏移来发送和接收相同的数据。

因此，本发明的目的、特征、方面以及优点包括但不限于基于接收到的无线信号的质量，从多个可用的天线配置当中选择天线配置。这样的开环选择处理消除了在所述天线配置选择处理中包括其它网络节点的需要。

本发明的附加目的、特征、方面以及优点提供了选择所述天线配置以便优化针对不同的网络场景下的通信的速率(例如，容量)、鲁棒性以及功率效率(例如，电流消耗)。在这方面，本发明在对可接受的信号质量的需求与节省电池电力的需求之间取得了平衡。

本发明的更进一步的目的、特征、方面以及优点是通过选择导致改善的信噪比(snr)、信号与干扰加噪声比(sinr)和/或误码率(ber)的天线配置来实现的。

此外，本发明的目的、特征、方面以及优点提供了基于所述无线节点的移动性状况和/或影响所述无线节点的干扰的状态来选择天线配置和/或以便优化(i)所述天线振子的方向特性，(ii)由天线阵列中的相关的天线获取的阵列增益特性，(iii)所述天线配置同时支持多个射束的能力和/或(iv)所述天线振子的数量和所述天线振子的不相关程度。

根据下面对本发明的优选实施方式的详细描述，本发明的各种其它目的、特征、方面以及优点将变得更加显而易见。

因此，本文在下面详细描述的系统、设备、方法等提供了由无线节点来进行天线配置的选择，所述无线节点包括针对多种不同的天线配置适配的多个天线振子。所述天线配置的选择是基于由所述无线节点接收到的信号的质量来进行的。在本发明的具体实施方式中，所述无线节点能够针对毫米波频带中的通信而工作，并且所述不同的天线配置包括宽覆盖范围天线配置、多输入多输出(mimo)配置以及射束成形(bf)配置中的两种或更多种配置。

附图说明

已经概括地对本发明的实施方式进行了如此描述，下面，对附图进行说明，其中：

图1是根据本发明的实施方式的被配置用于自适应天线配置的无线环境的示意图；

图2是根据本发明的实施方式的突出显示处于不同的信号质量状态的各种无线节点/ue的无线环境的示意图；

图3是根据本发明的实施方式的具有各种相关的和不相关的天线振子的ue的示意图；

图4是根据本发明的实施方式的被配置用于多个天线振子的自适应天线配置的无线节点的框图；

图5是根据本发明的实施方式的用于无线节点处的多个天线振子的天线配置的方法的流程图；

图6是根据本发明的实施方式的用于无线节点处的多个天线振子的自适应天线配置的方法的更详细流程图；

图7是根据本发明的实施方式的针对宽覆盖范围天线配置适配的无线节点中的天线模块/分组的示意图；

图8是根据本发明的实施方式的针对模拟射束成形天线配置适配的无线节点中的天线模块/分组的示意图；以及

图9是根据本发明的实施方式的针对mimo天线配置适配的无线节点中的天线模块/分组的示意图。

具体实施方式

下文中，可以参照附图，对本发明的实施方式进行更全面描述，附图中示出了本发明的一些而非全部实施方式。实际上，本发明可以按许多不同的形式具体实施，而不应视为对本文所阐述的实施方式进行限制。相反，提供这些实施方式，以使本公开可以满足可应用的法定需求。贯穿全文，相同的标号指相同的部件。

本文所使用的无线节点可以是指诸如移动终端/装置的用户设备(“ue”)、接入点(“ap”)或基站(“bs”)，基站另称为enodeb(enb)、gnodeb(gnb)等。出于发送或接收数据的目的，ue可以连接至无线局域网(“wlan”)或者移动通信网络(包括3gpp的演进)lte版本以及包括多个ap和/或bs的第5代(“5g”)新无线电(nr)版本。

如本文详细讨论的，本发明提供了一种无线节点的开环天线配置，该无线节点包括针对多种不同天线配置适配的多个天线振子。在该开环方法中，天线振子所在的无线节点无需任何其它无线节点的辅助即可确定要实施哪种天线配置。例如，ue自己确定/选择天线配置，而没有来自ap或bs在确定/选择方面的信息或辅助。类似地，ap或bs可以确定/选择天线配置，而没有来自ue在确定/选择方面的信息或辅助。

根据本发明的具体实施方式，不同的天线配置可以包括但不一定限于宽覆盖范围天线配置、mimo天线配置以及射束成形天线配置。因此，本发明的实施方式尤其适于采用毫米波频带的无线通信，并且尤其适合于高于6ghz的通信，例如28ghz的通信。

通常，不同的天线配置可以应用于不同的场景。例如，对于一些ue，低功耗可能是最重要的方面，而在其它ue中，低时延可能是最重要的方面。

另外，在基站层面上，网络内的不同的物理区域可能具有不同的需求，并且重要的是，通信协议要考虑到所有这些需求/方面。例如，通过bs或ue处的数字射束成形使能实现的瞬时射束扫描可以支持低延迟。在这方面，被配置用于数字射束成形的ue或bs能够支持任何射束管理选项，而对于模拟或混合射束成形来说情况并非如此。

对于不同的网络场景，如何与无线网络执行最优通信也可能有不同的选择。这些不同的选项可以包括在ue层面处的天线配置。在强信号条件下，例如当ue在接近基站的位置时，能够实现宽覆盖范围的ue天线配置可能是有利的；尤其是在ue和基站处于直接视线下的情况下。而在展现出富散射的场景下，单独天线振子不相关的天线配置(例如mimo天线配置)是优选的。在更进一步的场景下，来自相关的天线振子的天线增益(例如射束成形天线配置)可以提高速率、覆盖范围和/或电流消耗。

参照图1，呈现了根据本发明的实施方式的用于天线配置的开环选择的系统10的示意图。该系统包括第一无线节点20(例如接入点或基站)和第二无线节点30(例如ue)。第一无线节点20和/或第二无线节点30分别包括针对多种不同天线配置适配的多个天线振子90、100。第一无线节点20和/或第二无线节点30被配置成接收从无线节点30或无线节点20中的对应无线节点发送的第一无线信号40。第一无线节点20利用第一天线配置接收到第一无线信号40。

第一无线节点20和/或第二无线节点30被配置成从不同的天线配置当中选择第二天线配置，以利用天线振子90或100来发送和/或接收第二无线信号50。根据本发明的实施方式，无线节点20和/或无线节点30被配置成至少基于接收到的第一无线信号40的质量来进行天线配置选择。接收到的信号的质量可以根据功率水平、信噪比(snr)、信号与干扰加噪声比(sinr)、误码率(ber)和/或与信号质量/强度有关的任何其它测量中的一项或更多项来定义。在这方面，进行天线配置的选择，使得针对不同的网络场景来优化通信的速率(例如，容量)、鲁棒性以及功率效率(例如，电流消耗)。在本发明的其它实施方式中，进行天线配置的选择以便滤除干扰；自干扰和来自其它无线节点/ue的干扰(例如，在富散射环境下选择射束成形)。

通常，可以通过不同的天线配置获取相同的速率。可以通过同时射束或mimo获取多个数据流。对于同时射束的情况来说，多个射束需要管理并且是可分离的，这允许ue与bs之间的更大的距离。对于mimo的情况来说，无需在ue中进行射束管理，因为天线振子是不相关的，并且数据流可以通过mimo处理(即，在mimo软件等中配置的mimo处理)来进行分离。多个数据流增加了鲁棒性，并且在一些情况下，增加了功耗(即，活动rf路径的数量等于数据流的数量)。然而，由于ue通常以较小的孔径工作，因此范围(reach)(即，ue与bs之间的最大距离)受到限制。另外，使用多个数据流还可能就散射丰富度方面对环境提出一些要求(即，信号散射量越大，mimo容量越大)。

对于数字射束成形，根据需要多少阵列增益，可以配置较少的天线振子。减少天线振子的数量也会影响鲁棒性，因为射束变得较不定向，并且在射束管理方面要求也较少。

在本发明的具体实施方式中，第一无线节点20(即，ue)正在选择天线配置，并且第一无线节点20在位置上最接近第二无线节点30(即，ap或bs)，可以将第一天线配置限定为宽覆盖范围天线配置。宽覆盖范围配置实施一个天线振子或者在一些情况下，实施几个天线振子(例如，4个或更少的天线振子、6个或更少的天线振子、10个或更少的天线振子、12个或更少的天线振子、20个或更少的天线振子等)，这用于加速初始接入处理。宽覆盖范围配置中的天线振子的数量可以根据所使用的频率来决定(即，较高的频率可以使用较多的天线，而较低的频率可以使用较少的天线)。此外，由于宽覆盖范围配置使用的最少量的天线振子并且在一些实施方式中，使用单个模数(a/d)转换器，因此利用宽覆盖范围配置可以获取最小电流。在本发明的具体实施方式中，宽覆盖范围天线配置可以包括以全向模式为目标的配置。可以通过同时使用多个天线模块来瞄准这种全向模式，并且这些天线模块中的每个天线模块都具有单个启用的天线振子或者在一些情况下具有几个启用的天线振子。

一旦进行了初始接入，并且已经确定第一无线信号50的信号质量足够强，则第一无线节点20可以启用更多的天线振子，并且可以对mimo天线配置进行选择。如先前所讨论的，mimo天线配置包括相对于相位、极化以及幅度不相关的多个天线振子，因此提供了空间复用。基于多个射束，mimo天线配置可以提供多于一个数据流。

相反，在确定第一无线信号50的信号质量较弱的情况下，无线节点20可以选择射束成形天线配置(即，具有大阵列增益的配置)以改善snr，或者作为对信道进行空间滤波的结果，改善sinr。在这方面，相关的天线振子的阵列中的天线振子越多，阵列增益就越大并且射束就越锐利。与上面讨论的宽覆盖范围配置类似，数字射束成形使用最少的天线振子和多个a/d转换器，从而导致从较少的射束管理节省了时间，这还导致电流的节省。

参照图2，示出了无线网络环境的示意图，并且具体地示出了四个不同的场景，其中，第二无线节点30(ue)与相应的第一无线节点20(bs)在网络内的位置不同。在下面示出并描述的四种场景中，可以基于不同的天线配置来对功耗、鲁棒性(由于在一些配置中要求较少的射束管理)和/或吞吐量进行优化。

在第一种场景中，ue30-1最接近bs20并且从bs20接收强信号。将一个射束从bs20引向ue30-1，并且可以具有直接的视线。在由于ue30-1与bs20的接近而需要有限的增益的这种场景中，ue30-1能够使用在朝向bs20的方向上具有覆盖范围的单个天线振子。来自单个天线振子的射束的管理可以是适用的；然而，所需的管理可以是最低阶的(即，第二无线节点30-1(ue)可以在不同的天线模块之间切换(如图3所示)以便覆盖不同的方向)。

在第二种场景中，ue30-2最接近bs20并且从bs20接收强信号；然而，信号散射体32(例如，建筑物、树木以及其它障碍)在ue30-2附近，使得ue30-2从bs20接收到多于一个的信号(即，所谓的“丰富”环境)，因此不需要阵列增益。在这种富信道场景中，ue30-2可以使能实现其中ue30-2启用多个不相关的天线振子(即，多个数据流)的mimo天线配置。不同的天线振子可以从bs20接收相同的信号分量；然而，在mimo中，每个信号分量都不同地进行了加权，因此可以将所述多个数据流分离开。

在第三种场景中，ue30-3离bs20较远，并因此信号强度较低。在这种场景中，需要射束成形来获取信号，因此，ue30-3启用至少两个相关的天线振子作为获取一些阵列增益的手段。如第三种场景中所示，ue30-3可以处于一个或更多个信号散射体32附近，并因此接收从不同角度(即，不同的到达角(aoa))到达的反射信号。在这种情况下，可以将多个射束同时引向不同的接收信号方向，以获取多个数据流(即，数据流的数量小于或等于射束的数量)。在这种场景中，射束管理过程是适用的，以便将射束引向bs20。另外，在这种场景中，阵列分集可能是适用的，其中不同的天线模块覆盖不同的区域(即，不同的aoa)。此外，在第三种场景中，实施更多天线振子以获取干扰抑制(基于较窄的射束)可能是有利的。

在第四种场景中，ue30-4离bs20最远，并因此，需要附加的天线振子以获取更高的阵列增益。因此，与第三种场景类似，需要射束成形来获取信号，因此，ue30-4启用至少两个(通常更多个)相关的天线振子作为获取更高阵列增益的手段。在第三种场景和第四种场景中，可产生相同的速率/容量；然而，第三种场景涉及较少的射束成形(即，在一些实现中，较少的电流)，因此是优选的。另外，第三种场景更加鲁棒，因为射束很少被引导，因此，在射束管理方面需要较少的开销。

参照图3，示出了根据本发明的实施方式的具有多个天线模块的无线节点(ue30)的示意图。在图3的例示的示例中，ue30包括三个天线模块140-1、140-2、140-3，这些天线模块可以以其它方式配置为逻辑分组，其中每个天线模块被设置在ue30内以处理用于接收的不同aoa和用于发送的不同离开角(aod)。可以将天线模块140-1、140-2、140-3设置在单独的模块中，或者可以分布/附接至印刷电路板(pcb)(图3中未示出)等的不同位置。可以将天线模块140-1、140-2以及140-3中的每个天线模块配置成包括相关天线振子92(用于射束成形天线配置)和不相关天线振子94。此外，天线模块140-1、140-2以及140-3中的每个天线模块具有适用于发送和接收两者的对应天线模式96-1、96-2、96-3。

通过选择在相关bs射束的方向上覆盖aoa的天线模块140-1、140-2以及140-3来获取分集。另外，可能存在多个天线阵列，其中，相关的天线振子92覆盖相同的方向但具有不同的极化(例如，水平极化、垂直极化或圆极化)。系统中的每个天线的极化应正确对准。当两个节点使用相同的极化时，在无线节点之间产生最大信号强度。

在宽覆盖范围配置中，一致地实施的天线模块140-1、140-2以及140-3可以以全向天线配置的理想场景为目标。在图3的例示的实施方式中，这样的宽覆盖范围配置将实施天线模块140-1、140-2以及140-3中的每个天线模块的至少一个天线振子，并且为了实现不同的极化，天线模块140-1、140-2以及140-3中的每个天线模块(假设是2d模块)将实施至少两个天线振子(即，在ue30内总共六个天线振子)。在本发明的具体实施方式中，从天线模块140-1、140-2以及140-3中的每个天线模块中实施一个天线振子可以提供最低的阵列增益，这根据信号质量可能就足够了。然而，如果信号质量要求使用更多的天线振子，例如，增加为天线模块140-1、140-2以及140-3中的每个天线模块中的两个天线振子，则可以实现更多的阵列增益。在每个天线模块实施多于一个的天线振子的这种实施方式中，第一天线振子可以配置有宽射束，而其它天线振子可以配置有窄射束。

不相关的天线振子94可以利用宽覆盖范围天线配置来实施(例如，单个天线振子或几个天线振子，例如4个或更少的天线振子、6个或更少的天线振子、10个或更少的天线振子、12个或更少的天线振子或者20个或更少的天线振子等)，并且通过启用天线模块140-1、140-2、140-3中的多于一个的天线模块的一个或多个天线振子来获取mimo天线配置。虽然图3的例示的示例示出了包括相关的天线振子92和不相关的天线振子94两者的天线模块140-1、140-2、140-3，但在本发明的其它实施方式中，天线模块可以只包括相关的天线振子92或者不相关的天线振子94。在本发明的这些实施方式中，其中模块是相关模块(即，完全由相关的天线振子组成)，可以针对mimo天线配置来实施相关模块中的每个相关模块的一个或几个天线振子。

对于多射束配置(例如关于图2的第三场景和第四场景所描述的)，可以实施单个天线模块140-1、140-2或140-3的相关的天线振子，以生成不同方向的多射束，或者在其它实施方式中，根据传入射束的方向启用多于一个天线模块140-1、140-2、140-3。

参照图4，呈现了根据本发明的实施方式的无线节点设备20、30的框图。如先前所论述的，无线节点20、30可以包含ue或ap/bs。无线节点20、30包括具有存储器70以及与该存储器通信的至少一个处理器80的计算平台60。该无线节点另外包括针对多种不同天线配置110适配的多个天线振子90、100。

存储器70可以包括易失性和非易失性存储器，例如只读和/或随机存取存储器(ram和rom)、eprom、eeprom、闪存卡或者计算机平台通用的任何存储器。此外，存储器70可以包括一个或更多个闪速存储器单元，或者可以是任何二级或三级存储装置，例如磁介质、光学介质、磁带或者软盘或硬盘。此外，存储器70可以包括诸如由云存储服务和/或云连接服务提供的云存储。

此外，处理器80可以是专用集成电路(“asic”)或者其它芯片组、处理器、逻辑电路或其它数据处理装置。处理器80或诸如asic的其它处理器可以执行与存储在计算平台60的存储器70中的任何驻留程序或模块(例如天线配置选择模块120和例程)、和该驻留程序或模块相关联的子模块等连接的应用编程接口(“api”)(图4中未示出)。

处理器60包括以硬件、固件、软件以及这几者的组合具体实施的各种处理子系统(图4中未示出)，这种处理子系统使得能够在无线网络上实现无线节点20、30的功能以及该节点20、30的可操作性。例如，处理子系统允许发起和保持与其它网络设备的通信以及交换数据。对于所公开的方面，处理器80的处理子系统可以包括与天线配置选择模块120以及该天线配置选择模块的相关算法、子算法、模块、子模块结合使用的任何子系统。

计算机平台60另外包括以硬件、固件、软件以及这几者的组合具体实施的通信模块(图4中未示出)，该通信模块使能够在计算平台60的各个组件之间以及其它连网的设备之间进行通信。因此，通信模块可以包括用于建立和保持网络通信连接的必需的硬件、固件、软件和/或这几者的组合。

可以将天线振子集成在不同的硬件模块中(例如，每个模块集成有四个或八个天线振子)，并因此天线振子是固定的。在其它实施方式中，可以将天线振子按可通过软件配置的逻辑组分隔开，在该逻辑组中不同的天线组合(即，天线振子的数量)具有不同的特征。

无线节点20、30的存储器70存储有或者在其它实施方式中处理器60包括天线配置选择模块120，该天线配置选择模块被配置成至少基于在无线节点20、30处利用第一天线配置110-1接收到的第一无线信号40的信号质量130从所述多个天线配置110当中选择第二天线配置110-2。所选择的天线配置110-1用于利用天线振子90、100来发送和/或接收第二无线信号50。

天线配置110将根据以下项中的至少一项而不同：(1)由该天线配置覆盖的方向特性(即，到达角(aoa)和/或离开角(aod))；(2)在一维或二维天线阵列中由相关的天线振子(例如，射束成形天线配置)获取的阵列增益；(3)同时支持多个射束或者同时支持包括两个或更多天线振子的多个模式(例如，mimo天线配置)的能力，该能力对天线振子的极化、不相关以及方向性产生影响；以及(4)天线振子的数量和天线振子的不相关程度。

参照图5，呈现了根据本发明的实施方式的用于在无线节点中选择天线配置的方法200的流程图，该无线节点包括具有多个天线配置的多个天线振子。在事件210，在无线节点处利用第一天线配置接收第一无线信号。如先前所讨论的，该无线节点可以包括ue、ap、bs等。在本发明的具体实施方式中，可以将第一天线配置限定为宽覆盖范围天线配置。

在事件220，从多个天线配置中选择/确定第二天线配置，该第二天线配置用于发送和/或接收第二无线信号。天线配置的选择至少基于接收到的无线信号的质量。如先前所提到的，选择处理是开环处理，因为天线配置的选择/确定仅由所述无线节点进行，没有其它节点对所述选择/确定处理进行辅助。换句话说，在无线节点是ue的那些实施方式中，ue在缺少来自基站的辅助的情况下选择/确定天线配置，而在无线节点是ap或bs的那些实施方式中，ap或bs在缺少来自ue的辅助的情况下选择/确定天线配置。

信号的质量可以包括信号的强度/功率和/或信道丰富度中的一项或更多项。具体地，信号的强度，尤其是沿笔直方向的信号强度指示需要多少阵列增益(即，需要多少同时相关的天线振子)。

信道丰富度是无线节点的接近度(ue到bs)和环境中的散射量的因子。在本发明的具体实施方式中，其中确定信号很强，可以实施每个数据流单个天线振子(即，mimo天线配置)。通过传输导频信号以查看该信道支持多少数据流，可以评估信道丰富度。如果该信道支持单个数据流，则天线配置可能限于单个天线振子，或者可以出于分集的目的实施附加天线振子(即，在通信背景中，该信道可能被其它天线振子连续周期性地探测以检测变化)。如果确定信道丰富，则该信道支持多个数据流(即，大于两个数据流)，并且实施多个不相关的天线振子。在其它具体实施方式中，其中信号被确定为较弱，通过启用相关的天线振子(即，实现射束成形)来增加阵列增益。通过探测附加反射来评估信道丰富度，如果存在附加反射，则添加附加射束。可以将该附加射束包括在相同的天线模块或逻辑分组中，或者来自不同的模块或逻辑分组。

在所述方法的具体实施方式中，当无线装置从第一天线配置切换成第二天线配置时，这些配置具有大致相同的覆盖角度。而在所述方法的其它具体实施方式中，当无线装置从第一天线配置切换成第二天线配置时，第二天线配置的覆盖角度大致为第一天线配置的覆盖角度的子组，或者第一天线配置的覆盖角度大致为第二天线配置的覆盖角度的子组。这允许无线节点从一个天线模块切换成另一天线模块，以便覆盖小区的不同扇区(即，模块分集)。在这方面，本发明的实施方式用于在覆盖相同的覆盖角度或至少大致交叠覆盖角的同时改变天线的特性。

在所述方法的具体实施方式中，天线配置可以包括以下项中的两项或更多项：(1)宽覆盖范围天线配置，(2)mimo天线配置，以及(3)射束成形(bf)天线配置。宽覆盖范围天线配置实施了所述多个天线振子中的以宽覆盖范围模式配置的一个或至多几个天线振子。在本发明的具体实施方式中，宽覆盖范围天线配置可以包括以全向模式为目标的配置。可以通过同时使用多个天线模块来瞄准这种全向模式，并且这些天线模块中的每个天线模块具有单个启用的天线振子或者在一些情况下具有几个启用的天线振子。所述mimo天线配置实施多个不相关的天线振子，所述多个不相关的天线振子被配置成通过多径传播在单个无线信道同时支持多个无线数据信号。所述bf配置实施多个相关的天线振子，所述多个相关的天线振子被配置成利用相位偏移来发送和接收相同的数据。这样，所述方法的实施方式可以在毫米波频带通信系统(例如，高于6ghz的频率(具体为28ghz))中实现。

除了基于信号的质量选择天线配置之外，在选择处理中可以实施其它因素。例如，该选择还可以基于(i)无线节点移动状况和(ii)干扰状态。

可以将无线节点移动状况定义为无线节点永久静止(例如，iot传感器等)、无线节点暂时静止以及无线节点以指定的速率/速度(例如，低速、高速等)移动等。移动状况可能会影响所实施的天线振子的数量。例如，射束成形通常可以使用少于所有相关的天线振子(例如，相关天线振子的50％)；然而，如果无线节点是静止不动的，则从功耗的角度来看可能有益于将所有相关的天线振子与更多的定向射束(通常称为“笔形射束”)一起使用。如果无线节点是移动的，那么使用少于所有相关的天线振子与较宽的射束的射束成形可能是优选的。虽然这样的配置可能会导致使用更多的电流(基于较宽的射束)，但使用较少的相关的天线振子将具有在射束管理方面的需求较少的优点(即，更具鲁棒性)。

干涉状态可能会影响射束的方向性和/或阵列增益。如果存在干扰，则较窄的(即，更有向的)射束可以通过信道的空间滤波来使干扰偏移。另外，在高散射和高干扰的环境中，与不相关的天线振子或mimo天线配置相反，高阵列增益可能是优选的。例如，在高干扰和/或高移动性的状态下，沿单个方向的窄射束监听可能是优选的。

因此，根据本发明的实施方式，选择具有各种不同特性的天线振子。这些特性包括但不限于：(i)根据相应的天线配置适配的天线振子的相应的方向特性，(ii)由相应的天线配置中的相关的天线振子获取的相应的阵列增益，(iii)天线配置同时支持多个射束或者同时支持包括两个或更多个天线振子的多个模式的能力和/或(iv)天线振子的量和天线振子的不相关程度。

参照图6，呈现了根据本发明的具体实施方式的用于天线配置选择的方法300的更详细的流程图。在事件302，在ue处，使用宽覆盖范围天线配置发起蜂窝网络接入(例如，寻呼等)。宽覆盖范围天线配置可以利用一个或最少数量的天线振子以及单个a/d转换器。因此，宽覆盖范围天线配置限制了在ue中使用的电流的量。在事件210，在ue处接收到第一无线信号。

在事件220，ue基于第一无线信号的信号质量来选择/确定天线配置。具体地，在判定304，进行有关第一无线信号的质量是否满足信号质量阈值的确定。如果确定第一无线信号的信号质量满足或超过信号质量阈值，则在事件306，设定mimo天线配置。在本发明的具体实施方式中，将ue配置成基于满足或超过信号质量阈值的第一无线信号的信号质量来优先化mimo天线配置。在本发明的其它实施方式中，请求mimo天线配置的步骤包括：向bs发送针对mimo天线配置的请求。

在判定310，进行有关该信道是否支持mimo天线配置的确定。或者将系统配置成固有地支持mimo，或者无线节点/ue需要在网络层面请求mimo传输。如果确定该信道支持mimo天线配置，则在事件314，mimo传输随之发生，其中将多个不相关的天线振子配置成通过多径传播在单个无线信道上同时支持多个无线数据信号。换句话说，所有天线振子基本上接收相同的信号，并且不同的数据流与不同的天线振子的不同的信号电平(即，不同的增益和相位分布)相关联。如果确定该信道不支持mimo天线配置，则在事件316，随之发生单输入单输出(siso)传输或者单一数据流。

如果确定第一无线信号的信号质量下降到信号质量阈值之下，则在事件308，设定天线配置(即，使用相关的天线振子来形成射束)并且执行射束管理过程，该射束管理过程需要使bs与ue之间的射束同步，使得将射束引向彼此并且搜索另选射束)。在事件312，作为执行射束管理过程并且更具体地搜索附加候选射束的结果，进行有关该信道是否支持mimo天线配置(即，附加候选射束是否可用)的判断。如果确定该信道不支持mimo天线配置，意味着只有一个射束被确定是可用的，则在事件320，管理具有单个数据流的至少一个射束。如果确定该信道支持mimo天线配置，意味着多个射束被确定是可用的，则在事件318，管理具有不同的数据流的多个射束。

图7至图9提供了根据本发明的实施方式的接收器中的被配置为宽覆盖范围天线配置(图7)、射束成形天线配置(图8)以及mimo天线配置(图9)的天线模块400的示意图。关于接收器链中的天线配置所讨论的相同原理将同样适用于发送链。天线模块400a、400b、400c以及400d皆包括四个天线振子402。应注意，在本发明的其它实施方式中，所述天线模块包括更多或更少的天线振子402。在仅作为示例的图7至图9的例示的实施方式中，每个模块400包括与滤波器406和混频器408通信的a/d转换器404，混频器408使用本地振荡器410将信号下混频至低频。开关412和416被实现成在图7的宽覆盖范围天线配置与图8的bf天线配置之间改变。例如，在图7中，在下行链路中，信号422经历a/d转换、滤波以及混频，并被传送至与模块400a中最顶部的天线振子402a相关联的移相器418和放大器/阻尼器420，该天线振子402a发送传输信号422。在该实施方式中，仅所述一个单一天线振子402a是利用宽覆盖范围模式来实施的。

在图8中，单个模块400a的所有天线振子402a、402b、402c以及402d是以bf天线配置来实施的。在下行链路方案中，将组合器/复用器414实现成将信号422复用成四个分量422a、422b、422c以及422d，在经由对应的天线振子402a、402b、402c以及402d传送/发送所述信号422a、422b、422c以及422d之前，将这些信号分量传送至相应的移相器418和放大器420。在本发明的其它实施方式中，bf天线配置可以实施模块400a内的少于所有的天线振子。

在图9中，针对空间分集(即，mimo天线配置)，实施了来自模块400a、400b、400c以及400d中的每个模块的一个天线振子402a。虽然图9的例示的实施方式仅示出了来自天线模块400a、400b、400c以及400d中的每个天线模块的一个天线振子402a，但在本发明的其它实施方式中，mimo天线配置可以实施来自所述天线模块中的至少两个天线模块的多于一个的天线振子，并且从所述模块中的每个模块实施的所述天线振子不需要处于所述模块内的相同的位置。因此，在mimo天线配置中，实施了至少两个天线模块(即，实施了至少两个a/d转换器)。

因此，上述的系统、装置、方法、计算机程序产品等提供了由无线节点来进行天线配置的开环选择，所述无线节点包括针对多种不同的天线配置适配的多个天线振子。所述天线配置的选择是基于由所述无线节点接收到的信号的质量来进行的。在本发明的具体实施方式中，所述无线节点可针对毫米波频带中的通信而工作，并且所述不同的天线配置包括宽覆盖范围天线配置、多输入多输出(mimo)配置以及射束成形(bf)配置中的两种或更多种配置。

本文所述的每个处理器、bs和/或ue通常包括用于实现音频、视频和/或逻辑功能的电路。例如，该处理器/bs/ue可以包括数字信号处理器装置、微处理器装置、各种模数转换器、数模转换器以及其它支持电路。该处理器所驻留的系统的控制和信号处理功能可以根据这些装置的相应能力在这些装置之间进行分配。该处理器/bs/ue还可以包括用于至少部分地基于一个或更多个软件程序的计算机可执行程序代码部分来操作该软件程序的功能，该计算机可执行程序代码部分例如可以存储在存储器中。

每个存储器可以包括任何计算机可读介质。例如，存储器可以包括易失性存储器，例如具有用于临时存储数据的高速缓存区的易失性随机存取存储器(“ram”)。存储器还可以包括可以被嵌入和/或可以移除的非易失性存储器。该非易失性存储器可以另外或另选地包括eeprom、闪速存储器等。该存储器可以存储由信息和数据所驻留的系统使用的任一条或更多条信息和数据，以实现该系统的功能。

参照本文所述的任何实施方式描述的各种特征可应用于本文所述的其它实施方式中的任何其它实施方式。如本文所使用的，术语数据和信息可以互换地使用。尽管上面刚对本发明的许多实施方式进行了描述，但本发明可以按许多不同的形式来具体实施，而不应视为对本文所阐述的实施方式进行限制；相反的是，提供这些实施方式，以使本公开满足可应用的法定需求。而且，应当明白，在可能的情况下，本文所述和/或设想的本发明的实施方式中的任何实施方式的优点、特征、功能、装置和/或可操作方面中的任一者都可以被包括在本文所述和/或设想的本发明的其它实施方式中的任何其它实施方式中，反之亦然。另外，在可能的情况下，除非另外明确地规定，否则本文按单数形式表达的任何术语意指也包括多数形式，反之亦然。如本文所使用的，“至少一个”应当意指“一个或更多个”并且这些短语可互换。因此，即使本文还使用了短语“一个或更多个”或者“至少一个”，术语“一(a)”和/或“一(an)”也应当意指“至少一个”或者“一个或更多个”。贯穿全文，相同的标号指相同的部件。

本领域普通技术人员鉴于本公开而应当清楚，本发明可以包括和/或具体实施为设备(例如，包括系统、机器、装置、计算机程序产品等)、方法(例如，包括计算机实现的处理等)或者前述设备和方法的任何组合。因此，本发明的实施方式可以采取本文可以通称为“系统”的全部软件实施方式(包括固件、驻留软件、微代码、存储的过程等)、全部硬件实施方式或者组合了软件和硬件方面的实施方式的形式。而且，本发明的实施方式可以采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品包括存储有一个或更多个计算机可执行程序代码部分的计算机可读存储介质。如本文所使用的，处理器(其可以包括一个或更多个处理器)可以“被配置成”按多种方式来执行特定的功能，例如，包括使一个或更多个通用电路通过执行在计算机可读介质中具体实施的一个或更多个计算机可执行程序代码部分来执行该特定功能，和/或使一个或更多个专用电路执行该特定功能。

应当明白，可以利用任何合适的计算机可读介质。该计算机可读介质可以包括但不限于，非暂时性计算机可读介质，例如有形的电子、磁、光、电磁、红外和/或半导体的系统、装置和/或其它设备。例如，在一些实施方式中，该非暂时计算机可读介质包括有形的介质，例如便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(“rom”)、可擦除可编程只读存储器(“eprom”或闪速存储器)、光盘只读存储器(“cd-rom”)和/或一些其它的有形光学和/或磁性存储装置。

用于执行本发明的操作的一个或更多个计算机可执行程序代码部分可以包括面向对象编程语言、脚本编程语言和/或非脚本编程语言，举例来说，如java、perl、smalltalk、c++、sas、sql、python、objectivec、javascript等等。在一些实施方式中，用于执行本发明的实施方式的操作的所述一个或更多个计算机可执行程序代码部分采用常规过程化编程语言来编写，例如“c”编程语言和/或类似编程语言。该计算机程序代码可以另选地或另外采用一种或更多种多范式编程语言来编程，举例来说，如f#。

本发明的一些实施方式在本文中是参照设备和/或方法的例示流程图和/或框图来进行描述的。应当明白，这些例示流程图和/或框图中包括的每个框，和/或这些例示流程图和/或框图中包括的框的组合可以通过一个或更多个计算机可执行程序代码部分来实现。所述一个或更多个计算机可执行程序代码部分可以提供给通用计算机、专用计算机和/或某一其它可编程信息处理设备的处理器，以便生成一特定的机器，以使经由该计算机和/或其它可编程信息处理设备的处理器执行的所述一个或更多个计算机可执行程序代码部分创建用于实现由该流程图和/或框图框表示的步骤和/或功能的机制。

所述一个或更多个计算机可执行程序代码部分可以存储在非暂时计算机可读介质(例如，存储器等)中，该计算机可执行程序代码部分可以引导、指令和/或使计算机和/或其它可编程信息处理设备按特定的方式起作用，以使存储在该计算机可读介质中的该计算机可执行程序代码部分生成包括实现在该流程图和/或框图框中指定的步骤和/或功能的指令机制的制造品。

所述一个或更多个计算机可执行程序代码部分还可以加载到计算机和/或其它可编程信息处理设备上，以使在该计算机和/或其它可编程设备上执行一系列可操作步骤。在一些实施方式中，这生成了计算机实现的处理，以使在该计算机和/或其它可编程设备上执行的所述一个或更多个计算机可执行程序代码部分提供了用于实现在该流程图中指定的步骤和/或在该框图框中指定的功能的可操作步骤。另选地，计算机实现的步骤可以与操作员和/或人实现的步骤进行组合和/或替换，以便执行本发明的实施方式。

虽然已经对特定的示例性实施方式进行了描述并且在附图中进行了示出，但要明白的是，因为除了上面段落中阐述的那些以外，各种其它改变、组合、省略、修改以及置换都是可以的，所以这种实施方式仅仅是例示性的，而非针对本宽泛发明的限制，并且本发明不限于所示和描述的具体构造和排布。本领域技术人员应当清楚，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以配置刚描述的实施方式的各种改变例、修改例以及组合例。因此，要明白的是，在所附权利要求的范围内，本发明可以不同于如本文所具体描述地来具体实践。