通信系统中的RF波束形成控制的制作方法

本公开涉及无线通信，并且更具体地涉及经由通信系统的接入点和用户设备所提供的天线波束的无线通信。

背景技术：

通信系统可以被看作是能够实现两个或更多节点(诸如固定或移动通信设备、诸如基站的接入点、服务器、机器类型设备等)之间的通信的设施。通信系统和兼容的通信实体通常根据给定的标准或规范进行操作，该标准或规范规定了与系统相关联的各种实体被允许做什么以及其如何实现。例如，标准、规范和相关协议可以定义通信设备与接入点之间的通信被布置的方式、通信的各个方面被提供的方式以及设备被配置的方式。

信号可以承载在无线载波上。无线系统的示例包括诸如蜂窝网络的公共陆地移动网络(plmn)、基于卫星的通信系统和不同的无线局域网，例如无线局域网(wlan)。无线系统可以被划分为被称为小区的覆盖区域，并且因此无线系统通常被称为蜂窝系统。基站可以提供一个或多个小区，存在各种不同类型的基站和小区。在诸如第三代合作伙伴项目(3gpp)的长期演进(lte)或高级lte(lte-a)的现代无线电通信网络中，使用公共基站(通常称为节点b；nb或增强型节点b；enb)。

用户可以借助于适当的通信设备或终端访问通信系统并且与其他用户通信。用户的通信装置通常被称为用户设备(ue)。通常，通信设备用于实现诸如语音和数据的通信的接收和传输。通信设备设置有用于实现通信的适当的信号接收和传输布置。

为了满足不断增长的容量需求，已经提出了使用毫米波(mmwave)频谱用于无线通信。例如，未来的第5代(5g)无线系统被设想为也在毫米波频谱中操作。毫米波系统被计划为在>30ghz的频段操作。高信号频率可能导致高传播损耗。为了补偿大的传播损耗，在毫米波频谱上操作的系统使用高增益天线。

提供高增益天线的一种可能性是窄波束天线特性的制定。接入点(ap)可以使用有源天线阵列用于与诸如用户设备(ue)的通信设备的通信。有源天线阵列可以动态地形成和引导窄的传输/接收波束并且服务多个ue，并且基于ue特定的波束形成来跟踪它们的位置。有源天线阵列可以在接入点和用户设备处使用以进一步增强波束形成电位(potential)。

毫米波系统预计将使用大的传输带宽，例如在1ghz-2ghz数量级的带宽。因此，用于传输的这种模数转换器(adc)和数模转换器(dac)需要以高的采样频率操作。在毫米波频带操作的转换器的高采样频率可能导致高功耗。高功耗和昂贵的技术可能会限制数字波束形成技术的使用，其中一个adc/dac转换器连接到天线阵列中的每个天线元件。因此，对于天线阵列中的所有天线元件，当前优选的射频(rf)波束形成技术针对每个极化仅使用一个adc用于接收(rx)路径以及一个dac用于传输(tx)路径。

然而，rf波束形成可能需要用于在ap与ue之间对准天线波束的特殊技术。rf波束形成通常包括搜索所有可能的波束方向以标识最佳波束，这与对于数字波束形成来说可能的到达角度估计技术相比可能更耗时。

例如，当毫米波ap和ue波束对准时，以下情况将触发rf波束形成过程以找到新的波束对准：

1)设备旋转：在这种情况下，波束方向是相同的，但是设备旋转导致ue波束不与ap对准。信号电平将降低，并且ap和ue必须启动rf波束形成(波束对准)过程。

2)设备移动：在这种情况下，ap与ue之间的波束对准丢失，这通过信号电平的降低来检测。必须启动两个节点中的rf波束形成(波束对准)过程。

3)波束阻塞：ap与ue之间对准的天线波束被某个移动障碍物(汽车、人类等)阻挡。信号质量突然明显下降，因为毫米波通信主要依靠视线通信。这触发rf波束形成(波束对准)过程以找到新的波束对准，例如以找到波束方向将允许在没有视线传输的情况下通过反射的通信。

在上文讨论的情况下，两个节点(ap和ue)中的信号强度和/或质量都下降。该信号下降在一个或两个节点中触发rf波束形成(波束对准)过程。rf波束形成(波束对准)过程是扫描ap和ue中的rf波束以找到新的波束对准的算法。rf波束形成(波束对准)算法设计的主要问题是搜索时间。搜索正确的波束对准的长的延迟时间可能会导致系统和设备功能发生以下问题：

-由于算法操作而导致的显著的硬件(hw)和软件(sw)资源消耗

-由于rf波束形成(波束对准)所需要的处理时间而导致的数据吞吐量的损失

-当rf波束形成(波束对准)过程在规定时间内不能找到正确的波束时，信号连接的丢失

-在ue启动或当ue达到毫米波ap覆盖范围时，到网络的接入时间的长的延迟时间

-到新的ap的长的切换时间

因此，rf波束形成(波束对准)时间操作的优化是毫米波系统的可靠功能的一个方面。

注意，上文讨论的问题不限于任何特定的通信环境和站装置，而是可以在可以经由天线波束提供通信的任何适当的系统中发生。

技术实现要素：

本发明的实施例旨在解决上述问题中的一个或几个。

根据第一方面，提供了一种用于无线通信的方法，包括：确定与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性；确定与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性；基于与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性和与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性来确定信号相关事件；以及基于信号相关事件来控制天线波束以用于传输和接收第二波束宽度信号。

确定与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性可以包括确定以下中的至少一个：接收信号强度水平；接收信号对噪声水平；往返时间；以及到达角度。

确定与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性可以包括确定以下中的至少一个：接收信号强度水平；接收信号对噪声水平；往返时间；以及到达角度。

基于与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性和与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性来确定信号相关事件可以包括：当与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第一波束宽度信号旋转事件阈值的信号变化并且与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性变化小于第二波束宽度信号旋转事件阈值的信号，确定设备旋转事件。

基于信号相关事件来控制天线波束以用于传输和接收第二波束宽度信号可以包括：控制设备搜索不同的天线波束，其中搜索从邻近当前使用的天线波束方向的天线波束开始；以及控制连接到上述设备的另外的设备保持使用当前使用的天线波束。

该设备可以是旋转设备。

如本文所示的基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束可以是当事件是设备旋转事件的时候。

基于与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性和与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性来确定信号相关事件可以包括：当与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第一波束宽度信号移动事件阈值的信号变化并且与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出小于第二波束宽度信号移动事件阈值的信号变化时，确定设备移动事件。

基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束可以包括：控制设备搜索不同的天线波束，其中搜索从邻近当前使用的天线波束方向的天线波束开始；以及控制连接到该设备的另外的设备搜索不同的天线波束，其中搜索从邻近当前使用的天线波束方向的天线波束开始。

该设备可以是移动设备。

如本文所示的基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束可以是当事件是设备移动事件的时候。

基于与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性和与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性来确定信号相关事件可以包括：当与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第一波束宽度信号阻塞事件阈值的信号变化并且与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第二波束宽度信号阻塞事件阈值的信号变化时，确定信号阻塞事件。

基于信号相关事件来控制天线波束以用于传输和接收第二波束宽度信号可以包括：控制设备搜索不同的天线波束；以及控制连接到该设备的另外的设备搜索不同的天线波束。

该设备可以是被阻塞的设备。

如本文所示的基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束可以是当事件是信号阻塞事件的时候。

根据第二方面，提供了一种用于无线通信的装置，该装置包括至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器，其中至少一个存储器和计算机程序代码被配置为与至少一个处理器一起引起：确定与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性；确定与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性；基于与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性和与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性来确定信号相关事件；以及基于信号相关事件来控制天线波束以用于传输和接收第二波束宽度信号。

确定与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性可以引起装置确定以下中的至少一个：接收信号强度水平；接收信号噪声水平；往返时间；和到达角度。

确定与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性包括可以引起装置确定以下中的至少一个：接收信号强度水平；接收信号噪声水平；往返时间；和到达角度。

基于与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性和与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性来确定信号相关事件可以引起装置执行：当与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第一波束宽度信号旋转事件阈值的信号变化并且与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性变化小于第二波束宽度旋转事件阈值时，确定设备旋转事件。

基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束可以引起装置：控制设备搜索不同的天线波束，其中搜索从邻近当前使用的天线波束方向的天线波束开始；并且控制连接到旋转设备的另外的设备保持使用当前使用的天线波束。

该设备可以是旋转设备。

如本文所示的基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束可以在事件是设备旋转事件的时候被引起。

基于与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性和与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性来确定信号相关事件引起装置执行：当与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第一波束宽度信号移动事件阈值的信号变化并且与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出小于第二波束宽度信号移动事件阈值的信号变化时，确定设备移动事件。

基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束可以引起装置执行：控制设备搜索不同的天线波束，其中搜索从邻近当前使用的天线波束方向的天线波束开始；以及控制连接到该设备的另外的设备搜索不同的天线波束，其中搜索从邻近当前使用的天线波束方向的天线波束开始。

该设备可以是移动设备。

如本文所示的基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束可以在事件是设备移动事件的时候被引起。

基于与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性和与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性来确定信号相关事件可以引起装置执行：当与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第一波束宽度信号阻塞事件阈值的信号变化并且与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第二波束宽度信号阻塞事件阈值的信号变化时，确定信号阻塞事件。

基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束可以引起装置：控制设备搜索不同的天线波束；并且控制连接到该设备的另外的设备，以搜索不同的天线波束。

该设备可能是被阻塞的设备。

如本文所示的基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束可以在事件是信号阻塞事件的时候被引起。

根据第三方面，提供了：第一波束宽度信号特性确定器，被配置为确定与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性；第二波束宽度信号特性确定器，被配置为确定与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性；事件确定器，被配置为基于与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性和与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性来确定信号相关事件；以及波束宽度控制器，被配置为基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束。

第一波束宽度信号特性确定器可以被配置为确定以下中的至少一个：接收信号强度水平；接收信号对噪声水平；往返时间；以及到达角度。

第二波束宽度信号特性确定器可以被配置为确定以下中的至少一个：接收信号强度水平；接收信号对噪声水平；往返时间；以及到达角度。

事件确定器可以被配置为：当与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第一波束宽度信号旋转事件阈值的信号变化并且与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性变化小于第二波束宽度信号旋转事件阈值时，确定设备旋转事件。

波束宽度控制器可以被配置为：控制设备搜索不同的天线波束，其中搜索从邻近当前使用的天线波束方向的天线波束开始；并且控制连接到该设备的另外的设备保持使用当前使用的天线波束。

该设备可以是旋转设备。

波束宽度控制器可以被配置为当事件是设备旋转事件时如本文所示地基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束。

事件确定器可以被配置为当与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第一波束宽度信号移动事件阈值的信号变化并且与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出小于第二波束宽度信号移动事件阈值的信号变化时确定设备移动事件。

波束宽度控制器可以被配置为：控制设备搜索不同的天线波束，其中搜索从邻近当前使用的天线波束方向的天线波束开始；并且控制连接到该设备的另外的设备搜索不同的天线波束，其中搜索从邻近当前使用的天线波束方向的天线波束开始。

该设备可以是移动设备。

波束宽度控制器可以被配置为当事件是设备移动事件时如上所示地基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束。

事件确定器可以被配置为：当与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第一波束宽度信号阻塞事件阈值的信号变化并且与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第二波束宽度信号阻塞事件阈值的信号变化时，确定信号阻塞事件。

波束宽度控制器可以被配置为：控制设备搜索不同的天线波束；并且控制连接到该设备的另外的设备天线波束搜索不同的天线波束。

该设备可以是被阻塞的设备。

波束宽度控制器可以被配置为当事件是信号阻塞事件时如上所示地基于信号相关事件来控制用于传输和接收第二波束宽度信号的天线波束。

第一波束宽度信号特性确定器可以是毫米波长信号特性确定器。

第二波束宽度信号特性确定器可以是厘米波长信号特性确定器。

第一波束宽度信号可以与第二波束宽度信号相比是较窄的波束宽度信号。

第一波束宽度信号可以是窄波束宽度信号。

第二波束宽度信号可以是全向波束宽度信号。

第一波束宽度信号可以是窄波束宽度毫米波长信号。

第二波束宽度信号可以是宽波束宽度厘米波长信号。

一种用于通信系统的设备可以包括根据上述要素的装置。

一种计算机程序，包括被适配为当程序在处理器装置上运行时执行上述方法的代码装置。

还可以提供一种计算机程序，其包括被适配为执行本文中描述的方法的程序代码装置。根据另外的实施例，提供了装置和/或计算机程序产品，其可以在计算机可读介质上实施以用于提供上述方法中的至少一个。

一种网络节点(诸如基站)、一种用于接入系统的控制器或一种用于核心网络的控制器，可以被配置为根据至少一些实施例来操作。还可以提供一种适用于上述操作的通信设备。还可以提供一种实施本发明的装置和原理的通信系统。

应当理解，任何方面的任何特征可以与任何其他方面的任何其他特征组合。

附图说明

现在将参考以下示例和附图仅通过举例的方式更详细地描述实施例，在附图中：

图1示出了根据一些实施例的控制装置的示意图；

图2示出可能的通信设备的示意表示；

图3示出了根据一些实施例的波束形成控制装置的示意图；

图4示出了根据示例的如图3所示的波束形成控制装置的操作的流程图；

图5示出了针对用户设备相对于接入点的旋转的示例波束形成控制；

图6a、6b和6c示出了针对用户设备相对于接入点的旋转的示例模拟波束形成控制；

图7示出了针对用户设备相对于接入点的移动的示例波束形成控制；

图8a和8b示出了针对用户设备相对于接入点的移动的示例模拟波束形成控制；

图9示出了针对用户设备与接入点之间的阻塞的传输路径的示例波束形成控制；以及

图10a、10b和10c示出了针对用户设备与接入点之间的阻塞的传输路径的示例模拟波束形成控制。

具体实施方式

在下文中，参考能够经由无线蜂窝系统进行通信的移动通信设备和服务这样的移动通信设备的移动通信系统来解释某些示例性实施例。在详细解释示例性实施例之前，参考图1至图2简要说明无线通信系统、其接入系统、以及移动通信设备的某些一般原理，以帮助理解所描述的示例的基础技术。

通信系统架构的非限制性示例是由第三代合作伙伴项目(3gpp)标准化的通用移动电信系统(umts)的长期演进(lte)。lte采用被称为演进的通用陆地无线电接入网络(e-utran)的移动架构。接入点由基站提供，基站在这样的系统中被称为演进或增强的节点b(enodeb；enb)，并且可以朝向通信设备提供e-utran特征，诸如用户平面无线电链路控制/媒体访问控制/物理层协议(rlc/mac/phy)和控制平面无线电资源控制(rrc)协议终止。无线电接入系统的其他示例包括基于诸如无线局域网(wlan)和/或wimax(全球微波接入互操作性)的技术的系统的基站所提供的那些无线电接入系统。

可以经由基站或者提供无线电接入系统的接入点的类似的无线传输和/或接收节点来向通信设备10或终端提供无线接入。

每个接入点可以提供指向通信设备10的方向的至少一个天线波束。天线波束可以由接入点的天线阵列的适当元件提供。例如，接入点(ap)与用户设备(ue)之间的接入链路可以由有源天线阵列提供。这样的阵列可以动态地形成和引导窄的传输/接收波束，并且从而服务ue并且跟踪它们的位置。这被称为ue特定的波束形成。有源天线阵列可以在ap和ue两者处使用以进一步增强波束形成电位。每个接入点和/或天线阵列可以提供多于一个波束。

接入点以及因此通过其的通信通常由至少一个适当的控制装置来控制，以实现其操作以及与其通信的移动通信设备的管理。图1示出了用于节点的控制装置的示例，例如以与任何接入点集成、耦合到任何接入点和/或否则用于控制任何接入点。控制装置30可以被布置成提供对于接入点经由天线波束的通信和对于接入点之间的操作(诸如切换)的控制。为此，控制装置包括至少一个存储器31、至少一个数据处理单元32、33和输入/输出接口34。经由接口，控制装置可以耦合到接入点的相关其他部件。控制装置可以被配置成执行适当的软件代码以提供控制功能。应当理解，设置在网络系统中的其他地方的控制装置中(例如，在核心网络实体中)可以设置类似的部件。控制装置可以与其他控制实体互连。控制装置和功能可以分布在若干控制单元之间。在一些实施例中，每个基站可以包括控制装置。在替代实施例中，两个或更多基站可以共享控制装置。

接入点和相关联的控制器可以经由固定线路连接和/或空中接口彼此进行通信。基站节点之间的逻辑连接可以例如由x2接口提供。该接口可以用于协调站的操作。

通信设备或用户设备(ue)10可以包括能够至少接收无线数据通信的任何合适的设备。例如，设备可以是配备有无线电接收器、数据处理和用户接口装置的手持数据处理设备。非限制性示例包括移动站(ms)(诸如移动电话或所谓的“智能电话”)、便携式计算机(诸如设置有无线接口卡或其他无线接口设施的笔记本计算机或平板计算机)、设置有无线通信能力的个人数据助理(pda)、或这些的任何组合等。另外的示例包括可穿戴式无线设备(诸如与手表或智能手表、眼镜、头盔、帽子、服装、具有无线连接的耳机、珠宝等集成的可穿戴式无线设备)、具有无线能力的通用串行总线(usb)棒、调制解调器数据卡、机器类型装置、或这些的任何组合等。

图2示出了可能的通信设备的示意性部分剖视图。更具体地，示出了手持或其他移动通信设备(或用户设备ue)10。移动通信设备设置有无线通信能力和用于实现其操作的适当的电子控制装置。因此，移动设备10被示出为设置有至少一个数据处理实体26(例如，中央处理单元和/或核心处理器)、至少一个存储器28和其他可能的部件，诸如用于在其被设计为执行的任务的软件和硬件辅助的执行时使用的附加处理器25和存储器29。数据处理、存储和其他相关控制装置可以设置在适当的电路板27和/或芯片组中。由移动设备的控制装置所提供的数据处理和存储功能被配置为引起根据本发明的某些实施例的控制和信令操作，如本说明书中稍后描述的。用户可以借助于适当的用户接口来控制移动设备的操作，诸如触敏显示屏或键盘24和/或小键盘、一个或多个致动按钮22、语音命令、这些的组合等。通常还设置有扬声器和麦克风。此外，移动通信设备可以包括到其他设备的和/或用于将外部附件(例如，免提设备)连接到其的适当的连接器(有线或无线)。

移动设备可以经由用于接收和传输信号的适当装置来无线地通信。图2示意性地示出了连接到设备的控制装置的无线电块23。无线电块可以包括无线电部分和相关联的天线布置。天线布置可以布置在移动设备的内部或外部。天线布置可以包括能够进行波束形成操作的元件。

给出了关于毫米波接入点(ap)与用户设备(ue)(通信设备)之间的通信的以下示例。毫米波无线电波传播的特性是障碍物的高水平衰减和大的衍射损耗。这可能表示可能存在于典型使用环境中的诸如树木、汽车、人类和其他障碍物的障碍物可能导致无线电波的相当大的衰减。衰减可以比20db大很多倍。由于在大的天线阵列的情况下天线波束宽度可能相对较窄这一事实，这种效果更加严重。这可能导致ap与ue之间的完全的无线电链路故障。在障碍物造成的信号阻塞的情况下，波束形成过程需要找到用于ap与ue之间的通信的不同的波束对。例如，天线波束可以被重定向，使得当视线(los)路径被阻挡时，信号传输被无线电波的反射所保持。否则将执行到邻居ap的切换过程。类似地，信号丢失和天线波束宽度控制被保持，以用于ap与ue之间的相对移动或旋转。

可能触发rf波束形成(波束对准)算法以找到新波束对准的所列的上述情况可以由设备或系统来检测。此外，如本文中在一些实施例中讨论的，ap/ue可以被配置为检测特定情况(旋转/移动/阻塞)，以便允许实现或采用与确定的情况相适应的特殊的rf波束形成(波束对准)过程。这些特定的或特殊的rf波束形成过程可以减少用于新波束对准的搜索时间。

在以下实施例中，在ue或ap中的至少一个中实现的无线电块使得所实现的毫米波系统被配置为与厘米波(cmwave)系统协作。以这种方式，厘米波系统可以提供如下覆盖范围：其中的毫米波系统覆盖范围较弱，并且由于障碍物和诸如汽车、树木和甚至人类的不同的阻塞而容易发生信号下降。

在一些实施例中，毫米波和厘米波协作或系统集成可以以如下方式实现：

1)双重连接

在该示例中，厘米波系统用作控制平面，并且毫米波信号仅用于数据平面。当ue处于毫米波bs覆盖范围内时，毫米波系统用于提高吞吐量。厘米波系统用于发信号通知，并且增强诸如小区搜索和波束对准的一些毫米波过程。

2)系统之间的有限协作

在该示例中，系统厘米波和毫米波两者都具有控制和数据平面。然而，两个系统之间的集成存在，使得例如通常在厘米波系统上发送的一些信令信息可以针对毫米波系统上的传输，或者来自毫米波系统的一些信令信息被传送到厘米波系统。

以下用于波束形成控制的示例对于两种类型的集成都可以被采用。

在下文中提出的概念中，通过分析宽波束宽度厘米波信号特性来执行ue旋转、ue移动和波束阻塞的“情况”确定或检测，上述信号特性可以被传送到或用作到毫米波波束对准算法的输入(以及窄波束宽度毫米波信号特性的分析)。波束对准算法或波束形成控制可以触发适当的波束搜索过程。然后，该算法可以实现适合于所确定的情况的波束搜索过程，这减少了波束对准时间并且改善了总体关键性能指标，诸如吞吐量、小区搜索时间等。

关于图3，示出了根据一些实施例的示例波束宽度控制器或者波束对准系统或装置。在一些实施例中，波束宽度控制器包括rf信号输入101。rf信号输入101可以被配置为从天线或波束接收毫米波形(毫米波)和厘米波(cmwave)系统输入信号。毫米波和厘米波输入信号可以分别被传递给毫米波特性确定器103和厘米波特性确定器105。

在一些实施例中，rf信号输入101可以被配置为从天线接收来自模数转换器的原始信号，并且处理输入信号以生成厘米波和毫米波输入信号。因此，例如在一些实施例中，rf信号输入101被配置为针对一系列窄宽度波束生成合适的毫米波输入信号。

在一些实施例中，波束宽度控制器或波束对准系统还包括第一波束宽度信号特征确定器或毫米波特性确定器103。毫米波特性确定器103可以被配置为从rf信号输入101接收第一波束宽度(或毫米波)输入信号并且基于窄波束宽度毫米波输入信号来确定或生成性能特性。例如在一些实施例中，性能特性是信噪比(snr)或其他合适的性能特性。诸如snr的性能特性可以被输出到基于信号的事件确定器107。

在一些实施例中，波束宽度控制器或波束对准系统还包括第二波束宽度信号特性确定器或厘米波特性确定器105。厘米波特性确定器105可以被配置为从rf信号输入101接收第二波束宽度(或厘米波)输入信号并且基于宽波束宽度厘米波输入信号来确定或生成性能特性。例如在一些实施例中，性能特性也是信噪比(snr)或其他合适的性能特性。诸如snr的性能特性可以被输出到基于信号的事件确定器107。

此外，在一些实施例中，波束宽度控制器或波束对准系统还包括事件确定器107(或基于信号的事件确定器107)。事件确定器107可以被配置为从毫米波和厘米波特性确定器接收性能特性，并且确定是否存在需要搜索新波束或控制当前波束的基于信号的事件。这样的事件的示例是设备旋转、设备移动和设备传输路径阻塞。事件确定器107的输出可以例如是被配置为向波束对准控制器109指示检测到的事件的类型的指示符。

波束宽度控制器或波束对准系统还可以包括波束对准控制器109。波束对准控制器109可以被配置为基于从事件确定器107接收的输入来控制或选择用于毫米波系统的波束。此外，在一些实施例中，波束对准控制器109可以接收毫米波信号输入，作为用于基于所确定的基于信号的事件来控制或选择合适的波束的另外的输入。事件和波束控制的示例在下文的部分中提供。

关于图4，进一步详细地示出了图3所示的波束宽度控制器的操作。

波束宽度控制器并且特别地是rf信号输入101可以被配置为从毫米波和厘米波系统(诸如天线或模数转换器或混频器)接收rf信号。

接收rf信号的操作在图4中由步骤201示出。

波束宽度控制器并且特别地是毫米波特性确定器103和厘米波特性确定器105因此可以被配置为确定毫米波信号和厘米波信号的性能特性(例如，信噪比)。

确定性能特性的操作在图4中由步骤203示出。

波束宽度控制器并且在一些实施例中的事件确定器107可以处理所确定的特性以确定是否已经达到基于信号的事件或触发事件。

基于所确定的特性来确定基于信号的事件是否已经发生以触发特定波束天线搜索的操作在图4中由步骤205示出。

波束宽度控制器并且在一些实施例中的波束对准控制器109因此可以被配置为基于所确定的事件(以及毫米波输入信号和/或信号特性)来控制毫米波波束。例如，通过基于所确定的情况来执行特定的控制算法。

基于所确定的事件来控制毫米波波束系统的操作在图4中由步骤207示出。

关于图5，示出了示例旋转事件。图5示出了具有宽波束宽度厘米波bs天线方向图331的ap30。宽波束宽度厘米波bs天线方向图331是由在ap30周围的虚线圆圈示出的全向方向图。ap30还被示出为具有多个毫米波bs天线波束方向图333。毫米波bs天线波束方向图333被示出为窄宽度有向方向图，其中在图5中明确地标记了bs_a_1、bs_a_2、bs_a_3、bs_a_4和bs_a_n。

图5还示出了具有宽宽度厘米波ue天线方向图311的ue10。宽波束宽度厘米波bs天线方向图311是由在ue10周围的虚线圆圈示出的全向方向图。此外，ue10还被示出为具有多个毫米波ue天线波束方向图313。毫米波bs天线波束模式313被示出为窄波束宽度有向方向图，其中在图5中明确地标记了ue_a_1、ue_a_2、ue_a_3、ue_a_4、ue_a_5和ue_a_n。

设备旋转315(基于信号的)事件可以被表示为当波束方向相同但是设备旋转导致毫米波“活动”波束或当前正在使用的毫米波波束与ap30不对准的时候。在该事件或情况下，毫米波信号电平下降，但是厘米波信号电平稳定，因为厘米波正在使用全向天线并且设备旋转不会导致明显的信号下降(但是实际上最终可能会观察到一些信号波动)。

因此，事件确定器107通过确定厘米波信号电平基本上稳定(或者变化小于所确定的旋转事件阈值)但是毫米波信号电平正在下降来确定设备正在旋转。换言之，事件确定器107可以被配置为：当与接收的第一波束宽度信号相关联的至少一个性能特性示出大于第一波束宽度信号旋转事件阈值的信号变化并且与接收的第二波束宽度信号相关联的至少一个性能特性变化小于第二波束宽度信号旋转事件阈值时，确定旋转事件。

此外，事件确定器107可以控制波束对准控制器，使得毫米波rf波束形成(波束对准)将不开始新的波束方向发现，而是通过仅改变ue中的天线波束的索引以保持相同的波束方向来保持ap和ue两者中的当前波束方向。换言之，波束宽度控制器被配置为控制旋转设备天线波束以从邻近当前使用的天线波束方向的天线波束开始搜索不同的天线波束。在一些实施例中，波束宽度控制器被配置为控制连接到旋转设备的设备保持使用当前使用的天线波束。

例如，在图5所示的示例中，毫米波波束bs_a_1和ue_a_3对准。当ue10或通信设备如图所示开始旋转315时，ue_a_3波束也在旋转，并且将不与bs_a_1波束对准。ap30和ue10中的毫米波波束对准算法将被触发以搜索新的波束对准。然而，可以看到，在ue旋转的情况下，波束方向没有改变，所以ue波束方向和ap波束方向应该保持相同，并且当ue正在旋转时，仅ue的波束索引应该改变。

换言之，ue旋转的检测可以通过分析由全向(或宽天线)方向图发送和接收的厘米波信号的导频来执行。在ue旋转的情况下，厘米波信号是稳定的，因此该信息应该被发送到设备的毫米波部分，并且ap应保持相同的天线波束索引，并且ue波束对准算法应该相应地改变ue波束索引以保持相同的波束方向。

基于图6a、6b和6c来模拟设备旋转的效果。设备旋转模拟使用光线跟踪工具(winpropver.13)来进行，以示出使用窄波束宽度天线的毫米波信号和使用全向天线的厘米波信号的设备旋转的效果。主要的模拟假设是：

-厘米波频率：2ghz

-毫米波频率：73.5ghz

-bts厘米波天线：全向，0dbi增益，5m高度

-bts毫米波天线：天线阵列4×4，半功率波束宽度25deg，12dbi增益，5米高

-ue天线：全向。0dbi增益，1.5m高

-基站发射功率：20dbm

-传播模型：具有用于交互的fresnel/utd(gtd)模型的标准光线跟踪

-材料类型：建筑物-混凝土，地面-沥青

在毫米波的模拟中，天线阵列仅在基站(tx)中使用，因为在winprop中无法在rx中使用定向天线。因此，接收设备模拟全向天线。换言之，由于设备旋转导致的毫米波系统中的信号损失要大得多，因为ue与ap之间的波束未对准可能更严重。

图6a、6b和6c给出了针对毫米波信号的设备旋转效果的仿真的布局。由于模拟软件不允许在ue中使用定向天线，所以在ap天线波束与ue的对准中模拟了旋转效果。模拟的未对准约为7度。

因此，例如，图6a在平面图中示出了对准的毫米波系统的ue10和ap30，换言之，ap毫米波天线波束401与ue10对准。而图6b在平面图中示出了旋转或未对准的毫米波系统的ue10和ap30，换言之，ap毫米波天线波束403相对于图6a所示的对准的天线波束401旋转(大约7度)。此外，图6c示出了相对于ue10和ap30的厘米波信号波束405。

下面列出了ue处的厘米波和毫米波信号的接收(rx)功率的模拟结果。

从这些模拟结果可以看出，设备旋转导致毫米波信号中的信号下降，但是同时厘米波的信号强度是相同的(实际上由于非完美的全向厘米波天线，可以看到一些小的波动)。

关于图7，示出了示例移动事件。图7示出了具有宽波束宽度厘米波bs天线方向图331的ap30。宽波束宽度厘米波bs天线方向图331是由在ap30周围的虚线圆圈示出的全向方向图。ap30还被示出为具有多个毫米波bs天线波束方向图333。毫米波bs天线波束方向图333被示出为窄波束宽度有向方向图，其中在图7中明确地标记了bs_a_1、bs_a_2、bs_a_3、bs_a_4和bs_a_n。

图7还示出了具有宽波束宽度厘米波ue天线方向图311的ue10。宽波束宽度厘米波bs天线方向图311是由在ue10周围的虚线圆圈示出的全向方向图。此外，ue10还被示出为具有多个毫米波ue天线波束方向图313。毫米波bs天线波束方向图313被示出为窄波束宽度有向方向图，其中在图7中明确地标记了ue_a_1、ue_a_2、ue_a_3、ue_a_4、ue_a_5和ue_a_n。

在这种情况下，设备移动515(基于信号的)事件可以被表示为当设备改变其位置并且当前波束对准不是最佳时。当确定这样的事件时，ap30和ue10中的毫米波波束对准算法可以被触发以搜索新的波束对准。例如在一些实施例中，波束对准算法(波束对准控制器109)可以被配置为选择或搜索与当前波束相邻的波束，以便获得可接受的性能水平。因此，当事件确定器107确定ue移动时，毫米波波束对准算法可以开始在两个设备中都扫描相邻波束。事件确定器107可以通过分析由于传播路径改变而将在ue移动中开始波动的厘米波信号强度来确定设备移动事件。这些变化可以小于所确定的移动事件阈值。在一些实施例中，这些变化可以大于所确定的旋转事件阈值，但是小于阻塞的天线波束事件阈值。

换言之，在一些实施例中，事件确定器107被配置为：当与接收的第一波束宽度信号(毫米波信号)相关联的至少一个性能特性示出大于第一波束宽度信号移动事件的信号变化并且与接收的第二波束宽度信号(厘米波信号)相关联的至少一个性能特性示出小于第二波束宽度信号移动事件阈值的信号变化时，确定设备移动事件。

因此，例如在图7中，初始波束是bs_a_1和ue_a_3。在如图7所示的设备移动515的情况下，初始波束将失去对准。然而，ue移动可以通过观察厘米波导频信号的变化来确定。当检测到ue移动时，ap和ue中的毫米波算法将从相邻波束开始波束搜索，例如在ue中：ue_a_1、ue_a_2、ue_a_4、ue_a_5中。换言之，波束宽度控制器109可以被配置为控制移动设备天线波束以搜索不同的天线波束，其中搜索从邻近当前使用的天线波束方向的天线波束开始。在一些实施例中，波束宽度控制器109可以被配置为进一步控制连接到该移动设备天线波束的设备以搜索不同的天线波束，其中搜索从邻近当前使用的天线波束方向的天线波束开始。

针对毫米波信号的设备移动事件的模拟在图8a中示出，针对厘米波信号的设备移动事件的模拟在图8b中示出。设备移动被模拟为彼此间隔约1.5m的5个ue位置，其中第一位置101和第五位置105被明确地标记。图8a因此示出了ap30和毫米波波束方向601和ue位置101、......、105。图8b示出了ap30和厘米波波束全方向603和ue位置101、......、105。

这里显示了设备移动情况下的厘米波和毫米波信号的模拟rx功率。

从该模拟可以看出，当ue移动时，毫米波信号正在显著地减小，因为天线波束朝向相同的方向。厘米波信号还示出由于不同传播效果(如来自不同物体的反射、不同的衍射角等)而导致的接收功率的几个db的波动。

关于图9，示出了示例阻挡波束或波束阻塞事件。图9示出了具有宽波束宽度厘米波bs天线方向图331的ap30。宽波束宽度厘米波bs天线方向图331是由在ap30周围的虚线圆圈示出的全向方向图。ap30还被示出为具有多个毫米波bs天线波束方向图333。毫米波bs天线波束方向图333被示出为窄波束宽度有向方向图，其中在图7中明确地标记了bs_a_1、bs_a_2、bs_a_3、bs_a_4和bs_a_n。

图9还示出了具有宽波束宽度厘米波ue天线方向图311的ue10。宽波束宽度厘米波bs天线方向图311是由在ue10周围的虚线圆圈示出的全向方向图。此外，ue10还被示出为具有多个毫米波ue天线波束方向图313。毫米波bs天线波束方向图313被示出为窄波束宽度有向方向图，其中在图9中明确地标记了ue_a_1、ue_a_2、ue_a_3、ue_a_4、ue_a_5和ue_a_n。此外，图9示出了毫米波信号阻塞(被示出为卡车)715和毫米波间接路径反射面(被示出为建筑物)717。

在这种情况下，信号阻塞715(基于信号的)事件可以被表示为当毫米波波束被某个阻塞阻挡的时候。在这种时间或情况下，毫米波信号被下降，并且事件确定器107可以触发毫米波波束对准算法。因此，在这样的实施例中，事件确定器(107)可以被配置为：当与接收的第一波束宽度信号(毫米波信号)相关联的至少一个性能特性示出大于第一波束宽度信号阻塞事件阈值的信号变化并且与接收的第二波束宽度信号(厘米波信号)相关联的至少一个性能特性示出大于第二波束宽度信号阻塞事件阈值的信号变化时，确定信号阻塞事件。此外，在这样的实施例中，波束宽度控制器109可以被配置为控制阻塞的设备天线波束以搜索不同的天线波束。在这些实施例中，波束宽度控制器109还可以被配置为控制连接到被阻塞的设备天线波束的设备以搜索不同的天线波束。

在这种情况下，当视线(los)被遮挡时，通信只能通过反射通过毫米波传播来保持。此外，毫米波传输损耗需要非常少量的反射，以便保持短的路径长度，并且因此在大多数情况下，波的一个反射保持合理的信号强度。因此，确定了信号阻塞，实现毫米波算法的波束对准控制器应当使用全范围的可能的波束来搜索新波束以进行对准(因为不可能预测从ap到ue的最佳的新路径)。

此外，事件确定器107可以被配置为通过分析厘米波信号来确定信号或波束阻塞。在这种情况下，由于ap和ue天线的宽的特性，厘米波信号也将下降到一定程度(尽管通常在两个设备之间通信仍然是可能的)。此外，厘米波信号下降通常大于设备移动事件信号下降。因此，在一些实施例中，事件确定器107被配置有实现移动设备与被阻塞的天线波束或被阻塞的波束信号事件之间的确定的阈值下降水平。

在图9的示例中，波束bs_a_1和ue_a_3之间的初始毫米波通信被卡车阻挡。在厘米波信号中，这种阻塞的特征在于信号水平的显著降低，因为视线被阻挡。确定了毫米波通信信号已经明显下降(换言之，毫米波信号已经下降超过预定值或阈值)，并且厘米波通信信号也显著下降(换言之，厘米波信号已经下降超过预定值或阈值)，则被传递到波束对准控制器109的指示符可以触发ap和ue中的毫米波束对准算法，这导致对新的波束对准的全面搜索。

基于图10a、10b和10c来模拟波束阻塞的效果。毫米波信号的波束阻塞模拟计划在图10a和10b中示出，并且厘米波信号的波束阻塞模拟计划在图10c中示出。模拟对于两个ue位置并且在具有和没有阻塞的情况下进行(阻塞对象由金属组成，尺寸类似于卡车)。因此，例如，图10a在平面图中示出了第一ue101和第二ue102以及ap30。此外，在图10a中示出了位于第一ue101与ap30之间的第一阻塞要素(卡车)8511和位于第二ue102与ap30之间的第二阻塞要素8512。图10a所示的示例示出了对准的毫米波系统，其中ap毫米波天线波束801与第二ue102对准。而图10b示出了第一ue101和第二ue102以及ap30、位于第一ue101与ap30之间的第一阻塞要素(卡车)8511、以及位于第二ue102与ap30之间的第二阻塞要素8512。图10b所示的示例示出了对准的毫米波系统，其中ap毫米波天线波束803与第一ue101对准。图10c示出第一ue101和第二ue102和ap30。此外，在图10a中示出了位于第一ue101与ap30之间的第一阻塞要素(卡车)8511、以及位于第二ue102与ap30之间的第二阻塞要素8512。图10c所示的示例示出了关于第一和第二ue和ap30的厘米波信号波束805。

以下给出关于第二ue102的仿真结果

以下给出关于第一ue101的仿真结果

在两个ue中，当阻塞位于ue与ap之间的视线上时，对于厘米波和毫米波信号都存在显著的信号下降。

如仿真所示，为了确定诸如设备旋转、设备移动和波束阻塞的事件，分析厘米波和毫米波信号，因为仅对于毫米波信号强度的分析不够好，因为在所有情况下，毫米波信号强度显著降低。

这个想法需要双重连接架构的标准化以及厘米波和毫米波系统之间的有限协作的标准化。厘米波系统的控制层需要进行标准化，其应当向毫米波控制层交换关于设备旋转、移动或波束阻塞检测的信息。

这个想法针对bts和ue侧。在bts中，这个想法可以在基站的毫米波和厘米波部分具有相同位置时被实现。在ue侧，系统的两部分都被实现，因此这适用于厘米波和毫米波技术的所有类型的计划类型的5g集成。

本文中没有讨论波束对准算法的类型，因为用于控制波束对准的算法主要是专有解决方案和已知方法。

在一些实施例中，可以采用厘米波信道及其导频位作为被分析的厘米波信号输入。

虽然本文所示和描述的性能特性是信号强度或信噪比值中的一个，但是应当理解，可以存在其他特性，诸如例如：

-rtt——往返时间：用于识别los是否被阻塞

-aoa——到达角度：用于识别所有被提及的类型的事件

所需要的数据处理装置以及网络元件(诸如基站装置和其他接入点和控制器元件、通信设备、核心网络元件和任何其他适当的装置)的功能可以借助于一个或多个数据处理器来提供。在每个端部的所描述的功能可以由单独的处理器或集成处理器提供。数据处理器可以是适合于本地技术环境的任何类型，并且作为非限制性示例，可以包括以下中的一个或多个：通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、门级电路和基于多核处理器架构的处理器。数据处理可以分布在若干数据处理模块上。数据处理器可以借助于例如至少一个芯片来提供。也可以在相关设备中提供适当的存储容量。存储器可以是适合于本地技术环境的任何类型，并且可以使用任何合适的数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储器设备、磁存储器设备和系统、光学存储器设备和系统、固定存储器和可移动存储器。

通常，各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合来实现。本发明的一些方面可以以硬件实现，而其他方面可以由固件或软件来实现，固件或软件可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行，但是本发明不限于此。尽管本发明的各个方面图示和可以被描述为框图、流程图或使用某些其他图形表示，但是可以理解，作为非限制性示例，本文中描述的这些块、装置、系统、技术或方法可以以硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备、或其某些组合来实现。软件可以存储在物理介质(诸如存储器芯片、或在处理器内实现的存储器块)、磁性介质(诸如硬盘或软盘)、以及光学介质(诸如例如dvd及其数据变体、cd)上。

前面的描述已经通过示例性和非限制性示例的方式提供了本发明的示例性实施例的完整和翔实的描述。然而，鉴于前面的描述，当结合附图和所附权利要求书阅读时，各种修改和适配对于相关领域的技术人员来说可以变得显而易见。然而，本发明的教导的所有这样的和类似的修改仍将落在如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内。实际上，存在另外的实施例，其包括先前讨论的其他实施例中的一个或多个的组合。