用于與波束形成天線通信的方法和系統技術方案

全息波束形成天線可用于通信網絡(例如無線回程網絡)內的自適應路由。全息波束形成天線可以進一步用于利用可操縱的高方向性波束發現和/或尋址通信網絡中的節點。全息波束形成天線可以進一步用于擴展通信節點的范圍并且經由動態相鄰小區輔助向相鄰節點提供帶寬輔助。在一些方法中，MIMO與全息波束形成協同使用以獲得額外的信道容量。

Method and system for communication with beamforming antennas

The holographic beamforming antenna can be used for adaptive routing in communication networks, such as wireless backhaul networks. Holographic beamforming antennas can be further used to discover and/or address nodes in communication networks using a maneuverable high-directional beam. Holographic beamforming antennas can be further used to extend the range of communication nodes and provide bandwidth assistance to adjacent nodes via dynamic adjacent cell assistance. In some ways, MIMO is used cooperatively with holographic beamforming for additional channel capacity.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于與波束形成天線通信的方法和系統優先權申請和相關申請的所有主題以及優先權申請和相關申請的任何及所有的母案申請、祖案申請、曾祖案申請等的所有主題，包括任何優先權要求，在這些主題不與本文沖突的程度內，都通過參考并入本文。
技術介紹
和
技術實現思路
商業化的低C-SWAP(成本、尺寸、重量和功率)、軟件定義的通信孔徑將大大增加未來無線網絡(例如，5G無線網絡)中的網絡容量。本專利技術的實施方式提供采用用于小型小區(smallcell)無線電接入網絡、回程和毫米波應用的高增益電子可操縱天線的方法和系統?？刹倏v波束功能可以提供提高的數據速率、降低的功耗、頻譜重用以及動態網絡重新配置。此外，網絡運營成本可能會降低，并且部署時間表可能會變得更加靈活。未來的無線網絡部署(例如，5G無線網絡部署)預期會比當前部署提供更高的數據吞吐量。從2010年到2020年，業界預計移動網絡流量將增加三個數量級[1]。5G無線系統將納入一些新技術，以滿足頻譜緊縮和能源消耗的需求。研究人員和工業界已經提出了大規模MIMO(多輸入多輸出)[2]、認知無線電[2]、可見光通信[2]、網絡致密化[1]、卸載[1]、擴展和更高效的頻譜使用[1]、鄰域小型小區[3]、毫米波回程[3]、云無線接入網絡[3]、協調多點處理[3]和本地機器對機器支持[4]等作為可能包含在5G標準中的候選方案。目前，由于其低方向性，廣域或甚至全向天線使頻譜飽和。使用低方向性天線從根本上導致發送每比特的較高能量成本，因為絕大多數輻射功率不被接收天線單元捕獲。另外，低方向性天線在頻譜上污染其覆蓋區域，從而阻止類似的天線系統在相同的頻率下同時工作。網絡容量的增加取決于移動到更小的蜂窩覆蓋區域，以優化載波的非常昂貴的頻譜重用。使用高方向性天線系統通過限制RF照射區域提供更高的每瓦數據速率(由于SINR增益)。通過保持良好的“光譜衛生”而非在不需要的方向上輻射能量，空間和角度多樣性可以顯著提高網絡吞吐量。這使得該區域可以免費用于其他天線的頻譜重用，從而將整個系統推向噪聲受限而不受干擾限制?？梢允褂梅菕呙?、高方向性、固定的天線的大量布置來覆蓋區域。然而，需要大量的固定天線來確保覆蓋范圍，這將是昂貴和龐大的。萬向架安裝的天線是另一種可能的轉向梁選項。但是，它們可能太慢、太笨重且太昂貴而無法充分滿足覆蓋范圍內的多個用戶。與靜態天線相比，電子操縱的孔可以在短時間間隔(例如，微秒)內重新配置輻射圖以最好地服務天線覆蓋區內的客戶。本專利技術的實施方式包括采用用于高方向性和快速電子束切換(我們將其稱為方向性按需(DoD))的可操縱天線的方法和系統。DoD工作模式通過利用天線增加的覆蓋范圍來降低部署的塔場所密度(towersitedensity)。即使對于短距離鏈路，除了為用戶設備提供更長的電池壽命外，關注基站功耗的運營商可能在使用高方向性天線時節省大量能源[5]。相鄰小區塔可以使用小區間干擾協調(ICIC)技術共存，以確保它們的波束合作且不干擾。由于物理信道沒有在不需要的方向上分配，多徑噪聲減少了。非視線(NLoS)通信可以掃描波束以找到有效信道。游動熱點(如火車和輪船)可以通過來自導向波束天線的高增益鏈路被提供服務。利用足夠低成本的可操縱天線，可以使用單獨的孔徑(或針對一個孔徑的多個饋送)實現MIMO支持以實現正交空分復用(OSDM)。軟件限定的孔徑(SDA)已經由有源電子控制陣列(AESA)實現了數十年[6]。AESA挫敗了許多降低成本、尺寸、重量和功率(C-SWAP)的嘗試，并繼續在軍事領域幾乎被專用。盡管有C-SWAP的局限性，許多組織已經提出了基于相控陣的解決方案，用于下一代網絡[3][7][8][9]。本專利技術的實施方式使用利用表面散射技術來實現穩健波束形成的替代掃描波束技術。在基于表面散射技術的天線中，導波和傳播波之間的耦合通過調制與導波電磁接觸的表面的電磁特性來實現。這種受控的表面調制可以被稱為“調制圖案”或“全息圖圖案”。天線中的導波可作為“參考波”或“參考模式”并且所需的自由空間傳播波圖案可被稱為“輻射波”或“輻射模式”。表面散射天線例如在美國專利申請公開No.2012/0194399(下文中稱為“BilyI”)中描述，改進的表面散射天線在美國專利申請公開No.2014/0266946(在下文中“BilyII”)中進一步描述。包括耦合到負載有集總裝置的可調節的散射元件的波導的表面散射天線在美國專利申請公開No.2015/0318618(下文中稱為“ChenI”)中描述，而各種全息調制圖案方法在美國專利申請公開No.2015/0372389(以下簡稱“ChenII”)中描述。在美國專利申請公開No.2015/0380828(以下稱為“BlackI”)中描述了包括耦合到可調節槽元件的波導的表面散射天線。在美國專利申請公開No.2015/0318620(以下稱為“BlackII”)中描述了彎曲或保形的表面散射天線。寬帶表面散射天線在美國專利申請No.62/271,524(以下稱為“BlackIII”)中有描述。所有這些專利申請通過引用整體并入本文，并且在下文中將統稱為“MSAT申請”。因為表面散射天線利用由天線調制圖案限定的全息圖的參考波的受控散射的全息原理，所以通過本說明書，表面散射天線將等效且可互換地描述為“全息波束形成天線”。無論何時實施方式考慮波束形成天線，可以預期的是波束形成天線可以是全息波束形成天線或表面散射天線，諸如上述MSAT應用中公開的那些中的任何一種；并且無論何時實施方式考慮配置或調整波束形成天線，可以預期的是，天線可以如在任何上述MSAT應用中所公開的那樣配置或調整。已經證明表面散射天線能夠在寬范圍的微波和mmW頻率下工作，包括從L頻帶到V頻帶的頻率范圍(1-60GHz)?？梢钥焖?例如以微秒為單位)重新配置表面散射天線以在任意方向上轉向波束或在軟件中形成不同的波束形狀(參見例如ChenII)。一些方法利用傳統的電路制造技術來降低成本和功耗。表面散射天線不需要分立的移相器或定制的單片微波集成電路(MMIC)，但可以利用商用現成的被開發用于無線工業大批量生產的部件。與AESA不同，表面散射天線不需要分布式放大和冷卻，并且這可以顯著減小本專利技術實施方式的尺寸、重量、復雜性和功耗。實施方式利用表面散射天線，該天線可以制作為共形的(參見例如BlackII)以支持對天線安裝具有嚴格審美要求的市鎮中的更多分立部署位置。在一些實施方式中，天線輪廓厚度低至1/2英寸(12.7mm)，這允許在各種位置部署而不會干擾主機結構的外觀。已經注意到，空間致密化可能需要這種用于離散部署的低成本、低輪廓(lowprofile)和適應性的技術[3]。可操縱的高方向性天線導致更大的頻譜重用以最小化干擾。例如，與其中兩個天線都具有低方向性的鏈路相比，在UE上保持低方向性天線的同時用全息波束形成天線替換小型小區上的低方向性天線增強了鏈路余量。全息波束形成天線增加的增益在保持良好余量、增加UE電池壽命并減少對其他設備的干擾的同時允許UE降低其用于UE的發射功率，。以與MIMO的出現導致無線協議棧的重新設計幾乎相同的方式，將SDA用于高定向空間信道化也將如此。天線不再如傳統上的那樣被降級到不那么復雜的P本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種操作包括全息波束形成天線的網絡節點的方法，其包括：配置所述全息波束形成天線以將高方向性波束指向第一相鄰節點處；接收指示重新路由偏好的信息；以及根據所述重新路由偏好重新配置所述全息波束形成天線以將高方向性波束指向第二相鄰節點處。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2015.06.15 US 62/175,9331.一種操作包括全息波束形成天線的網絡節點的方法，其包括：配置所述全息波束形成天線以將高方向性波束指向第一相鄰節點處；接收指示重新路由偏好的信息；以及根據所述重新路由偏好重新配置所述全息波束形成天線以將高方向性波束指向第二相鄰節點處。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述網絡節點是根節點，所述第一相鄰節點是第一網格節點，并且所述第二相鄰節點是第二網格節點。3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述網絡節點是網格節點，所述第一相鄰節點是第一相鄰網格節點，并且所述第二相鄰節點是第二相鄰網格節點。4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述網絡節點是網格節點，所述第一相鄰節點是相鄰根節點，并且所述第二相鄰節點是相鄰網格節點。5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述網絡節點是網格節點，所述第一相鄰節點是相鄰網格節點，并且所述第二相鄰節點是相鄰根節點。6.根據權利要求1所述的方法，其中所述接收指示所述重新路由偏好的所述信息是接收指示對在所述通信節點與所述第一相鄰節點之間的通信信道的物理或電磁干擾的信息。7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述接收指示對所述通信信道的物理或電磁干擾的信息是觀察所述通信信道的信號與干擾加噪聲或載波與干擾加噪聲度量的減少。8.根據權利要求6所述的方法，其中所述接收指示對所述通信信道的物理或電磁干擾的信息是接收指示降低的信道質量的信道狀態信息。9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述接收指示所述重新路由偏好的信息是接收指示所述第一相鄰節點處的中斷狀態的信息。10.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一相鄰節點是具有到根節點的網絡路徑的網格節點，并且所述接收指示所述重新路由偏好的信息是接收指示在所述網格節點和第一根節點之間的路徑的中斷狀態的信息。11.根據權利要求1所述的方法，其中所述接收指示所述重新路由偏好的信息是接收重新路由到所述第二相鄰節點的指令。12.根據權利要求11所述的方法，其中所述接收重新路由的所述指令是從網絡操作中心接收重新路由的指令。13.根據權利要求11所述的方法，其中所述接收重新路由的所述指令是經由包括所述網絡節點以及所述第一和第二相鄰節點的網絡接收所述信息。14.根據權利要求13所述的方法，其中所述網絡是輔助網絡。15.根據權利要求14所述的方法，其中所述輔助網絡是WLAN、WiMAX、2G、3G、4G/LTE、FM或藍牙網絡。16.一種操作包括波束形成天線的第一節點以動態地輔助第二節點的方法，所述方法包括：配置所述波束形成天線以將第一波束引導到相比于所述第二節點更靠近所述第一節點定位的本地用戶處；接收指示所述第二節點處的帶寬短缺的信息；以及響應于所述接收，重新配置所述波束形成天線以將第二波束引導到相比于所述第一節點更靠近所述第二節點定位的遠程用戶處。17.根據權利要求16所述的方法，其中所述第一波束具有第一方向性并且所述第二波束具有大于所述第一方向性的第二方向性。18.根據權利要求16所述的方法，其中，所述第一節點是服務于包圍所述本地用戶的第一小區的第一基站，并且所述第二節點是服務于包圍所述遠程用戶的第二小區的第二基站。19.根據權利要求18所述的方法，其中所述第二小區與所述第一小區相鄰。20.根據權利要求18所述的方法，其中所述第一小區包括包圍所述本地用戶的第一扇區，并且所述第一波束具有小于或等于所述第一扇區在所述第一節點處對向的角度的第一波束寬度。21.根據權利要求20所述的方法，其中所述第二小區包括包圍所述遠程用戶的第二扇區，并且所述第二波束具有小于或等于所述第二扇區在所述第一節點處對向的角度的第二波束寬度。22.根據權利要求16所述的方法，其中所述配置和所述重新配置包括所述波束形成天線在至少所述第一波束和所述第二波束之間的重復切換。23.根據權利要求22所述的方法，其中所述重復切換包括：響應于所述本地用戶的增加的帶寬需求或者所述遠程用戶的減少的帶寬需求，增加所述第一波束的占空比。24.根據權利要求22所述的方法，其中所述重復切換包括：響應于所述遠程用戶增加的帶寬需求或所述本地用戶減少的帶寬需求，增加所述第二波束的占空比。25.根據權利要求22所述的方法，其中，所述本地用戶是多個本地用戶之一，所述第一波束是指向所述多個本地用戶的成組的一個或多個第一波束之一，并且所述重復切換包括：在至少所述成組的一個或多個第一波束和所述第二波束之間重復地切換所述波束形成天線。26.根據權利要求25所述的方法，其中所述成組的一個或多個第一波束是分別對應于所述多個本地用戶的多個第一波束。27.根據權利要求22所述的方法，其中，所述遠程用戶是多個遠程用戶中的一個，所述第二波束是指向所述多個遠程用戶的成組的一個或多個第二波束中的一個，并且所述重復切換包括：在至少所述第一波束和所述成組的一個或多個第二波束之間重復地切換所述波束形成天線。28.根據權利要求27所述的方法，其中所述成組的一個或多個第二波束是分別對應于所述多個遠程用戶的多個第二波束。29.根據權利要求16所述的方法，其中所述接收指示所述帶寬短缺的所述信息是從網絡操作中心接收所述信息。30.根據權利要求16所述的方法，其中，所述接收指示所述帶寬短缺的所述信息是經由包括所述第一節點和所述第二節點的網絡接收所述信息。31.根據權利要求30所述的方法，其中所述網絡是輔助網絡。32.根據權利要求31所述的方法，其中所述輔助網絡是WLAN、WiMAX、2G、3G、4G/LTE、FM或藍牙網絡。33.一種用于操作包括全息波束形成天線的網絡節點的系統，其包括：天線控制單元，其包括用于調整全息波束形成天線的控制輸入以將高方向性波束指向第一相鄰節點處的電路；其中天線控制單元還包括用于接收指示重新路由偏好的信息并且根據所述重新路由偏好重新調整所述全息波束形成天線的所述控制輸入以將高方向性波束指向第二相鄰節點處的電路。34.根據權利要求33所述的系統，其還包括：所述全息波束形成天線。35.根據權利要求33所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：埃里克·J·布萊克，布萊恩·馬克·多伊奇，亞歷山大·雷姆萊·卡特科，梅爾羅·馬卡多，杰伊·霍華德·麥坎德利斯，雅羅斯拉夫·A·烏爾朱莫夫，
申請(專利權)人：希爾萊特有限責任公司，
類型：發明
國別省市：美國,US