[发明专利]通信系统中的RF波束形成控制

说明书

技术领域

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