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CN111712970B - 用于快速波束搜索的相控阵天线系统 - Google Patents

用于快速波束搜索的相控阵天线系统 Download PDF

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CN111712970B CN201980013370.XA CN201980013370A CN111712970B CN 111712970 B CN111712970 B CN 111712970B CN 201980013370 A CN201980013370 A CN 201980013370A CN 111712970 B CN111712970 B CN 111712970B
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Abstract

本发明涉及波束搜索技术。波束搜索包括：形成天线单元组，天线单元组能够形成全向辐射方向图，解码发射器所发射的训练波束，获得其中具有最强信号强度的波束的信号强度，进一步执行对分搜索操作并获得其中具有最强信号强度的波束的信号强度，最终得到单个单元，开启单个单元所隶属的相控阵天线中所有天线单元以实现与波束对齐。其中，天线单元组包括来自多个相控阵天线中的每个相控阵天线的一个天线单元。

Description

用于快速波束搜索的相控阵天线系统
本申请要求2018年2月14日递交的发明名称为“Phased Array Antenna Systemfor Fast Beam Searching”的第15/896,993号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文。
技术领域
本发明大体涉及波束搜索，尤其涉及在采用来自多个相控阵天线的单天线振子组合的多个相控阵天线中进行的波束搜索。
背景技术
随着对移动宽带通信容量的需求逐年急剧增大，无线通信系统处理移动流量的能力不断增强。在第五代(fifth generation，5G)技术等下一代系统中，数据速率可能达到数千兆比特每秒的毫米波(millimeter-wave，mm-wave)通信等先进通信是增大整体容量和传输速率的候选技术。对于基站(base station，BS)和移动台(mobile station，MS)而言，高度定向波束赋形天线在补偿mm-wave频段的高衰减率和扩展其传输范围方面必不可少。然而，在采用mm-wave通信时，找到促进快速波束搜索与对齐的流程变得日益重要。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种波束搜索方法。所述方法包括：由天线振子组形成全向辐射方向图，其中，所述天线振子组包括来自一个或多个相控阵天线中的每个相控阵天线的一个天线振子；在检测到来自发射器的波束之后，根据所述组中的各天线振子的组合信号强度搜索所述组中的一个天线振子；将包含所述一个天线振子的相控阵天线与所述波束对齐。
可选地，在上述方面，所述搜索基于对分搜索操作。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，所述对分搜索操作包括：记录所述天线振子组的第一信号强度；将所述天线振子组划分为两个天线振子集合；比较所述第一信号强度与第二信号强度，以从所述两个集合中确定一个集合，其中，所述确定的集合包括一个振子天线。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，所述对分搜索操作还包括：当所述信号强度相等时，选用所述两个集合中的第一集合；当所述第二信号强度低于所述第一信号强度时，选用所述两个集合中的第二集合；当所述天线振子中的其中一个仍然位于第一集合或第二集合中时，将包含所述一个天线振子的所述相控阵天线与所述波束对齐。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，所述第一集合包括所述一个或多个相控阵天线的一半数量的天线振子，所述第二集合包括所述一个或多个相控阵天线的剩余一半数量的天线振子。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，所述方法还包括：发起搜索操作以寻找可用的发射器和通信信道，并发起同步操作以与所述发射器同步；从一个或多个相控阵列中的每个相控阵列选择一个振子天线。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，所述方法还包括：在所述两个大小相等的集合中搜索所述一个天线振子之后，将包括所述一个天线振子的所述相控阵列中的每个天线振子激活。
可选地，在上述方面及其实施方式中的任一项，所述一个或多个相控阵天线的搜索时间为log2(N)，其中，N为所述一个或多个相控阵天线的数量。
根据本发明的另一方面，提供一种波束搜索设备。所述设备包括：由天线振子组形成全向辐射方向图的一个或多个相控阵天线，其中，所述天线振子组包括来自所述一个或多个相控阵天线中的每个相控阵天线的一个天线振子；以及控制器，控制所述一个或多个相控阵天线执行：在检测到来自发射器的波束之后，根据所述组中的组合信号强度搜索所述组中的一个天线振子；将包含所述一个天线振子的相控阵天线与所述波束对齐。
根据本发明的一方面，提供一种非瞬时性计算机可读介质。所述计算机可读介质存储用于波束搜索的计算机指令；当所述指令由一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行以下步骤：由天线振子组形成全向辐射方向图，其中，所述天线振子组包括来自一个或多个相控阵天线中的每个相控阵天线的一个天线振子；在检测到来自发射器的波束之后，根据所述组中的各天线振子的组合信号强度搜索所述组中的一个天线振子；将包含所述一个天线振子的相控阵天线与所述波束对齐。
该发明内容中简要介绍了一些概念，这些概念将在下文具体实施方式中进一步阐述。该发明内容的目的不在于识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不用于辅助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中提及的任意或所有缺陷的实施方式。
附图说明
本发明的各方面通过示例进行说明，并且不受附图的限制。其中，相同的图例编号指示相同的元素。
图1示出了用于数据通信的无线网络；
图2示出了根据一示例性实施例的具有发射波束和接收波束的基站；
图3示出了根据图2的物理信道以及所述物理信道上的信号传输；
图4示出了通信设备的示例性示图；
图5A和图5B示出了基站和用户设备间的波束获取与追踪的过程；
图6A和图6B示出了具有全向和定向天线的示例性用户设备；
图7A和图7B示出了图6A和图6B中的设备的示例性辐射方向图和上升平面图；
图8A和图8B示出了图6A和图6B中的设备的示例性辐射方向图和上升平面图；
图9示出了根据公开实施例的采用对分搜索进行波速搜索的流程图；
图10A示出了可以实现根据本发明的方法及内容的示例性用户设备；
图10B示出了可以实现根据本发明的方法及内容的示例性基站。
图11显示可用于实施各种实施例的网络系统的方框图。
具体实施方式
本发明涉及采用来自多个相控阵天线的单振子天线组合形成全向辐射方向图以进行波束搜索的技术。术语“全向辐射方向图”通常指非定向天线模式(其增益不限于特定方向)，使得天线在几乎整个(全向的)球面空间中具有可接受增益(并且可以发送和接收信号)。
所公开技术解决使用mm-wave通信系统时快速波束搜索与对齐面临的挑战。为了应对这种挑战，通过合并来自非重叠相控阵天线的天线振子形成全向天线阵列(均匀阵列)。对于非重叠相控阵天线而言，每个相控阵天线覆盖球面空间中特定范围的方位角/仰角。来自一个相控阵天线的天线模式与来自其它阵列的天线模式(基本上)不重叠。天线振子组合用于对来自发射器的最佳波束进行初始搜索，然后进行天线振子的对分搜索，从而识别接收器的相应相控阵天线。采用来自多个阵列天线的单天线振子的全向天线阵列以及进行天线阵列的对分搜索将有助于搜索过程，从而将搜索复杂度从N降至log2(N)，其中，N为接收器的相控阵天线的数量。
应理解，本发明实施例可能以许多不同的形式实现，权利要求的范围不应限于本文中所阐述的实施例。提供这些实施例将使本发明更完整全面，并使本领域技术人员充分理解本发明实施例的概念。事实上，本发明公开旨在覆盖包括在由所附权利要求书限定的本发明公开的精神和范围内的这些实施例的替代物、修改和等同物。另外，在本发明实施例的下述详细描述中，阐述了诸多细节，便于详尽的了解。然而，所属领域的普通技术人员将清楚到，可以在没有这样具体细节的情况下实践本请求保护的主题。
图1示出了用于数据通信的无线网络。通信系统100包括，例如，用户设备110A至110C、无线接入网(radio access network，RAN)120A和120B、核心网130、公共交换电话网络(public switched telephone network，PSTN)140、互联网150、以及其它网络160。其它网络或可替代网络包括企业内部网络等私有和公共数据分组网络。虽然图中示出一定数量的此类部件或元件，所述系统100将包含任意数量的此类部件或元件。
在一实施例中，所述无线网络可以是第五代(fifth generation，5G)网络，包括至少一个5G基站。所述基站使用正交频分复用(orthogonal frequency-divisionmultiplexing，OFDM)和/或非正交频分复用(non-OFDM)以及小于1毫秒(例如100微秒或200微秒)的传输时间间隔(transmission time interval，TTI)与通信设备进行通信。一般而言，基站也可以指演进型基站(evolved eNodeB，eNB)和5G基站(next generation NodeB，gNB)中的任一种。另外，所述网络还可以包括对通过至少一个eNB或gNB从通信设备接收的信息进行处理的网络服务器。
所述系统100能够使多个无线用户发送和接收数据及其它内容。所述系统100可以实现一种或多种信道接入方法，包括但不限于码分多址(code division multipleaccess，CDMA)、时分多址(time division multiple access，TDMA)、频分多址(frequencydivision multiple access，FDMA)、正交频分多址(orthogonal FDMA，OFDMA)或单载波频分多址(single-carrier FDMA，SC-FDMA)。
所述用户设备(UE)110A至110C用于在所述系统100中运行和/或通信。例如，所述用户设备110A至110C用于发送和/或接收无线信号或有线信号。所述用户设备110A至110C中的每个用户设备代表任意合适的终端用户设备，可以包括(或可以称为)以下设备，例如：用户设备/装备(UE)、无线发送/接收单元、移动台、固定或移动用户单元、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、智能手机、膝上型计算机、电脑、触摸板、无线传感器、可穿戴设备，或消费类电子设备。
在所描述的实施例中，RAN 120A和RAN 120B分别包括一个或多个基站170A和170B(统称为基站170)。每个基站170用于与一个或多个UE 110A、UE 110B和UE 110C无线连接，使其接入所述核心网130、所述PSTN 140、所述互联网150和/或所述其它网络160。例如，所述各个基站(BSs)170可以包括一个或多个常见的设备，例如：基站收发信台(basetransceiver station，BTS)、基站(NodeB)、演进型基站(eNB)、下一代(第五代)(5G)NodeB(gNB)、家庭基站(Home NodeB)、家庭演进型基站(Home eNodeB)、基站控制器、接入点(access point，AP)、无线路由器、服务器、路由器、交换机、具有有线或无线网络的其它处理实体。
在一实施例中，所述基站170A构成所述RAN 120A的一部分，而所述RAN 120A可包括其它基站、元件和/或设备。类似地，所述基站170B构成所述RAN 120B的一部分，而所述RAN 120B可包括其它基站、元件和/或设备。运行每个基站170，以在一定的地理区域或范围内发送和/或接收无线信号。该区域或范围有时称为“小区”。在一些实施例中，可使用多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)技术，针对每个小区配置了多个收发机。
所述基站170与一个或多个用户设备110A至110C在无线通信链路上通过一个或多个空口(未示出)进行通信。所述空口可采用任何适合的无线接入技术。
所述系统100可能具有多信道接入功能，包括各种方案。例如，在这些方案中，所述基站170和所述用户设备110A至110C用于实现长期演进(Long Term Evolution，LTE)无线通信标准、进阶长期演进技术(LTE Advanced，LTE-A)和/或多媒体广播多播业务(Multimedia Broadcast Multicast Service，MBMS)。在一些其它实施例中，所述基站170和所述用户设备110A至110C用于实现UMTS、HSPA，或者HSPA+标准和协议。当然，也可以使用其它多接入方案和无线协议。
所述RAN 120A和RAN 120B与所述核心网130通信，为所述用户设备110A至110C提供语音、数据、应用、基于IP的语音传输(Voice over Internet Protocol，VoIP)，或其它服务。应理解，所述RAN 120A和RAN 120B和/或所述核心网130可以与一个或多个其它RAN(未示出)直接或间接通信。所述核心网130可作为其它网络(PSTN 140、互联网150、其它网络160等)的网关接入。此外，所述用户设备110A至110C中的一些或所有设备可包括与不同无线网络在不同无线链路上采用不同的无线技术和/或协议进行通信的功能。
所述RAN 120A和RAN 120也可以包括毫米波和/或微波接入点(APs)。所述AP可以为所述基站170的一部分，或者可以远离所述基站170。所述AP可以包括但不限于连接点(mmW CP)或者具有mmW通信能力的基站170(例如，mmW基站)。所述mmW AP可在24GHz至100GHz等频段内发送和接收信号，但不需要一直在该频段内运行。本文中所使用的术语“基站”意指基站和/或无线接入点。
虽然图1示出了通信系统的一个示例，但仍然可以对图1进行各种改动。例如，在任何合适的配置中，所述通信系统100可包括任意数量的用户设备、基站、网络、或其它部件。还应理解，术语“用户设备”可以指在蜂窝或移动通信系统中与无线网络节点进行通信的任何类型的无线设备。用户设备不限于目标设备、设备到设备(device-to-device，D2D)型用户设备、机器类用户设备、具有机器对机器(machine-to-machine，M2M)通信能力的用户设备、膝上型计算机、PDA、iPad、平板电脑、移动终端、智能手机、膝上型嵌入式设备(laptopembedded equipment，LEE)、计算机附属设备(laptop mounted equipment，LME)、USB数据卡。
图2示出了根据一示例性实施例的具有发射波束和接收波束的基站。所述基站202对作为其服务覆盖范围的一个或多个扇区所组成的小区204进行管理，并通过波束赋形方案形成了多个发送/接收(transmit/receive，Tx/Rx)波束BM1–BM7。所述波束赋形方案包括数字波束赋型(例如，发送(Tx)前快速傅里叶逆变换(pre-Inverse Fast FourierTransform，pre-IFFT)波束赋型/接收(Rx)后快速傅里叶变换(post-Fast FourierTransform，post-FFT)波束赋型)、模拟波束赋形(例如，Tx post-IFFT波束赋形/Rx pre-FFT波束赋形)、或其组合。所述基站202通过同时或依次扫描波束赋形信号来传输所述信号，例如，从波束BM1开始扫描，最后扫描波束BM7。结合图5A和图5B对其进行具体描述。
所述基站202可包括一个或多个天线(未示出)或可与一个或多个天线相关联。所述天线用于发送和/或接收无线通信信号、块、帧、传输流、包、消息和/或数据。在一实施例中，所述天线可包括用于生成一个或多个定向波束的天线阵列，例如通过一个或多个波束赋形链路进行通信。
在一些其它实施例中，所述天线可包括任意其它天线配置、结构和/或一个或多个天线振子、部件、单元、组件和/或阵列的布置。例如，所述天线可包括相控阵天线、单振子天线、多振子天线、波束转换天线集合等。所述天线阵列可包括一个或多个天线振子，所述天线振子可用于建立高度定向天线模式等。例如，所述天线振子可放置于预定义几何形状的阵列如二维阵列中，或者可用于形成一个或多个高度定向天线模式或波束。通过在所述天线振子上设置合适的信号相位和/或通过基带处理来进行波束转向。
在又一实施例中，可使用双极化振子。此处，天线阵列的单振子可包含多极化天线，或通过具有相同天线结构的不同馈线提供双极化辐射场。多个振子可组合形成一个天线阵列。极化天线之间可以完全隔开。例如，两个极化天线可以垂直放置，并与水平极化天线和垂直极化天线相对应。
在一些实施例中，基站202可用于控制所述天线阵列生成一个或多个波束，并将所述波束进行转向使其指向UE 110等一个或多个其它设备。
在一些其它实施例中，所述基站202和所述UE 110可使用mm-wave通信频段为较大的覆盖范围提供无线连接。
(图1中的)用户设备110A至110C等用户设备(UE)位于所述基站202的小区中，用于：在无需支持Rx波束赋形的情况下全向接收信号，在支持每次使用一个波束赋形模式进行Rx波束赋形的情况下接收信号，或者在支持在不同方向上同时使用多个波束赋形模式进行Rx波束赋形的情况下接收信号。
若所述用户设备110A至110C不支持Rx波束赋形，所述用户设备110A至110C将在每个发射波束上采用参考信号(reference signal，RS)测量信道质量，并将测量结果上报至所述基站202。然后，基站202在多个Tx波束中为所述用户设备110A至110C选择最佳波束。若所述用户设备110A至110C用于支持Rx波束赋形，所述用户设备110A至110C将针对每个接收波束方向图，测量从所述基站202接收到的多个Tx波束的信道质量，并将所有Tx-Rx波束对中全部或部分排名靠前的测量结果上报至所述基站202。所述基站202可为所述用户设备110A至110C分配合适的Tx波束。若所述用户设备110A至110C能够从所述基站202中接收多个Tx波束或者支持多个基站Tx-用户设备Rx波束对，所述基站202可以基于通过重复传输或同时传输实现的分集传输来选择波束。
图3示出了根据图2的物理信道以及所述物理信道上的信号传输。当(图1中的)用户设备110A至110C上电或进入小区204(如图2所示)等新的小区时，所述用户设备进行初始小区搜索302。所述初始小区搜索302涉及实现与gNB 202等基站的同步。具体地，所述用户设备实现与gNB的时间同步，并通过从所述gNB 202接收主同步信号(PrimarySynchronization Signal，PSS)和辅同步信号(Secondary Synchronization Signal，SSS)获取小区标识(cell identifier，ID)及其它信息。之后，所述用户设备可通过从所述gNB202接收物理广播信道(Physical Broadcast Channel，PBCH)获取所述小区内广播的信息。在初始小区搜索期间，所述用户设备可通过接收下行参考信号(reference signal，RS)来监测下行(downlink，DL)信道的状态。
在进行初始小区搜索之后，在步骤304中，所述用户设备110A至110C可通过接收物理下行控制信道(Physical Downlink Control Channel，PDCCH)获取详细的系统信息。
若所述用户设备110A至110C初始接入所述gNB 202或者不具有用于向所述gNB202传输信号的无线资源，所述用户设备110A至110C可与所述gNB 202进行随机接入过程306。在所述随机接入过程306中，所述用户设备110A至110C与所述gNB 202进行上行时间同步。
在上述过程完成之后，所述用户设备110A至110C可从所述gNB 202接收PDCCH和/或PDSCH，并将物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel，PUSCH)和/或物理上行控制信道(Physical Uplink Control Channel，PUCCH)发送至所述gNB 202。这就是大致的DL/UL信号传输过程308。具体地，所述用户设备110A至110C在PDCCH上接收下行控制信息(Downlink Control Information，DCI)。所述DCI例如包括所述用户设备110A至110C的资源分配信息等控制信息。
所述用户设备110A至110C在上行(UL)信道传输至所述gNB 202的控制信息或所述用户设备110A至110C在DL信道从所述gNB 202接收的控制信息包括：DL/UL应答/否定应答(Acknowledgment/Negative Acknowledgment，ACK/NACK)信号、信道质量指示(ChannelQuality Indicator，CQI)、预编码矩阵指示(Precoding Matrix Indicator，PMI)、秩指示(Rank Indicator，RI)等。CQI、PMI和RI等所述控制信息可在PUSCH和/或PUCCH上传输。
图4示出了通信设备的示例性示图。所述通信设备包括天线阵列402、放大器403、波束成形器406、收发机414。所述放大器403耦合至所述天线阵列402，所述波束成形器406耦合至所述放大器403。组成所述收发机414的发射器410和接收器412耦合至所述波束成形器406。所述发射器410和所述接收器412还可以耦合至其它部件，例如，进一步处理接收信号或进行处理以生成通过所述天线阵列402在无线通信链路上传输的信号的其它信号处理部件。所述发射器410和所述接收器412还可以耦合至一个或多个输入/输出设备和/或一个或多个存储设备。
所述天线阵列402包括多个天线振子。根据无线设备的类型，所述天线振子可具有多种形式。一般而言，天线振子的大小取决于在媒体接口(空口)待接收和/或待发送的信号的波长。
所述通信设备可以为通信网络设备或用户设备。在一实施例中，部件在通信网络设备和用户设备之间实现，以使基站等所述网络设备和所述用户设备之间进行通信。
每个放大器403耦合至对应的天线振子子单元，其中，每个天线振子子单元可包括所述天线阵列202的一个或多个天线振子。所述放大器可以为用于接收的低噪声放大器以及用于发送的功率放大器。可通过添加可变增益放大器使其与低噪声放大器或功率放大器一同改变所述放大器的增益。在一实施例中，每个放大器403耦合至对应的单天线振子。在一实施例中，每个放大器403耦合至多个天线振子。
在一实施例中，所述波束成形器406由模拟移相器404和控制器405组成。每个模拟移相器404耦合至放大器403进而耦合至天线振子。通过调整相控阵天线内路径间的相对相位差形成波束。控制器根据预定表或实时算法调整每个路径的相对相位(和放大器增益)，从而实现波束转向。所述控制器405可以在硬件、固件、执行软件的一个或多个部件，或其组合中实现。所述发射器410和所述接收器412可以在硬件、固件、执行软件的一个或多个部件，或其组合中实现。所述通信设备不需要同时支持发送和接收功能，因此，在一些实施例中，可能仅提供发射器410或接收器412。在另一实施例中，波束赋形在基带中实现，从每个天线振子接收或发送至每个天线振子的信号在不进行相移的情况下进行放大。对于接收而言，多个信号馈入接收器并在数字域通过相移进行合并。对于发送而言，对相同的基带信号进行不同的相移，使得每个副本通过所述发射器传送到射频前端(例如，放大器和天线)。
根据不同类型的通信设备，示意性通信设备的各个部件的实施可以有所不同。例如，根据所述通信设备是用户设备还是网络设备，可以在所述天线阵列402中实现不同类型的天线振子。天线阵列的数目和设计可以取决于所述天线阵列402的可用物理空间和/或天线振子的运行频率以及无线通信链路的其它特征。通信设备也可能包括多个天线阵列，以在不同的接收和发送频率上或不同的通信链路中进行MIMO和分集操作。例如，在接入网中的网络设备可包括用于网络侧通信链路和接入侧通信链路的不同天线阵列。在不同类型的通信设备中，所述波束成形器406、所述发射器410和所述接收器412中任一个的设计也可以不同。
在运行中，所述发射器410可进行上变频、编码、调制等，所述接收器412可进行包括下变频、解码、解调在内的逆操作。根据具体的实施方式以及所支持的通信功能和协议类型，发射器410和接收器412可进行其它操作而不进行这些示例性操作，或者除了这些示例性操作外还进行其它操作，例如，在基带中进行波束赋形。
在一实施例中，将通过所述天线阵列402传输的输出信号由所述发射器410生成，并提供给所述波束成形器406，其中，所述波束成形器406控制相位控制器404使用的相移。所述波束成形器406也可以对输出信号到所述相位控制器404的分配方面进行处理，但是在其它实施例中分配方面可以单独处理。所述相位控制器404将相移后的发送信号馈入至所述天线阵列202中的天线振子，其中，所述相位控制器404耦合至所述天线阵列202。
在接收方向上，将在所述天线阵列402的天线振子接收的信号提供给所述波束成形器406。所述波束成形器406对所述接收信号进行相移，并将相移后的接收信号合并，以生成由所述接收器412处理的输入信号。
虽然波束转向的一般概念已经在关于用户设备或网络通信设备等通信设备的内容中进行说明，在通信系统中，更通常的情况是，波束转向或波束赋形可以在任意类型的无线发送设备和/或无线接收设备中实现。这样做的目的在于：将通信节点间的波束进行对齐，避免不必要的射频干扰，扫描雷达中的照射波束和感应波束，以及对中射频的波束聚焦，等等。
图5A和图5B示出了基站和用户设备间的波束获取与追踪的过程。如以上示例性实施例中所述的通信系统采用所述基站202的高度定向波束(例如mm-wave通信)BM1至BM5以及所述UE 110的BM6至BM10，并且要求这些波束指向彼此。该过程通常称为波束获取。通过波束获取建立相应设备(例如，所述基站202和所述用户设备110)间的初始波束配置，使这些设备发起通信。在波束赋形通信系统中，发送同步信号PSS/SSS/PBCH以使用不同的波束。在这种情况下，获取PSS/SSS/PBCH指的是从基站获取相应的波束，如上简述。
如图5A所述，基站(例如，gNB 202)可初传定向波束BM1至BM5，这些波束也可标识为扇区，在信号中编码波束标识。在所述gNB 202传输这些波束时，一些波束可以到达所述UE 110，而另一些波束可能被阻挡或由于干扰而转向。例如，波束BM2和BM3在远离所述UE110的方向上转向并由墙壁反射，而BM1由墙壁反射并转向至所述UE 110。对于向所述UE110所在的扇区传播的波束(例如BM1)，所述UE 110接收所述传输的波束BM1。在所述示例中，采用全向波束天线接收所述波束BM1(应理解，全向波束天线作为示例而非限制)。如果UE侧可使用一个以上的波束，每个波束将用于识别来自基站的波束。例如，如图5B所示，针对所述UE 110的各个波束(BM6-BM10)，在最终的波束测量报告完成之前，发射器将扫描所有可用波束(BM1-BM5)。
在一波束获取实施例中，将采用迭代训练方案。在迭代训练过程中，为了训练发射器或接收器，在连续迭代中使用训练序列和反馈。该迭代训练方法的优势在于，发送功率被分配给多个功率放大器并且可以自适应地进行波束转向。也可以使用其它获取技术，包括但不限于穷尽搜索和基于上下文信息(context information，CI)的搜索。
在图5B中，在进行初始信号获取之后，所述gNB 202和所述UE 110间实现了波束对齐(如图中的虚线箭头所示)。然而，由于所述获取过程之后通信设备间的无线信道条件变化及相对运动，初始天线配置可能效果不佳。因此，所述gNB 202和所述UE 110的最佳波束对可以通过根据各种参考信号的接收信号质量不断更新进行改善。该过程称为波束追踪，因为波束搜索空间限于与最近已知最佳波束紧密相关的几个候选波束，因此波束追踪通常比初始波束获取过程更加简单。详情如下文所述。
图6A和图6B示出了具有全向和定向天线的示意性用户设备。结合图5B所述，通信系统采用所述基站202的高度定向波束(例如mm-wave)BM1至BM5以及所述UE 110的BM6至BM10，并且要求这些波束指向彼此。然而，在部署这种系统时，快速波束搜索与获取的能力与更理想的链路预算(也即，涉及通过传输媒介从发射器到接收器的所有增益和损耗)之间存在冲突。快速波束搜索与获取要求更宽的波束宽度(例如，全向天线模式)，而链路预算要求来自相控阵天线(例如，定向天线)的更高波束赋形增益，从而导致波束更窄。
在一实施例中，为了缓解上述类型的冲突，使用具有不同极化的多个相控阵天线。每个阵列的单振子天线用于接收发射器，例如，接入点的基站，发送的波束。与任意一个相控阵天线中的所有天线振子构成的集合相比，所述多个相控阵天线中的每个单振子天线具有更宽的波束宽度。也就是说，利用各个(或者多于一个)天线振子的相控阵天线将导致更窄的波束宽度。然后可将从每个所述多个相控阵天线中选择的单天线振子进行合并(例如，将来自每个相控阵列的所选单天线振子连接形成均匀天线阵列)，从而形成天线连通集。在一实施例中，相控阵天线中的单天线振子可通过随机、预配置或动态的方式进行选择。在一实施例中，所述天线连通集提供较平坦的360度球面(例如，全向或准全向)覆盖。例如，用户设备110可使用辐射偶极天线模式112A和112B的偶极天线和辐射平板天线模式114A和114B的平板天线。
图6A示出了运用相控阵天线的用户设备的俯视图。如图所示，两个偶极天线分别辐射偶极天线模式112A和112B。偶极天线为全向天线的一种，均匀辐射一个平面上所有方向的无线电波功率，其中，辐射功率随着所述平面上方或下方的仰角递减，并在天线轴上降为0。
偶极天线最通俗的称呼为半波长(λ/2)偶极子。物理天线由组合长度约为其预期工作频率时的波长的一半的导电元件构成。所述天线向外朝地平线(与所述天线垂直)辐射能量。
图7A和图7B所示的辐射方向图基于偶极天线产生，而偶极天线由沿着z轴垂直放置的两条细线形成。如图7A所示，所产生的3D辐射方向图看似甜甜圈或圈饼，其中，天线位于洞中并向外辐射能量。沿与x-y轴平面的天线垂直的方向向外辐射的能量最强。
如图7B所示，通过正交平面(x-z轴平面或y-z轴平面)切割3D辐射方向图形成上升平面辐射方向图。从所述上升平面辐射方向图来看，偶极天线具有78度的上升平面波束宽度，由辐射方向图的两条实线(在Phi＝90和Phi＝270处结束)表示。这些示出的线条处的增益在峰值的基础上下降了3–dB。所述上升平面波束宽度为曲线上两个3–dB点的总角宽度。
在上述示例中，半波偶极子的增益约为2.2dBi。上升平面的地平线以及方位平面的各处的值为2.2dBi。需要说明的是，方位平面图是一个在所有角度上经过增益值2.2dBi所对应的各处的圆圈。这些值为理论上半波偶极子的3–dB对应的波束宽度和增益。
现参考图6B，其示出了运用相控阵天线的用户设备的侧视图。如图所示，平板天线分别辐射平板天线模式114A和114B。平板天线为定向天线的一种，通过在特定方向辐射能量以用于覆盖以及点对点链接。图8A和图8B所示的辐射方向图基于平板天线产生。
应理解，平板天线为位于接地层上方的单个矩形(或圆形)导电板。单个贴片的辐射方向图具有适中波束宽度的单个主瓣，且浅零点指向天线的上下，如图8A所示。方位平面和上升平面中的波束宽度通常是类似的，从而产生圆波束。然而，可以根据需要通过控制波束宽度制作具有更高或更低增益的天线。由单个贴片制造的天线的最大增益约为9dBi或略小于9dBi。设计出图6B中的具有更高增益的平板天线而非对称平面图。相应地，增益约为8.8dBi，且方位平面波束宽度为70度以及上升平面波束宽度为57度，如图8B所示。以更小的增益为代价可以增大波束宽度。例如，增益为5dBi的平板天线较好地平衡了波束宽度和增益。
平板天线也可以具有使用多个天线振子的贴片阵列天线的形式。通常情况下，这种布置由按行和列有序排列的贴片(矩形阵列)组成，以提供更高的增益和更窄的波束宽度。由于偶极天线沿轴线方向是零陷(Phi＝90/270)，贴片等其它天线可以一同使用，从而实现全向覆盖。
虽然上述实施例阐述了偶极天线和平板天线，但应理解，所述用户设备不限于偶极天线和平板天线，任何类型的常见天线或天线阵列均可使用以获得相同或相似的效果。
图9示出了根据公开实施例的采用对分搜索进行波速搜索的流程图。在公开实施例中，该流程通过用户设备110等用户设备或基站202等基站实现。但应理解，可以使用图1、图2、图6A、图6B、图10A、图10B和图11中的任意部件实现该流程。
基于上述详细说明，在mm-wave通信中使用相控阵天线以获得更高增益。然而，每个相控阵天线的覆盖范围有限(定向覆盖)。多个相控阵天线通常需要提供来自各个方向的球面覆盖。另外，通信系统中执行波束搜索与对齐流程的发射器(例如，基站)和接收器(例如，用户设备)之间的链路被维护。由于所述用户设备(例如，移动设备)具有移动性，维护移动通信系统中设备之间的链路变得很复杂，这就要求所述用户设备不断追踪和搜索最佳波束(具有最强信号的波束)并对准所述最佳波束。相应地，波束搜索与对齐流程对于提供高效通信和降低成本至关重要。
在本发明实施例中，使用来自与所有天线振子相对的相控天线的单个(例如，一个或各个)天线振子，以形成比波束赋形模式更宽的天线模式。将来自每个相控阵天线的单天线振子连接在一起(形成连通集)，从而形成均匀天线阵列。在一实施例中，将来自每个相控阵天线的单天线振子进行物理连接，从而形成连通集。在一实施例中，物理连接可通过分路电路或分路电路实现。例如，RX信号可通过振子天线接收。每个振子天线连接至Tx/Rx开关、LNA、移相器等，然后连接至功率分配器/功率合成器以及收发机(VGA/混频器/VGA/ADC)。来自每个振子天线的信号组合可以由功率合成器在模拟域中实现，或者通过最大比合并或独立处理的信号合并结果在数字域中实现。在一实施例中，相控阵天线是非重叠的。
由于采用均匀方向图，所述接收器中的天线阵列将从各个方向接收来自所述发射器的信号，因而具有比较平坦的天线增益。可以测量接收信号强度，并通过所述接收信号强度从所述发射器获取最佳波束。在一实施例中，各个相控阵天线具有相同数目的振子天线，其中，每个振子天线的阵列增益相等。单振子天线的信号强度较好地指示了波束赋形阵列的可获得的最佳信号强度。在另一实施例中，各个相控阵天线可以具有不同数目的振子天线，其中，不同天线的阵列增益不同。在估计来自所述发射器的最佳波束的过程中还可以获得阵列增益差。在识别出来自所述发射器的最佳波束之后，对产生相等信号强度(相对于均匀天线阵列)的天线振子进行对分搜索，以确定接收所述最佳波束的相控天线阵列。下文对所述流程进行详细描述。
在步骤902中，发起搜索操作以寻找可用发射器和通信信道，并发起同步操作以将接收器与发射器进行同步，从而设置初始信道和搜索参数。在波束赋形通信系统中，所述发射器针对每个所支持的方向周期性发送训练波束。每个训练波束包含用于进一步接入所述系统的信息，例如，带宽、定时、帧结构、网络ID等。在一实施例中，接收器(用户设备)初始接入通信网络包括：进行搜索操作以寻找可用发射器(基站)和通信信道，并进行同步操作以将用户设备与基站进行同步。使用主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)等专用物理信号或者下行初始接入信道(initial access channel，IACH)和同步信道(synchronizationchannel，SCH)等专用物理信道，这些信号用于定时和频率同步。
在步骤904中，从每个相控阵天线中选择单天线振子，形成天线连通集(天线集合S)。该振子天线集合接收的信号将在模拟域或数字域中合并和处理，以实现频域和时域上的同步，进而解码在训练波束中编码的信息。如上所述，所述天线集合S包括来自所述接收器中每个所述多个相控阵天线的单天线振子。连接这些单天线振子以形成天线连通集S，进而形成可以对来自发射器的最佳波束进行初始搜索的均匀(全向型)天线阵列。
在步骤906中，对所述用户设备从所述发射器接收的波束进行解码。成功解码接收信号可以识别来自所述发射器的所述接收波束。换言之，所述用户设备在训练周期从所述发射器接收一系列训练波束，这些波束在被所述用户设备接收时进行解码。默认训练波束周期在协议中定义为共享信息，训练波束周期可以通过所述基站发送信号的方式进行修改。在每个周期内，将传输一次朝向不同方向的不同波束。通常情况下，通过测量信号强度或质量寻找来自所述基站的最佳波束。例如，接收信号强度指示(received signalstrength indicator，RSSI)、参考信号接收功率(reference signal received power，RSRP)或参考信号接收质量(reference signal received quality，RSRQ)可用于测量信号强度和质量。在步骤908中，测量每个训练波束的信号强度以识别具有最强信号的波束(例如，最高信号质量)，其中，最强信号标识为R0，对应第一信号强度。记录接收波束的所述最强信号R0，并将所述最强信号R0对应的波束作为具有最高信号强度的波束上报至所述发射器。如果在步骤908中确定在预定时间内(例如，波束训练信号的周期性)无法对信号进行解码，流程返回至步骤902。将通过步骤902设置不同的信道和其它搜索参数。如果确定在预定时间内已对信号进行解码，将执行该流程的步骤910。
在步骤910中，通过将所述接收器的相控阵天线的连通集(S)中的天线振子划分为两个大小相等的集合，从而发起该流程的对分搜索操作。也即，在每个划分之后，使用一半数量的原先天线，而不连接其它一半数量的天线。在一实施例中，天线振子被划分为两个大小不等的集合。在波束训练周期内，所述用户设备针对训练发射波束执行接收和解码流程。对于具有N个相控阵天线的系统而言，总搜索时间为log2(N)个训练波束周期。例如，为了便于阐述，假设设备包括八个相控阵天线。如果从所述八个相控阵天线的每个中选择单天线振子(步骤904)，则八个天线振子形成原先的连通集S(均匀天线阵列)。在划分步骤910中，所述连通集S被划分为两个大小相等的集合：包括四个天线振子的第一集合和包括四个天线振子的第二集合。将继续搜索直到一个振子天线位于某个集合内。在该示例中，搜索时间为log2(8)个周期。在一实施例中，当log2(N)不是整数时，将搜索周期进行取整，取值为大于log2(N)且接近log2(N)的下一个整数。
在波束训练周期结束时，在步骤912中，天线振子被划分为所述第一集合和所述第二集合，所述用户设备从所述发射器接收另一系列训练波束，且所述用户设备采用所述第一集合中的天线振子解码所述训练波束。测量每个训练波束的信号强度以识别具有最强信号的波束(例如，最高信号质量)，其中，最强信号标识为R1，与先前最强波束的波束标识相同。
在步骤914中，将最强信号R1与原先记录的最强信号R0进行比较。若所述最强信号R1等于R0，则从有源天线阵列中移除天线振子的第二集合(或断开天线振子的第二集合与有源天线阵列的连接)。在这种情况下，在步骤916中，所述连通集S即为所述第一集合。在一实施例中，当确定所述最强信号R1与所述最强信号R0的差值在特定阈值内或测量误差或测量变差范围内，所述最强信号R1与所述最强信号R0类似或基本相同。
若所述最强信号R1小于R0(例如，R1小于R0且不位于任意阈值内或测量误差或测量变差范围内)，则从阵列天线中移除天线振子的第一集合(或断开天线振子的第一集合与阵列天线的连接)。在这种情况下，在步骤918中，所述连通集S即为所述第二集合。否则，若R1大于R0(指示信道变化)，则所述第一集合可以继续作为连通集。
在步骤920中，确定所述连通集S是否仍然包括单个(一个)天线振子或多个天线振子。例如，结合上述示例，在将所述连通集划分为两个大小相等的部分后，所述第一集合和所述第二集合仍各自包括四个天线振子。当仍有多于一个天线振子时，从步骤910开始重复执行对分搜索过程。其中，将所述天线连通集S(在上述示例中的第二轮迭代，所述天线连通集S包括三个天线)进行划分，直到所述第一连通集S或所述第二连通集S中仍然包括单个天线振子。在所有迭代的对分搜索过程完成后，仍包含于所述第一连通集S或所述第二连通集S的单个天线振子属于所述用户设备(所述接收器)的产生最高增益的阵列天线。该相控阵天线将生成来自所述用户设备的最佳波束。接下来执行该流程的步骤922。
在另一实施例中，当对多个信号更强的发射波束(例如，具有准全向方向图的波束)进行测量和上报时，所述波束通过其具体的波束标识号进行标识。将该波束标识编码在发送的训练波束信号中。在这种情形下，针对每个波束标识进行搜索，并比较各个波束的信号强度以进行各个接收波束配置，例如，配置每个天线连通集。通常情况下，要求对一个、两个或四个等限定数量的发射训练波束进行搜索和上报。后续通过所标识的发射波束ID进行搜索。例如，在比较操作和确定天线连通集的过程中将利用具体波束ID对应的信号强度。
在步骤922中，开启包括剩余天线振子(单个天线振子)的相控阵天线，以开启(即，激活)所述相控阵天线中所有天线振子(除了单个天线振子外至少还有其它天线振子)，从而进行波束对齐。在步骤924中，采用相控阵天线的天线振子搜索波束，其中，相控阵天线具有针对波束细化的不同定向配置。可以通过切换或启动放大器电路(例如，LNA)开启天线振子。在一实施例中，初始设置天线振子以形成覆盖第一半球面空间的波束，其中，相控阵列将要覆盖所述球面空间；以及搜索发射训练波束。若信号最强的Tx波束与训练波束对齐或者位于剩余一半(第二半)球面空间中，根据搜索结果，具有原先波束宽度一半的另一发射训练波束将被配置位于当前训练波束范围或剩余训练波束范围内。重复执行上述操作直到形成可获得的最窄波束。
在另一实施例中，来自所述接收器的每个可用波束用于解码来自所述发射器的天线振子的相应波束的训练信号。在波束搜索中，所述发射器可以获得和对齐来自所述发射器和所述接收器的波束，但会以更长的搜索时间为代价。在波束解码后，所述UE将能够找到波束训练周期的最初起始点。每个发射训练波束周期中将使用一个接收波束配置。在完成可能的接收波束配置之后，将比较所有的信号强度，以识别发射波束及相应的接收波束。例如，对于具有六个相控阵天线的用户设备而言，其中，预配置每个相控阵天线以形成11个波束，那么总搜索时间为66个训练波束周期。通过使用本文公开的对分搜索技术，训练波束周期将减少为七个周期(其中，相控阵天线搜索耗时三个周期，相控阵天线内的波束搜索耗时四个周期)。
图10A示出了可以实现根据本发明的方法及内容的示例性用户设备。如图所示，所述UE 1000包括至少一个处理器1004。所述处理器1004执行所述UE 1000的各种处理操作。例如，所述处理器1004可执行信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理或任何其它功能，以使所述UE 1000在所述系统100(图1所示)中运行。所述处理器1004可包括用于进行一个或多个操作的任何合适的处理设备或计算设备。例如，所述处理器1004可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路。
所述UE 1000还包括至少一个收发机1002。所述收发机1002用于调制至少一个天线1010发送的数据或其它内容，所述收发机1002还用于解调所述至少一个天线1010接收的数据或其它内容。每个收发机1002可包括用于生成无线传输的信号和/或处理无线接收的信号的任何合适的结构。每个天线1010包括用于发送和/或接收无线信号的任何合适的结构。应理解，在所述UE 1000中可以使用一个或多个收发机1002以及一个或多个天线1010。虽然示为单个功能单元，收发器1002也可以通过至少一个发射器和至少一个单独设置的接收器来实现。
所述UE 1000还包括一个或多个输入/输出设备1008，所述输入/输出设备1008便于与用户进行交互。每个输入/输出设备1008包括用于向用户提供信息或从用户接收信息的任何合适的结构，例如：扬声器、麦克风、小型键盘、键盘、显示器或触摸屏。
此外，所述UE 1000包括至少一个存储器1006。所述存储器1006存储所述UE 1000使用的、生成的或采集的指令和数据。例如，所述存储器1006可存储所述处理器1004执行的软件或固件指令以及用于降低或消除对输入信号的干扰的数据。每个存储器1006包括任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备。任何合适类型的存储器都可使用，例如随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read only memory，ROM)、硬盘、光盘、用户识别模块(subscriber identity module，SIM)卡、记忆棒、安全数码(securedigital，SD)卡等。
图10B示出了可以实现根据本发明的方法及内容的示例性基站。如图所示，所述基站1050包括至少一个处理器1058、至少一个发射器1052、至少一个接收器1054、一个或多个天线1060以及至少一个存储器1056。所述处理器1058执行所述基站1050的各种处理操作，例如，信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理或任何其它功能。每个处理器1058包括用于进行一个或多个操作的任何合适的处理设备或计算设备。例如，每个处理器1058可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路。
每个发射器1052包括用于生成无线传输至一个或多个UE或其它设备的信号的任何合适的结构。每个接收器1054包括用于处理从一个或多个UE或其它设备无线接收的信号的任何合适的结构。虽然示为独立的部件，至少一个发射器1052和至少一个接收器1054也可以合并为收发机。每个天线1060包括用于无线信号发送和/或接收的任何合适的结构。虽然此处将共有天线1060示为与所述发射器1052和所述接收器1054耦合，一个或多个天线1060可以耦合至一个或多个发射器1052，且一个或多个独立的天线1060可以耦合至一个或多个接收器1054。每个存储器1056包括任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备。
图11为可用于实施各种实施例的网络设备的方框图。特定网络设备可利用所有所示的组件或仅所述组件的子集，且设备之间的集成程度可能不同。此外，网络设备1100可包含部件的多个实例，例如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等等。网络设备1100可包括配备一个或多个输入/输出设备(如网络接口、存储接口等)的处理单元1101。处理单元1101可以包括中央处理器(CPU)1110、存储器1120、大容量存储器设备1130、以及连接至总线1170的I/O接口1160。所述总线1160可以是包括存储器总线、存储器控制器、外围总线等在内的任意类型的若干总线架构中的一个或多个。
所述CPU1110可包括任何类型的电子数据处理器。存储器1120可包括任意类型的系统存储器，例如静态随机存取存储器(static random access memory，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random access memory，DRAM)、同步DRAM(synchronous DRAM，SDRAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)或其组合等等。在实施例中，存储器1120可包含在开机时使用的ROM以及在执行程序时使用的存储程序和数据的DRAM。在实施例中，存储器1320是非瞬时的。在一实施例中，所述存储器1320包括形成模块1321A、搜索模块1321B、选择模块1321C、识别模块1321D。所述形成模块1321A通过天线振子组合形成全向辐射方向图，其中，所述天线振子组合包括来自一个或多个相控阵天线中的每个相控阵天线的单天线振子。所述搜索模块1321B根据所述组合中的每个天线振子的信号强度搜索所述组合中的一个天线振子。在信号强度相等时，所述选择模块1321C选用两个大小相等的集合中的第一集合；在所述两个大小相等的集合中的一个天线的信号强度低于所述组合中的一个天线的信号强度，所述选择模块1321C选用所述两个大小相等的集合中的第二集合。所述识别模块1321D通过对来自一个或多个相控阵天线中的每个相控阵天线的单天线振子进行对分搜索，识别来自发射器的波束的方向。所述大容量存储设备1130可包括用于存储数据、程序和其它信息的任何类型的存储设备，以使所述数据、程序和其它信息可通过所述总线1170获取。所述大容量存储设备1130可以包括固态硬盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器等中的一个或多个。
处理单元1101还包含一个或多个网络接口1150，所述网络接口可以包括例如以太网电缆或其类似者等有线链路，和/或用以接入节点或不同网络的无线链路。网络接口1150允许处理单元1101经由网络与远程单元通信。举例来说，网络接口1150可以经由一个或多个发射器/发射天线以及一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一个实施例中，处理单元1101耦合到局域网或广域网上以用于数据处理以及与远程装置通信，所述远程装置例如其它处理单元、因特网、远程存储设施或其类似者。
应理解，本发明可以具体体现为许多不同的形式且不应被解释为仅限于本文所阐述的实施例。提供这些实施例以使本发明更加完整全面且使本领域技术人员充分理解本发明。事实上，本主题旨在覆盖包括在由所附权利要求书限定的本主题公开的精神和范围内的这些实施例的替代物、修改和等同物。另外，在以下本主题细描述中，阐述了许多特定细节以便提供对本主题的透彻理解。然而，所属领域的普通技术人员将清楚到，可以在没有这样具体细节的情况下实践本请求保护的主题。
本文结合根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述本发明的各方面。应理解，流程图和/或方框图的每个方框以及流程图和/或方框图中的方框的组合可以由计算机程序指令实现。可以为通用计算机或专用计算机的处理器、或者其它可编程数据处理装置提供这些计算机程序指令以生成机器，从而使由所述计算机的处理器或其它可编程指令执行装置执行的指令建立用于实现所述流程图和/或方框图或方框中的功能/动作的机制。
非瞬时性计算机可读介质包括所有类型的计算机可读介质，这些类型的计算机可读介质包括磁存储介质、光存储介质、固态存储介质，具体来说不包括信号。应理解，所述软件可安装在设备中并与设备一同销售。或者，所述软件可以被获取并加载到设备中，包括通过盘介质或从任何形式的网络或分布式系统中获取软件。例如，从软件创造者拥有的服务器或软件创造者使用但不拥有的服务器中获取软件。例如，所述软件可存储在服务器上以便在互联网上分发。
本文中所用的术语仅仅是出于描述特定方面的目的，并且并不打算限制本发明。除非上下文清楚说明，否则本文所用的单数形式“一”和“所述”包括其复数形式。应进一步了解，本说明书中所用的术语“包括”用于说明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。
本发明中的描述出于说明和阐述的目的，但并不意味着其为全面的描述也不应视为对本发明所公开的形式的限制。在不偏离本发明的范围和精神的前提下，多种修改和改变对本领域技术人员而言是显而易见的。选择和描述的本发明各个方面以便更好地解释本发明的原理和实际应用，并且使本领域技术人员能够理解本发明适合预期特定用途的各种修改。
为了实现本文中的方案，与所公开的技术相关联的每个过程可由一个或多个计算设备连续执行。过程中的每个步骤可由与其它步骤中所用的计算设备相同或不同的设备来执行，并且每个步骤不一定仅由单个计算设备执行。
虽然已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应该理解的是，权利要求书定义的主题不必局限于上面描述的具体特征或动作。上述具体特征和动作作为权利要求的示例性实施方式。

Claims (19)

1.一种波束搜索方法，其特征在于，包括：
形成天线单元组，所述天线单元组能够形成全向辐射方向图，其中，所述天线单元组包括来自多个相控阵天线中的每个相控阵天线的一个天线单元；
解码从发射器所接收的训练波束，获得其中具有最强信号强度的波束的信号强度，进一步执行对分搜索操作并获得其中具有最强信号强度的波束的信号强度，最终得到单个单元；
开启所述单个单元所隶属的相控阵天线中所有天线单元以实现与所述波束对齐。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对分搜索操作包括：
记录所述天线单元组中的天线单元所解码的训练波束中具有最强信号的波束的第一信号强度；
将所述天线单元组划分为两个天线单元集合；
比较所述第一信号强度与所述两个天线单元集合中的一个集合中每个天线单元所解码的训练波束中具有最强信号的波束的第二信号强度；
根据所述比较确定一个天线单元集合，其中，所述确定的天线单元集合包括一个单元天线。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对分搜索还包括：
当所述信号强度相等时，选用所述两个天线单元集合中的一个集合；
当所述第二信号强度低于所述第一信号强度时，选用所述两个天线单元集合中的另一个天线单元集合；
当选用的天线单元集合中存在至少两个天线单元时，重复执行对分搜索过程，当所述选用的天线单元集合中存在一个天线单元时，开启该天线单元所隶属的相控阵天线中所有天线单元以实现波束对齐。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述一个集合包括所述天线单元组的一半数量的天线单元，所述另一个集合包括所述天线单元组的剩余一半数量的天线单元。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对分搜索还包括：
发起搜索操作以寻找可用的发射器和通信信道，并发起同步操作以与所述发射器同步；
从多个相控阵天线中的每个相控阵天线选择一个单元天线。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述两个天线单元集合中搜索所述一个天线单元之后，将包括所述一个天线单元的所述相控阵天线中的每个天线单元激活。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个相控阵天线的搜索时间为log2(N)，其中，N为所述多个相控阵天线的数量。
8.一种波束搜索设备，其特征在于，包括：
形成天线单元组，所述天线单元组能够形成全向辐射方向图，其中，所述天线单元组包括来自多个相控阵天线中的每个相控阵天线的一个天线单元；以及
控制器，控制所述多个相控阵天线执行：
解码从发射器所接收的训练波束，获得其中具有最强信号强度的波束的信号强度，进一步执行对分搜索操作并获得其中具有最强信号强度的波束的信号强度，最终得到单个单元；
开启所述单个单元所隶属的相控阵天线中所有天线单元以实现与所述波束对齐。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述对分搜索操作包括：
记录天线单元组中的天线单元所解码的训练波束中具有最强信号的波束的第一信号强度；
将所述天线单元组划分为两个天线单元集合；
比较所述第一信号强度与两个天线单元集合中的一个集合中每个天线单元所解码的训练波束中具有最强信号的波束的第二信号强度；
根据所述比较确定一个天线单元集合，其中，
所述确定的集合包括一个单元天线。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述对分搜索操作还包括：
当所述信号强度相等时，选用所述两个天线单元集合中的一个集合；
当所述第二信号强度低于所述第一信号强度时，选用所述两个天线单元集合中的另一个集合；
当选用的天线单元集合中存在至少两个天线单元时，重复执行对分搜索过程，当所述选用的天线单元集合中存在一个天线单元时，开启该天线单元所隶属的相控阵天线中所有天线单元以实现波束对齐。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述一个集合包括所述天线单元组的一半数量的天线单元，所述另一个集合包括所述天线单元组的剩余一半数量的天线单元。
12.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述对分搜索还包括：
发起搜索操作以寻找可用的发射器和通信信道，并发起同步操作以与所述发射器同步；
从多个相控阵天线中的每个相控阵天线选择一个单元天线。
13.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在所述两个天线单元集合中搜索所述一个天线单元之后，所述控制器还控制所述多个相控阵天线，以将包括所述一个天线单元的所述相控阵天线中的每个天线单元激活。
14.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述多个相控阵天线的搜索时间为log2(N)，其中，N为所述多个相控阵天线的数量。
15.一种非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可读介质存储用于波束搜索的计算机指令；当所述指令由一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行以下步骤：
形成天线单元组，所述天线单元组能够形成全向辐射方向图，其中，所述天线单元组包括来自多个相控阵天线中的每个相控阵天线的一个天线单元；
解码从发射器所接收的训练波束，获得其中具有最强信号强度的波束的信号强度，进一步执行对分搜索操作并获得其中具有最强信号强度的波束的信号强度，最终得到单个单元；
开启所述单个单元所隶属的相控阵天线中所有天线单元以实现与所述波束对齐。
16.根据权利要求15所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，针对所述对分搜索，所述一个或多个处理器还执行以下步骤：
记录天线单元组中的天线单元所解码的训练波束中具有最强信号的波束的第一信号强度；
将所述天线单元组划分为两个天线单元集合；
比较所述第一信号强度与两个天线单元集合中的一个集合中每个天线单元所解码的训练波束中具有最强信号的波束的第二信号强度；根据所述比较确定一个天线单元集合，其中，
所述确定的集合包括一个单元天线。
17.根据权利要求16所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，针对所述对分搜索，所述一个或多个处理器还执行以下步骤：
当所述信号强度相等时，选用所述两个天线单元集合中的一个集合；
当所述第二信号强度低于所述第一信号强度时，选用所述两个天线单元集合中的另一个集合；
当选用的天线单元集合中存在至少两个天线单元时，重复执行对分搜索过程，当所述选用的天线单元集合中存在一个天线单元时，开启该天线单元所隶属的相控阵天线中所有天线单元以实现波束对齐。
18.根据权利要求15所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，组合信号强度是解码波束中的最强信号强度。
19.根据权利要求15所述的非瞬时性计算机可读介质，其特征在于，所述波束中编码的信息能够标识组合波束的标识号。
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