传送无线信号通过物理屏障
相关申请的交叉引用
本申请是基于先前于2018年3月19日提交的序列号为62/645,004的美国临时专利申请以及于2018年9月12日提交的序列号为62/730,497的美国临时专利申请的实用新型专利申请并根据35 U.S.C.§119(e)要求这些申请的权益，这些申请的内容均通过引用被进一步全部结合在本申请中。
技术领域
本发明总地涉及采用布置在屏障(例如，建筑物的窗户)的外表面上的一个或多个天线来改善屏障外部的无线电系统与屏障内部的用户设备之间的无线通信。此外，在一些实施例中，天线被无线耦合到布置在屏障的内表面上的放大器，该放大器使能与位于该建筑物内的用户的无线通信。
背景技术
对于全球绝大多数人来说，移动设备已成为主要的无线通信模式。在前几代无线通信网络中，移动设备通常用于语音通信、文本消息、和某些受限互联网访问。一些新生代无线通信网络已经增大了带宽并降低了延时，足以为移动设备用户提供实质上更多的服务，例如，购买产品、发票付款、流送电影、玩视频游戏、在线学习、约会等等。而且，对于每个新生代无线通信网络，通常增大无线信号的频率和强度来提供更大带宽和更小延时。
遗憾的是，无线信号的频率越高，无线信号穿过物理屏障(例如，建筑物的玻璃窗或墙壁)的衰减就越大。此外，由于最近推出了可以使用千兆赫兹频率的毫米波形的无线信号的第五代(5G)无线通信网络，为位于物理屏障后面的移动设备提供对这些5G无线网络的接入变得更加困难。
附图说明
图1A示出了具有多个变容二极管元件的示例性表面散射天线的实施例，该天线被布置为以形成全息超表面天线(HMA)的示例性实例的方式传播电磁波；
图1B示出了图示参考波形和全息图波形(调制函数)的合成阵列的一个实施例的图表，其中，参考波形和全息图波形结合在一起提供电磁波的目标波形；
图1C示出了用于示例性表面散射天线的示例性调制函数的实施例；
图1D示出了由图1C的调制函数生成的示例性电磁波束的实施例；
图2A示出了可实现本发明的各种实施例的示例性环境的实施例的俯视图，该示例性环境包括网络运营中心、无线信号基站、网络、和多个建筑物的布置；
图2B示出了HMA的多个实例的示例性布置的另一实施例的侧视图；
图2C示出了HMA的多个实例的示例性布置的又一实施例的俯视图；
图2D图示了无线信号基站与布置在建筑物的窗户的外表面上的一个或多个HMA通信的示意图，其中，无线信号由布置在建筑物的窗户的内表面上的电子组件传送到布置在建筑物内部的客户驻地装备设备，并且客户驻地装备设备将无线信号传送到一个或多个无线计算设备；
图2E示出了无线信号基站与布置在建筑物的窗户的内表面上的一个或多个HMA进行通信的示意图，其中，无线信号由设置在窗户的内表面上的电子组件传送到布置在建筑物内部的客户驻地装备设备，并且客户驻地装备设备将无线信号传送到布置在建筑物内部的一个或多个无线计算设备；
图2F图示了无线信号基站与布置在建筑物的窗户的外表面上的一个或多个HMA进行通信的示意图，其中，无线信号由布置在窗户的外表面上的电子组件传送到布置在建筑物内部的客户驻地装备设备，并且客户驻地装备设备将无线信号传送到布置在建筑物内部的一个或多个无线计算设备；
图3A示出了可以包括在诸如图2A所示的系统中的示例性计算机设备的实施例；
图3B图示了可以包括在诸如图2A所示的系统中的示例性客户端计算机设备的实施例；
图3C示出了与(一个或多个)客户驻地装备设备分开的RF通信设备的示例性示意图的实施例；
图3D图示了包括(一个或多个)客户驻地装备设备的RF通信设备的示例性示意图的实施例；
图3E示出了RF通信设备采用的收发分置(bistatic)放大器的示例性示意图的实施例；
图3F图示了由HMA形成的外部天线392的配置的实施例，HMA为上行链路RF信号和下行链路RF信号两者提供单独的垂直和水平极化；
图3G示出了由HMA形成的外部天线393的配置的实施例，HMA为上行链路RF信号和下行链路RF信号两者提供合并的垂直和水平极化；
图3H图示了由贴片天线形成的外部天线394的配置的实施例，贴片天线为RF信号提供合并的垂直和水平极化以及合并的上行链路和下行链路传送；
图3I示出了RF隔离间隔件的实施例，该RF隔离间隔件可以隔离并减少由位于通口(port)中的一个或多个贴片天线通过诸如玻璃之类的屏障传送的上载和下载RF无线信号之间的耦合；
图3J图示了当使用天线罩、具有WAIM的天线罩、以及没有天线罩时外部天线的增益与角度关系的表示；
图3K示出了RF通信设备采用的双向放大器的示例性示意图的实施例；
图4A图示了采用HMA将5G无线信号通过建筑物的窗户传送并将这些5G无线信号广播到建筑物内部的一个或多个无线计算设备的示例性方法的逻辑流程图的实施例；
图4B示出了采用上载RF信号的功率的值来检测CPE何时与被授权与该CPE通信的无线基站远程通信的示例性方法的逻辑流程图的实施例；
图5示出了示例性环境的实施例的俯视图，该示例性环境包括与中继HMA设备、反射器HMA设备、基站代理HMA设备、以及用户HMA设备通信的无线信号基站和网络运营中心的布置；
图6A图示了反射器HMA设备，其采用了第一HMA和第二HMA，第一HMA通过HMA波形与一个或多个中继HMA设备、基站HMA设备、或基站代理HMA设备进行通信，第二HMA被布置为通过HMA波形与一个或多个用户HMA设备进行通信；
图6B图示了反射器HMA设备，其采用了第一HMA和第二HMA，第一HMA通过HMA波形与一个或多个中继HMA设备、基站HMA设备、或基站代理HMA设备进行通信，并且第二HMA与第一HMA垂直布置，以避免遮挡传送给一个或多个用户HMA设备的一个或多个HMA波形；
图7A图示了中继HMA设备，其采用了第一HMA和第二HMA，第一HMA通过HMA波形与一个或多个其他中继HMA设备、基站HMA设备、或基站代理HMA设备进行通信，并且第二HMA通过HMA波形与一个或多个其他HMA设备、反射器HMA设备、或用户HMA设备进行通信；
图7B图示了中继HMA设备，其采用了第一HMA和第二HMA，第一HMA通过HMA波形与一个或多个其他中继HMA设备、基站HMA设备、或基站代理HMA设备进行通信，并且第二HMA与第一HMA垂直布置，以避免遮挡传送给一个或多个其他中继HMA设备、反射器HMA设备、或用户HMA设备的一个或多个HMA波形；
图8A图示了基站代理HMA设备，其采用了第一HMA和第二HMA，第一HMA通过HMA波形与一个或多个其他中继HMA设备、基站HMA设备、或基站代理HMA设备进行通信，并且第二HMA通过HMA波形与一个或多个其他中继HMA设备、反射器HMA设备、或用户HMA设备进行通信；
图8B图示了基站代理设备，其采用了第一HMA和第二HMA，第一HMA与中继设备、基站、或基站代理设备进行通信，并且第二HMA与第一HMA垂直布置，以避免遮挡传送给一个或多个其他中继HMA设备、反射器HMA设备、或用户HMA设备的一个或多个HMA波形；
图9图示了采用不同类型的HMA设备通过HMA波形经由网络结构与一个或多个无线计算设备进行通信的示例性方法的逻辑流程图的实施例，该一个或多个无线计算设备与为无线通信设备提供5G无线通信的HMA用户设备通信；以及
图10示出了根据一个或多个实施例的用于被动地监视客户驻地装备何时与被授权远程无线基站进行通信的示例性方法的逻辑流程图的实施例。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，这些附图构成本发明的一部分并且通过图示示出了可以实践本发明的具体实施例。然而，本发明可以通过许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。本发明可以具体化为方法或设备等。因此，本发明可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。因此，下面的详细描述不应被视为限制性的。
在整个说明书和权利要求书中，除非上下文另外明确指出，否则以下术语具有本文明确关联的含义。这里使用的短语“在一个实施例中”不一定指的是同一实施例，尽管其可以指同一实施例。类似地，本文使用的短语“在另一实施例中”并不一定指不同的实施例，尽管其可以指不同的实施例。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则术语“或”是包含性的“或”运算符，并且等同于术语“和/或”。术语“基于”不是排他性的，并且允许基于未描述的其他因素，除非上下文另有明确规定。此外，在整个说明书中，“一个”、“一种”、和“该”的含义包括复数引用。“在...中”的含义包括“在...中”和“在...上”。
下面简要描述本发明的实施例，以便提供对本发明某些方面的基本理解。本简要描述无意作为广泛的概述。它并不旨在标识关键或重要元素，也不旨在描绘或以其他方式缩小范围。其目的仅仅是以简化的形式呈现一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
简而言之，本发明的各个实施例涉及采用电子RF通信设备的方法、装置、或系统，该电子RF通信设备提供在一个或多个远程无线基站与位于物理屏障后的一个或多个客户驻地装备(CPE)设备和/或其他无线计算设备之间射频(RF)无线信号通过物理屏障(例如，墙壁或窗户)的传送。在一个或多个实施例中，RF无线信号是以千兆赫兹频率传送的毫米波波形，其由位于物理屏障后的一个或多个无线计算设备外部的一个或多个远程无线基站节点利用第五代(5G)通信协议传送。
在一个或多个实施例中，RF通信设备包括一个或多个外部(面向外部的)天线和一个或多个内部(面向内部的)天线，一个或多个外部天线与远程无线基站传送上载和下载RF无线信号，一个或多个内部天线与CPE传送上载和下载RF无线信号。
此外，在一个或多个实施例中，一个或多个放大器可以包括收发分置放大器，该收发分置放大器同时为上载RF无线信号和下载RF无线信号提供连续的单独可选增益。收发分置放大器可以被配置为采用单独的上载放大器和下载放大器，以分别在上载RF无线信号由外部天线辐射时为该上载RF无线信号提供单独可选增益，并在下载RF无线信号由内部天线向CPE辐射时为该下载RF无线信号提供另一单独可选增益。
此外，在又一些实施例中，一个或多个放大器可以包括双向放大器，该双向放大器通过在用于上载和下载RF无线信号的公共通信路径中采用的组件之间的定时连续切换来为上载和下载RF无线信号提供单独可选增益。连续切换可以交错进行，以在上载和下载RF无线信号共用公共通信路径时为其提供隔离。在一个或多个实施例中，RF耦合器(例如，贴片天线、玻璃场耦合器等)被配置为当一个或多个外部天线位于屏障的外表面上并且一个或多个内部天线位于屏障的内表面上时将上载和下载RF无线信号传送通过屏障以提供通信信道。
在一个或多个实施例中，客户驻地装备(CPE)可以是位于客户的位置和/或驻地处的任何终端设备和/或相关通信装备，并且可以在电信运营商提供的一个或多个电信信道上提供通信。CPE通常建立在与运营商或某些其他通信服务提供商提供的其他通信装备分开的建筑物中的某个位置。CPE可以包括一个或多个IP电话、移动电话、路由器、网络交换机、住宅网关、电视机顶盒、家庭网络适配器等。
另外，在一个或多个实施例中，当收发分置放大器被采用来向上载RF无线信号提供连续且单独的增益时，可以监控上载RF信号的功率的强度(值)的变化以确定CPE何时在与被授权远程无线基站通信。在一个或多个实施例中，可以采用RF功率检测器电路来连续测量上载RF信号的功率输出的值。在存在下载RF无线信号的情况下，用于RF上载无线信号的RF功率的强度(值)越大，CPE当前在与被授权无线基站进行通信的可能性就越大。
在一个或多个实施例中，收发分置下载放大器连续放大从任何远程无线基站接收到的射频信号并将该射频信号辐射到CPE，而CPE不知道RF通信设备的存在。在这种情况下，CPE仅对被授权与该特定CPE通信的远程无线基站辐射的那些下载RF无线信号响应上载RF无线信号。然而，在一个或多个其他实施例中，当CPE知道或被并入到RF通信设备中时，CPE可以提供关于下载RF信号的质量的反馈，该反馈可以被用于优化下载RF信号的增益。
另外，在一个或多个实施例中，可以采用一个或多个阈值或阈值范围来确定所测量的RF功率输出的值/强度何时足以指示CPE与被授权远程无线基站之间的当前通信。
此外，在一个或多个实施例中，一个或多个放大器可以位于屏障的外侧、屏障的内侧、或者分割到屏障的外侧和内侧。此外，在一个或多个实施例中，当CPE直接与RF通信设备集成时，可以不为上载RF信号和/或下载RF信号提供增益。
在一个或多个实施例中，CPE直接与RF通信设备集成并结合。CPE与RF通信设备的集成可以减少功耗、减少电子组件的数量、降低成本、并提高可靠性。
在一个或多个实施例中，CPE可以直接与外部天线传送上载RF信号(当CPE与RF通信设备集成在一起时)。此外，在一个或多个实施例中，RF通信设备可以将传送的RF信号中继到布置在建筑物内部的另一通信设备，该另一通信设备进一步将RF信号中继到CPE。
在一个或多个实施例中，CPE可以将传送的RF信号转换成采用与布置在建筑物内部、屏障后、或车辆内的一个或多个无线通信设备(例如，移动设备)兼容的一个或多个其他无线通信协议的其他RF信号。另外，在一个或多个实施例中，CPE可以将传送的无线信号转换成有线信号，该有线信号被传送到布置在屏障后或建筑物内部的一个或多个有线设备。这些有线信号可以以任何有线通信协议(包括以太网、同轴电缆、红外、光纤等)被传送到一个或多个有线设备。
另外，在一个或多个实施例中，一个或多个内部天线被提供，以将建筑物内部的无线信号传送给未集成到RF通信设备中的一个或多个CPE。此外，在一个或多个实施例中，一个或多个CPE可被提供，以增强(boost)、提供、和/或重复由RF通信设备的一个或多个内部天线使用任何无线或有线通信协议传送的RF无线信号。
另外，在一个或多个实施例中，取决于CPE与RF通信设备的集成程度，可以从RF通信设备中去除一个或多个RF耦合器、一个或多个放大器和/或内部天线。CPE与RF通信设备的集成可以通过消除冗余功能和组件来提高可靠性并降低物理尺寸、组件复杂性、和/或成本。
在一个或多个实施例中，RF通信设备(可选地，也可以是CPE)的全部或大部分组件可以设置在屏障的外表面上、屏障的内表面上、或分割于屏障的内表面和外表面之间。下面讨论并且在图2D、2E、和2F示出RF通信设备和CPE的这些不同配置中的每一种配置。
另外，示例性RF通信设备的一个或多个实施例的优点是不对提供给CPE的上载和下载RF信号(模拟信号)进行数字化。相反，在一个或多个远程无线信号基站与CPE之间的通信期间，上载和下载RF信号在模拟域中保持不变。通过不必对在远程无线基站和CPE之间传送的模拟RF信号执行数字信号处理，可以降低成本、组件复杂性、和能耗。值得注意的优点是，RF通信设备的一个或多个实施例不需要模数转换器、数字信号处理器、数字组件、频率处理器等来在远程无线基站和CPE设备之间传送上载和下载RF无线信号。
另外，尽管未示出，但是RF通信设备的一个或多个实施例还可以应用于除窗户以外的其他类型的屏障，诸如由一种或多种类型的材料(例如，木材、混凝土、复合材料、和金属)制成的墙壁。对于与其他类型的屏障一起使用的这些其他实施例，RF耦合器可以采用一种或多种不同类型的技术，包括近场设备、感应设备等，以通过一个或多个屏障传送RF信号。
在一个或多个实施例中，定位设备可以被包括在RF通信设备中。定位设备可以包括陀螺仪、加速度计、GPS设备等，以检测通信设备的方向、运动、和/或位置。
在一个或多个实施例中，无线接口可以被包括在RF通信设备中，以与在诸如移动电话、平板电脑、或笔记本计算机之类的无线设备上运行的分析和控制应用进行通信，该无线设备由物理上位于RF通信设备附近(本地)的被授权用户(例如，客户、管理员、或技术人员)采用。无线接口可以提供采用一种或多种不同的无线通信协议(例如，蓝牙、蓝牙LE、Zigbee、WiFi等)的通信。此外，在一个或多个实施例中，该应用可以提供关于通信设备的操作、度量、通知、故障排除技巧、软件更新、上载和下载RF信号的强度、警报、重启控制、RF信号扫描控制、用户权限、度量等的不同类型的信息。
在一个或多个实施例中，可以采用诸如，天线罩的保护罩来保护外部天线的组件。在一个或多个实施例中，天线罩由能够传送RF信号而不会显著降低增益的材料形成，例如，塑料、玻璃纤维、树脂、复合材料等。此外，在一个或多个实施例中，可以将广角阻抗匹配(WAIM)材料与天线罩结合在一起，以改善外部天线可以向传送的RF信号提供增益的相位角范围。在一个或多个实施例中，WAIM材料可以被布置在天线罩的内表面和/或外表面上。此外，在一个或多个实施例中，天线罩的至少一部分可以由WAIM材料本身形成。请参见图3J中针对天线罩、具有WAIM的天线罩、和无天线罩的增益与角度关系的表示。
在一个或多个实施例中，当将两个到四个贴片天线的单独阵列布置在玻璃窗的相对侧上用作通信设备的RF耦合器时，用于上载和下载RF信号的外部贴片天线阵列可以在物理上相对于对应的内部贴片天线阵列的朝向倾斜35°至60°。以此方式，内部和外部贴片天线阵列可以针对通过玻璃窗传送的上载和下载RF信号的波前改善其阻抗匹配，从而减少RF信号的增益损失。
在一个或多个实施例中，可以在屏障的外表面上的RF耦合器所采用的贴片天线阵列之间提供RF隔离间隔件，以用于跨屏障(例如，玻璃窗)传送上载和下载RF信号。RF隔离间隔件可以由一种或多种不同类型的RF吸收剂材料形成。示例性的RF吸收剂材料可以包括可配置成金字塔形状的浸渍有碳和/或铁的受控混合物的橡胶化泡沫或铁氧体材料的平板。另外，为上载和下载贴片天线阵列提供单独的切口(通口)，用于在屏障的内外表面之间传送RF信号。另外，可以在RF隔离间隔件中形成狭缝，以进一步隔离和打断上载和下载RF信号之间的耦合。参见图11D。
在一个或多个实施例中，一个或多个感应电荷(磁环)耦合器被布置在窗户屏障的内表面和外表面的两侧。一个或多个感应电荷耦合器可以连接到电源，例如，固定电连接、可移除电连接、电池、太阳能电池等中的一者或多者。此外，可以由一个或多个感应耦合器向一个或多个外部天线、一个或多个RF耦合器、一个或多个放大器、一个或多个内部天线、定位设备、本地无线接口、处理组件、或客户驻地装备中的一者或多者提供电能。同样，对于一个或多个实施例，可以通过与电源的固定电连接、与电源的可移除电连接、电池、太阳能电池、感应电荷耦合器等将电能直接提供给一个或多个放大器、一个或多个内部天线、或客户驻地装备。
在一个或多个实施例中，不同的RF无线信号可以由一个或多个基站节点使用不同类型的无线通信协议(例如，5G、4G、3G、2G、LTE、TDMA、GPRS、CDMA、GSM、WiFi、WiMax等)传送。此外，这些不同类型的无线通信协议可以用于不同类型的服务。例如，用于控制一个或多个外部天线、一个或多个玻璃场耦合器、一个或多个放大器、一个或多个内部天线、或客户驻地装备的一个或多个操作的无线信号可能不需要大量带宽或速度。因此，可以通过4G或更低等的通信协议传送这些控制操作，这可以减少能耗和/或节省成本。
在一个或多个实施例中，建筑物可以是办公楼、购物中心、体育馆、住宅、学校、工厂、图书馆、剧院等。
此外，在一个或多个实施例中，外部天线和/或内部天线是全息波束形成天线，诸如，一个或多个全息超表面天线(HMA)等。HMA可以使用可控元件的布置来产生目标波。此外，在一个或多个实施例中，可控元件可以采用具有两个或更多不同状态的个别电子电路。以此方式，可以通过改变一个或多个可控元件的电子电路的状态来修改目标波。可以采用控制函数，例如，全息图函数，来定义特定目标波的相应可控元件的当前状态。在一个或多个实施例中，可以响应于各种输入和/或条件，预先确定全息图函数或实时动态创建全息图函数。在一个或多个实施例中，可以提供预定全息图函数库。在一个或多个实施例中，可以使用能够产生本文所述的波束的任何类型的HMA。
图示的操作环境
图1A示出了采用表面散射天线100(即，HMA)形式的HMA的一个实施例，该表面散射天线100包括多个散射元件102a、102b，该多个散射元件102a、102b沿着波传播结构104或可将参考波105传递到散射元件的其他布置分布。波传播结构104可以是例如，微带、共面波导、平行板波导、介电棒或平板、闭合或管状波导、基片集成波导、或能够支持参考波105沿此结构或在此结构内部传播的任何其他结构。参考波105被输入到波传播结构104。散射元件102a、102b可以包括嵌入在波传播结构104内、位于传播结构104的表面上、或位于传播结构104的渐逝近距(evanescent proximity)内的散射元件。这种散射元件的示例包括但不限于美国专利No.9,385,435；9,450,310；9,711,852；9,806,414；9,806,415；9,806,416；和9,812,779以及美国专利申请公开No.2017/0127295；2017/0155193；和2017/0187123中公开的散射元件，这些专利和专利申请通过引用全部并入本申请。此外，可以使用任何其他合适类型或布置的散射元件。
表面散射天线还可包括至少一个馈送连接器106，该馈送连接器被配置为将波传播结构104耦合至馈送结构108，馈送结构108被耦合至参考波源(未示出)。馈送结构108可以是传输线、波导、或能够提供电磁信号的任何其他结构，该电磁信号可以经由馈送连接器106被推送到波传播结构104中。馈送连接器106可以是例如，同轴至微带连接器(例如，SMA至PCB适配器)、同轴至波导连接器、模式匹配的过渡件等。
散射元件102a、102b是可调散射元件，其具有可响应于一个或多个外部输入调整的电磁特性。可调散射元件可以包括可根据电压输入(例如，有源元件(例如，变容二极管、晶体管、二极管)或包含可调谐电介质材料(例如，铁电体或液晶)的元件的偏置电压)、电流输入(例如，电荷载流子对有源元件的直接注入)、光学输入(例如，光敏材料的照射)、场输入(例如，包含非线性磁性材料的元件的磁场)、机械输入(例如，MEMS、致动器、液压系统等)进行调整的元件。在图1A的示意性示例中，已被调整为具有第一电磁特性的第一状态的散射元件被描述为第一元件102a，而已被调整为具有第二电磁特性的第二状态的散射元件被描述为第二元件102b。具有与第一电磁特性和第二电磁特性相对应的第一状态和第二状态的散射元件的描述不旨在进行限制：实施例可以提供以下散射元件，这些散射元件可离散地调整以从与离散的多个不同电磁特性相对应的离散的多个状态中选择，或可连续地调整以从与连续的不同电磁特性相对应的连续的状态中进行选择。
在图1A的示例中，散射元件102a、102b具有对于参考波105的第一和第二耦合，该第一和第二耦合分别是第一和第二电磁特性的函数。例如，第一和第二耦合可以是散射元件在参考波的频率或频带上的第一和第二极化率。由于第一和第二耦合，第一和第二散射元件102a、102b响应于参考波105以产生多个散射电磁波，这些散射电磁波的振幅是相应的第一和第二耦合的函数(例如，与之成比例)。散射电磁波的叠加包括一种电磁波，在此示例中该电磁波被描述为从表面散射天线100辐射的目标波110。
图1A示出了散射元件102a、102b的一维阵列。将理解的是，也可以使用二维或三维阵列。另外，这些阵列可以具有不同的形状。而且，图1A中所示的阵列是散射元件102a、102b的规则阵列，在相邻散射元件之间具有等距的间隔，但是应当理解，其他阵列可以是不规则的，或者在相邻散射元件之间可以具有不同或可变的间隔。此外，专用集成电路(ASIC)109可被采用来控制该行散射元件102a和102b的操作。此外，控制器110可被采用来控制对阵列中的一个或多个行进行控制的一个或多个ASIC的操作。
通过将调制图案(pattern)107(例如，全息图函数，H)应用于从参考波源接收参考波(ψref)105的散射元件，可以使用散射元件102a、102b的阵列产生至少近似期望波束图案的远场波束图案，如图1B所示。尽管图1B中的调制图案或全息图函数107被示为正弦曲线，但是将认识到，也可以使用非正弦曲线函数(包括非重复或不规则函数)。图1C图示了调制图案的一个示例，图1D图示了使用该调制图案生成的波束的一个示例。
在至少一些实施例中，计算系统可以计算、选择(例如，从调制图案的数据库或查找表中选择)、或以其他方式确定要应用于接收RF能量并将产生期望波束图案的近似的散射元件102a、102b的调制图案。在至少一些实施例中，提供了对期望远场波束图案的场描述，并且使用自由空间的传输函数或任何其他合适的函数，可以确定天线的孔径平面处的目标波(ψobj)110，该目标波导致期望远场波束图案被辐射。可以确定将参考波105散射到目标波110中的调制函数(例如，全息图函数)。调制函数(例如，全息图函数)被应用于散色元件102a、102b(这些散射元件由参考波105激发)，以形成目标波110的近似，该目标波又从孔径平面辐射以至少近似地产生期望远场波束图案。
在至少一些实施例中，全息图函数H(即，调制函数)等于参考波和目标波的复共轭，即，ψref*ψobj。在至少一些实施例中，可以调整表面散射天线，以提供例如，选定的波束方向(例如，波束操控)、选定的波束宽度或形状(例如，扇形或笔形波束，具有较宽或较窄的波束宽度)、选定的零点(null)排列(例如，零点操控)、选定的多个波束的布置、选定的偏振态(例如，线性、圆形、或椭圆偏振)、选定的整体相位、或它们的任意组合。替代地或附加地，可以调整表面散射天线的实施例，以提供选定的近场辐射轮廓，例如，从而提供近场聚焦或近场零点。
表面散射天线可以被认为是全息波束形成器，其至少在一些实施例中是动态可调的，以产生远场辐射图案或波束。在一些实施例中，表面散射天线包括大体上一维的波传播结构104，该结构具有大体上一维排列的散射元件。在其他实施例中，表面散射天线包括具有大体上二维排列的波传播结构104，该结构具有大体上二维排列的散射元件。在至少一些实施例中，如在图1C中所图示的，散射元件102a、102b的阵列可以被用来生成窄束的定向远场光束图案。将理解的是，也可以使用散射元件102a、102b的阵列生成具有其他形状的波束。
在至少一些实施例中，窄束的远场波束图案可以使用全息超表面天线(HMA)来生成，并且可以具有在5度至20度范围内的宽度。波束图案的宽度可以被确定为波束的最宽范围，或者也可以在波束的特定区域定义，例如，3dB衰减时的宽度。可以使用用于确定宽度的任何其他合适的方法或定义。
在许多应用中，期望较宽的波束图案(也称为“辐射图案”)，但是可达到的宽度可能受到单个HMA的限制或者使用单个HMA无法获得。可以将HMA的多个实例布置在HMA阵列中，以产生更宽的复合远场波束图案。然而，将认识到，来自各个HMA的各个波束图案将经常相互作用并改变复合远场波束图案，使得至少在某些实例中，在不采用本发明的一个或多个实施例的情况下，多个HMA实例的输出的简单组合会产生复合远场波束图案，这无法实现所期望或预期的配置。
图2A图示了用于从一个或多个数据中心238传送数据的系统的概观，该系统采用一个或多个网络运营中心230将数据路由到一个或多个无线信号基站，该一个或多个无线信号基站以无线信号的形式将数据传送给一个或多个无线通信设备(未显示)。如图所示，数据从一个或多个数据中心238被传送，并且部分地由一个或多个NOC 230通过网络232路由到一个或多个无线信号基站234，该无线信号基站234与位于一个或多个建筑物236内、屏障233后、车辆235内、或诸如公园、体育场、或露天剧场等开放空间的外部的一个或多个不同类型的无线通信设备(未示出)无线地传送数据。此外，一个或多个无线客户端设备231耦合到网络232，并且可以被用来将数据传送到不同类型的无线通信设备。
网络232可被配置为将网络运营中心计算机与其他计算设备(包括无线基站234)耦合。网络232可以包括用于与远程设备通信的各种有线和/或无线技术，例如但不限于USB电缆、
在一些实施例中，这样的网络可以包括各种有线网络、无线网络、或它们的各种组合。在各种实施例中，可以使网络232采用各种形式的通信技术、拓扑、计算机可读介质等，将信息从一个电子设备传送到另一电子设备。例如，网络232除了可以包括互联网(Internet)之外，还可以包括LAN、WAN、个人区域网(PAN)、校园区域网、城域网(MAN)、直接通信连接(例如，通过通用串行总线(USB))端口)等，或它们的各种组合。
在各个实施例中，网络内和/或网络之间的通信链路可以包括但不限于，双绞线、光纤、户外激光器、同轴电缆、普通老式电话服务(POTS)、波导、声学型、全面型、或分数型专用数字线路(例如，T1、T2、T3、或T4)、电子载波、综合业务数字网(ISDN)、数字订户线(DSL)、无线链路(包括卫星链路)、或本领域技术人员已知的其他链路和/或载体机制。此外，通信链路可以进一步采用各种各样的数字信令技术中的各种技术，包括但不限于例如，DS-0、DS-1、DS-2、DS-3、DS-4、OC-3、OC-12、OC-48等。在一些实施例中，路由器(或其他中间网络设备)可以充当各种网络(包括基于不同体系结构和/或协议的网络)之间的链接，以使信息能够从一个网络传输到另一个网络。在其他实施例中，远程计算机和/或其他相关电子设备可以经由调制解调器和临时电话链路连接到网络。本质上，网络232可以包括各种通信技术，通过该通信技术，信息可以在计算设备之间传递。
在一些实施例中，网络232可以包括各种无线网络，其可以被配置为耦合各种便携式网络设备、远程计算机、有线网络、其他无线网络等。无线网络可以包括各种各样的子网中的各种子网，这些子网可以进一步覆盖独立自组织网络等，以至少为客户端计算机提供面向基础设施的连接。这样的子网可以包括网状网络、无线LAN(WLAN)网络、蜂窝网络等。在各个实施例中的一个或多个中，系统可以包括一个以上无线网络。
网络232可以采用多种有线和/或无线通信协议和/或技术。网络可以采用的各代(例如，第三(3G)代、第四(4G)代、或第五(5G)代)通信协议和/或技术的示例可以包括但不限于，全球移动通信系统、(GSM)、通用分组无线服务(GPRS)、增强型数据GSM环境(EDGE)、码分多址(CDMA)、宽带码分多址(W-CDMA)、码分多址2000(CDMA2000)、高速下行分组接入(HSDPA)、长期演进(LTE)、通用移动电信系统(UMTS)、演进数据优化(Ev-DO)、全球微波接入互操作性(WiMax)、时分多址(TDMA)、正交频分复用(OFDM)、超宽带(UWB)、无线应用协议(WAP)、用户数据报协议(UDP)、传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、开放系统互连(OSI)模型协议的各个部分、会话发起协议/实时传输协议(SIP/RTP)、短消息服务(SMS)、多媒体消息传送服务(MMS)、或各种各样的其他通信协议和/或技术中的各种通信协议和/或技术。
在各种实施例中，网络232的至少一部分可以被布置为节点、链路、路径、终端、网关、路由器、交换机、防火墙、负载均衡器、转发器、中继器(repeater)、光电转换器等(它们可以通过各种通信链路进行连接)的自治系统。这些自治系统可以被配置为基于当前操作条件和/或基于规则的策略来自组织，使得可以修改网络的网络拓扑。
图2B图示了产生波束222a、222b、222c的HMA 220a、220b、220c的另一种布置，其中，中间波束222b在尺寸和形状上与其他两个波束222a、222c大体上不同。图2C以俯视图图示了形成二维阵列的HMA 220a、220b、220c、220d的另一种布置。
此外，波束图案的一种或多种特定形状，例如，宽波束图案、窄波束图案、或复合波束图案，可能在不同时间、不同条件的许多应用中是合乎需要的，但可能不实用甚至无法用于单个HMA。在一个或多个实施例中，可以将HMA的多个实例布置在阵列中以产生各种各样的复合、近场、和/或远场波束图案，而没有明显的抵消或信号损失。由于HMA的多个实例的目标波可能会相互干扰，因此可能希望对它们的目标波进行调整，以生成“更接近”特定波束图案的期望形状的波束图案。可以使用任何合适的方法或度量来确定波束图案与期望波束图案的“接近度”(包括但不限于整个波束图案或该波束图案的限定部分相对于期望波束图案的平均偏差(或总偏差或偏差量的总和))。
在一个或多个实施例中，HMA的物理布置可以是现有的或可以被构造并耦合到参考波源。在一个或多个实施例中，可以为每个HMA计算、选择、或以其他方式提供或确定全息图函数。每个HMA包括动态可调散射元件阵列，这些散射元件对来自参考波源的参考波具有可调的电磁响应。用于HMA的全息图函数定义对该HMA的散射元素的电磁响应的调整，以产生响应于参考波从HMA发出的目标波。由HMA产生的目标波可以被组合以产生复合波束。可以使用任何合适的方法或技术来确定或提供HMA的任何布置以产生复合波束，例如，图2B和2C中所示的示例性复合波束。
图2D图示了远程无线基站234与具有一个组件244a以及另一组件244b的RF通信设备传送上载和下载RF无线信号的概览，其中，组件244a包括附接到建筑物236中的窗户238的外表面的外部天线(采用一个或多个HMA)，组件244b包括附接到窗户238的内表面的内部天线(可能使用也可能不使用HMA)。内部天线与一个或多个CPE设备240传送上载和下载RF无线信号，CPE设备240进一步与一个或多个无线计算设备242和/或建筑物236内部的有线设备通信。尽管未示出，但是RF通信设备还可包括玻璃场耦合器，该玻璃场耦合器被布置在窗户238的相对侧上，以通过窗户无线地发送和接收RF无线信号。同样未示出，RF通信设备可以包括一个或多个放大器，这些放大器可被提供以增强通过窗户238与远程基站234传送的上载和下载RF无线信号。此外，RF通信设备可以包括感应充电器(未示出)，该感应充电器向布置在窗户238的相对侧上的各种组件提供电能。
图2E示出了远程无线基站234与布置在建筑物236的窗户238的内表面上的RF通信设备246传送上载和下载RF信号的示意图。尽管未示出，但是RF通信设备包括与远程基站234传送RF信号的外部天线。此外，内部天线也被包括以与布置在建筑物236内的一个或多个CPE传送RF信号。CPE被配置为与布置在建筑物236内部的一个或多个无线计算设备和/或有线设备(未示出)通信。此外，感应充电器(未示出)向布置在窗户238的内表面上的各种组件提供电能。
图2F图示了远程无线基站234与布置在建筑物236的窗户238的外表面上的RF通信设备248传送上载和下载RF信号的示意图。尽管未示出，但是RF通信设备包括与远程基站234传送RF信号的外部天线。此外，内部天线也被包括，以通过窗户238将RF信号传送到布置在建筑物236内部的一个或多个CPE。CPE被配置为与布置在建筑物236内部的一个或多个无线计算设备和/或有线设备(未示出)通信。此外，感应充电器(未示出)向布置在窗户238的内表面上的各种组件提供电能。
说明性计算机
图3A示出了可以被包括在实现各种实施例中的一个或多个实施例的示例性系统中的示例性计算机设备300的一个实施例。计算机设备300可以包括比图3A所示的组件更多或更少的组件。然而，所示出的组件足以公开用于实施这些创新的说明性实施例。计算机设备300可以包括台式计算机、膝上型计算机、服务器计算机、客户端计算机等。计算机设备300可以代表例如，膝上型计算机、智能电话/平板电脑、计算机设备、一个或多个HMA的控制器、移动设备中的一者或多者的一个实施例，或者可以是网络运营中心的一部分。
如图3所示，计算机设备300包括一个或多个处理器302，该一个或多个处理器可以经由总线306与一个或多个存储器304通信。在一些实施例中，一个或多个处理器302可以包括一个或多个硬件处理器、一个或多个处理器核、或一个或多个虚拟处理器。在一些情况下，一个或多个处理器中的一个或多个可以是专门设计用于执行一个或多个专门动作(例如，本文所述的那些动作)的专用处理器或电子电路。计算机设备300还包括电源308、网络接口310、用于存储数据和指令的非暂态处理器可读固定存储设备312、用于存储数据和指令的非暂态处理器可读的可移除存储设备314、输入/输出接口316、GPS(全球定位系统)收发器318、显示器320、键盘322、音频接口324、指针设备接口326、无线接口328，尽管计算机设备300可以包括比图3中所示和此处描述的组件更少或更多的组件。电源308向计算机设备300提供电能。
网络接口310包括用于将计算机设备300耦合到一个或多个有线和/或无线网络的电路，并且被构造为与一种或多种通信协议和技术一起使用，这些通信协议和技术包括但不限于，实现开放系统互连模型(OSI模型)、全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、长期演进(LTE)、5G、4G、3G、2G、用户数据报协议(UDP)、传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、短消息服务(SMS)、多媒体消息传送服务(MMS)、通用分组无线服务(GPRS)、WAP、超宽带(UWB)、IEEE 802.16全球微波接入互操作性(WiMax)、会话发起协议/实时传输协议(SIP/RTP)的各个部分的协议和技术、或其他各种各样的有线和无线通信协议中的各种协议。网络接口310有时被称为收发器、收发设备、或网络接口卡(NIC)。计算机设备300可以可选地与远程基站(未示出)通信，或者直接与另一台计算机通信。
音频接口324被布置为产生和接收诸如，人类声音之类的音频信号。例如，音频接口324可以耦合到扬声器和麦克风(未示出)，以实现与其他人的电信通信和/或生成对于一些动作的音频确认。音频接口324中的麦克风也可以用于对于计算机设备300的输入或控制计算机设备300，例如，使用语音识别。
显示器320可以是液晶显示器(LCD)、气体等离子体、电子墨水、发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、或可以与计算机一起使用的各种其他类型的光反射或光透射型显示器。显示器320可以是能够将图像投影在墙壁或其他物体上的手持式投影仪或微型(pico)投影仪。
计算机设备300还可以包括用于与图3中未示出的外部设备或计算机进行通信的输入/输出接口316。输入/输出接口316可以利用一种或多种有线或无线通信技术，例如，USBTM、FirewireTM、WiFiTM、WiMax、ThunderboltTM、红外、BluetoothTM、ZigbeeTM、串行端口、并行端口等。
此外，输入/输出接口316还可包括用于确定地理位置信息(例如，GPS)、监控电力条件(例如，电压传感器、电流传感器、频率传感器等)、监控天气(例如，恒温器、气压计、风速计、湿度检测器、降水量标尺等)的一个或多个传感器。传感器可以是计算机设备300外部的收集和/或测量数据的一个或多个硬件传感器。人机接口组件可以在物理上与计算机设备300分离，从而允许对计算机设备300的远程输入和/或输出。例如，如本文所述通过诸如显示器320或键盘322之类的人机接口组件路由的信息可以替代地通过网络接口310被路由到位于网络上其他位置的适当人机接口组件。人机接口组件包括允许计算机从计算机的人类用户获取输入或将输出发送给计算机的人类用户的各种组件。因此，诸如鼠标、触笔、跟踪球之类的指针设备可以通过指针设备接口326进行通信，以接收用户输入。
存储器304可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和/或其他类型的存储器。存储器304图示了用于存储诸如，计算机可读指令、数据结构、程序模块、或其他数据之类的信息的计算机可读存储介质(设备)的示例。存储器304存储用于控制计算机设备300的低级操作的基本输入/输出系统(BIOS)330。存储器还存储用于控制计算机设备300的操作的操作系统332。应当理解，该组件可以包括诸如UNIX或LINUXTM版本的通用操作系统，或诸如微软(Microsoft)公司的
存储器304可以进一步包括一个或多个数据存储部334，计算机设备300可以使用该一个或多个数据存储部334来存储应用336和/或其他数据。例如，数据存储部334也可以用来存储描述计算机设备300的各种能力的信息。在各种实施例中的一个或多个实施例中，数据存储部334可以存储全息图函数信息335或波束形状信息337。然后，可以基于各种各样的方法中的各种方法，将全息图函数信息335或波束形状信息337提供给另一设备或计算机(包括在通信期间作为头部的一部分发送，根据请求发送等)。数据存储部334还可以用来存储社交网络信息，包括地址簿、好友列表、别名、用户简档信息等。数据存储部334还可包括程序代码、数据、算法等，以供诸如处理器302的一个或多个处理器使用以运行并执行诸如以下描述的那些动作的动作。在一个实施例中，数据存储部334中的至少一些也可以被存储在计算机设备300的另一组件上，该另一组件包括但不限于，非暂态处理器可读固定存储设备312、处理器可读的可移除存储设备314、或计算机设备300内部甚至计算机设备300外部的各种其他计算机可读存储设备内部的非暂态介质。
应用336可以包括计算机可执行指令，这些计算机可执行指令在由计算机设备300运行时发送、接收、和/或以其他方式处理消息(例如，SMS、多媒体消息传送服务(MMS)、即时消息(IM)、电子邮件、和/或其他消息)、音频、视频，并能够与另一移动计算机的另一用户进行电信通信。应用程序的其他示例包括日历、搜索程序、电子邮件客户端应用、IM应用、SMS应用、互联网协议语音(VOIP)应用、联系人管理器、任务管理器、代码转换器、数据库程序、字处理程序、安全应用、电子表格程序、游戏、搜索程序等。应用336可以包括执行以下进一步描述的动作的全息图函数引擎346、相位角引擎347、基于云的管理引擎348、和/或分析和控制引擎349。在各个实施例中的一个或多个实施例中，一个或多个应用可以被实现为另一应用的模块和/或组件。此外，在各种实施例中的一个或多个实施例中，应用可以被实现为操作系统扩展、模块，插件等。
此外，在各种实施例中的一个或多个实施例中，诸如全息图函数引擎346、相位角引擎347、基于云的管理引擎348、和/或分析和控制引擎349的专用应用可以在联网计算环境中操作，以执行本文所述的专门操作。在各种实施例中的一个或多个实施例中，这些应用以及其他应用可以在虚拟机和/或虚拟服务器中执行，这些虚拟机和/或虚拟服务器可以在诸如，局域网、广域网、或基于云的计算环境之类的联网环境中进行管理。在各种实施例中的一个或多个实施例中，在本上下文中，取决于由云计算环境自动管理的性能和扩展考虑因素，应用可以从基于云的环境中的一个物理计算机设备流向另一个。同样地，在各种实施例中的一个或多个实施例中，可以自动提供和停用专用于全息图函数引擎346、相位角引擎347、基于云的管理引擎348、和/或分析和控制引擎349的虚拟机和/或虚拟服务器。
另外，在一个或多个实施例中，远程分析和控制引擎349可以被不同类型的用户(例如，客户、管理员、或技术人员)用来使网页和/或应用能够提供有关RF通信设备的不同类型的安全性、控制、和/或信息。该信息可以包括度量、通知、故障排除提示、软件更新、上载和下载RF信号的强度、警报、重启控制、RF信号扫描控制、用户权限、度量等。
此外，在各种实施例中的一个或多个实施例中，全息图函数引擎346、相位角引擎347、基于云的管理引擎348、分析和控制引擎349等可以位于在联网计算环境中运行的虚拟服务器中，而不是被绑定到一个或多个特定的物理计算机设备。
此外，计算机设备300可以包括HSM(硬件安全模块)328，用于为生成、存储、和/或使用安全性/密码信息(诸如，密钥、数字证书、密码、密语、双因素认证信息等)提供附加的防篡改保护措施。在一些实施例中，硬件安全模块可以被用来支持一个或多个标准公共密钥基础设施(PKI)，并且可以被用来生成、管理、和/或存储密钥对等。在一些实施例中，HSM328可以是独立的计算机设备，在其他情况下，HSM 328可以被布置为可以被安装在计算机设备中的硬件卡。
另外，在一个或多个实施例(图中未示出)中，计算机设备可以包括一个或多个嵌入式逻辑硬件设备来代替一个或多个CPU，这些嵌入式逻辑硬件设备为例如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程阵列逻辑(PAL)等或它们的组合。嵌入式逻辑硬件设备可以直接运行嵌入式逻辑以执行动作。此外，在一个或多个实施例(图中未示出)中，计算机设备可以包括一个或多个硬件微控制器来代替CPU。在一个或多个实施例中，一个或多个微控制器可以直接运行它们自己的嵌入式逻辑来执行动作，并且可以访问它们自己的内部存储器以及它们自己的外部输入和输出接口(例如，硬件引脚和/或无线收发器)来执行动作，诸如片上系统(SOC)等。
说明性客户端计算机
图3B示出了客户端计算机350的一个实施例，该客户端计算机可以包括比所示出的组件更多或更少的组件。客户端计算机350可以代表例如，图2A所示的移动计算机或客户端计算机的至少一个实施例。
客户端计算机350可以包括经由总线360与存储器352通信的处理器351。客户端计算机350还可以包括电源361、网络接口362、音频接口374、显示器371、键区372、照明器373、视频接口367、输入/输出接口365、触觉接口378、全球定位系统(GPS)接收器375、空中手势接口376、温度接口377、(一个或多个)相机367、投影仪370、指针设备接口379、处理器可读的固定存储设备363、和处理器可读的可移除存储设备364。客户端计算机350可以可选地与基站(未示出)通信，或者直接与另一计算机通信。电源361可以向客户端计算机350提供电力。可充电或不可充电电池可用于提供电力。电力也可以由外部电源(例如，AC适配器或对电池进行补充或充电的带电对接底座)提供。
网络接口362包括用于将客户端计算机350耦合到一个或多个网络的电路，并且被构造为与一个或多个通信协议和技术一起使用，该一个或多个通信协议和技术包括但不限于，实现移动通信(GSM)、CDMA、时分多址(TDMA)、UDP、TCP/IP、SMS、MMS、GPRS、WAP、UWB、WiMax、SIP/RTP、GPRS、EDGE、WCDMA、LTE、UMTS、OFDM、CDMA2000、EV-DO、HSDPA、或任何各种各样的其他无线通信协议的OSI模型的任意部分的协议和技术。网络接口362有时被称为收发器、收发设备、或网络接口卡(NIC)。
音频接口374可以被布置为产生和接收诸如人类的声音之类的音频信号。例如，音频接口374可以耦合到扬声器和麦克风(未示出)，以使得能够与其他人进行电信通信或生成针对某些动作的音频确认。音频接口374中的麦克风也可以用于对客户端计算机350进行输入或控制，例如，使用语音识别、基于声音检测触摸等。
显示器371可以是液晶显示器(LCD)、气体等离子体、电子墨水，发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、或可以与计算机一起使用的任何其他类型的光反射或光透射型显示器。显示器371还可以包括触摸界面368，该触摸界面368被布置为接收来自诸如触笔或人手的手指的对象的输入，并且可以使用电阻、电容、表面声波(SAW)、红外、雷达、或其他技术来感测触摸或手势。
投影仪370可以是远程手持式投影仪或集成投影仪，其能够在远程墙壁或任何其他反射物体(例如，远程屏幕)上投影图像。
视频接口367可以被布置来捕捉视频图像，诸如，静止照片、视频片段、红外视频等。例如，视频接口367可以耦合到数字视频相机、网络相机等。视频接口367可以包括镜头、图像传感器、和其他电子装置。图像传感器可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路、电荷耦合器件(CCD)、或用于感测光的任何其他集成电路。
键区372可以包括被布置为接收来自用户的输入的任何输入设备。例如，键区372可以包括按钮数字拨盘或键盘。键区372还可以包括与选择和发送图像相关联的命令按钮。
照明器373可以提供状态指示或提供光。照明器373可以在特定时间段内或响应于事件消息而保持活动。例如，当照明器373活动时，它可以为键区372上的按钮提供背光并在客户端计算机通电时保持点亮。另外，当特定动作(例如，拨叫另一台客户端计算机)被执行时，照明器373可以各种模式为这些按钮提供背光。照明器373还可以使位于客户端计算机的透明或半透明壳体内的光源响应于动作而照亮。
此外，客户端计算机350还可以包括硬件安全模块(HSM)369，用于为生成、存储、或使用安全/密码信息(例如，密钥、数字证书、密码、密语、双因素认证信息等)提供附加的防篡改保护措施。在一些实施例中，硬件安全模块可以被用来支持一个或多个标准公共密钥基础设施(PKI)，并且可以被用来生成、管理、或存储密钥对等。在一些实施例中，HSM369可以是独立的计算机，在其他情况下，HSM 369可以被布置为可以被添加到客户端计算机的硬件卡。
客户端计算机350还可以包括输入/输出接口365，用于与外部外围设备或诸如其他客户端计算机和网络计算机之类的其他计算机进行通信。外围设备可以包括音频耳机、虚拟现实耳机、显示屏眼镜、远程扬声器系统、远程扬声器、和麦克风系统等。输入/输出接口365可以利用一种或多种技术，例如，通用串行总线(USB)、红外、WiFi、WiMax、BluetoothTM等。
输入/输出接口365还可以包括一个或多个传感器，用于确定地理位置信息(例如，GPS)、监控电力条件(例如，电压传感器、电流传感器、频率传感器等)、监控天气(例如恒温器、气压计、风速计、湿度检测器、降水量标尺等)等。传感器可以是客户端计算机350外部的收集或测量数据的一个或多个硬件传感器。
触觉接口378可以被布置为向客户端计算机的用户提供触觉反馈。例如，当另一计算机的用户正在呼叫时，可以采用触觉接口378以特定方式振动客户端计算机350。温度接口377可以用于向客户端计算机350的用户提供温度测量输入或温度改变输出。空中手势接口376可以例如，通过使用由用户持有或佩戴的计算机内部的陀螺仪传感器、单个或立体声摄像机、雷达等来感测客户端计算机350的用户的身体姿势。一个或多个相机366可被应用用来采用面部识别方法来识别用户、跟踪用户的眼球运动、或拍摄图片(图像)或视频。
GPS(全球定位系统)设备375可以确定客户端计算机350在地球表面上的物理坐标，其通常将位置输出为纬度和经度值。GPS设备375还可以采用其他地理定位机制，包括但不限于，三角测量、辅助GPS(AGPS)、增强型观测时差(E-OTD)、小区标识码(CI)、服务区域标识码(SAI)、增强型定时提前(ETA)、基站子系统(BSS)等，以进一步确定客户端计算机350在地球表面上的物理位置。应当理解，GPS设备375可以采用陀螺仪来确定方位和/或使用加速度计来确定客户端计算机350的运动。然而，在一个或多个实施例中，客户端计算机350可以通过其他组件来提供可用于确定客户端计算机的物理位置的其他信息，包括例如，媒体访问控制(MAC)地址、IP地址等。
人机接口组件可以是物理上与客户端计算机350分离的外围设备，允许对客户端计算机350的远程输入或输出。例如，如本文所述通过诸如显示器371或键区372之类的人机接口组件路由的信息可以替代地通过网络接口362被路由到位于远程的适当人机接口组件。可以作为远程的人机接口外围组件的示例包括但不限于，音频设备、指针设备、键区、显示器、相机、投影仪等。这些外围组件可以通过诸如，BluetoothTM、ZigbeeTM等的微型网络进行通信。具有这样的外围人机接口组件的客户端计算机的一个非限制性示例是可穿戴计算机，该可穿戴计算机可以包括远程微型投影仪以及一个或多个相机，它们与位于远程的客户端计算机进行远程通信以感测用户朝向由微型投影仪投射到反射表面(例如，墙壁或用户的手)上的图像的各部分的姿势。
客户端计算机350可以包括分析和控制应用357，该分析和控制应用可以被配置为远程提供关于RF通信设备的性能的关键性能指标(KPI)，如图3C和3D所示。KPI可以包括与远程无线基站、反射器、基站代理、或客户驻地装备传送的无线信号的强度、上载带宽、下载带宽。此外，应用357可以授权并允许不同类型的用户(例如，技术人员、客户等)使用所显示的界面来快速识别和解决技术问题，协助RF通信设备的定向以提供与远程无线基站的最佳无线通信链路等。该应用还可使得能够对特定性能参数进行调整，以改善RF通信设备的操作的一个或多个方面。在一个或多个实施例中，应用357可以采用Bluetooth(蓝牙)、wifi、或任何其他无线或有线通信链路来与RF通信设备进行通信。
客户端计算机350可以包括浏览器应用359，该浏览器应用被配置为接收和发送网页、基于网络的消息、图形、文本、多媒体等。客户端计算机的浏览器应用实质上可以采用任何编程语言，包括无线应用协议消息(WAP)等。在一个或多个实施例中，浏览器应用被使能采用手持设备标记语言(HDML)、无线标记语言(WML)、WMLScript、JavaScript、标准通用标记语言(SGML)、超文本标记语言(HTML)、可扩展标记语言(XML)、HTML5等。
存储器352可以包括RAM、ROM、或其他类型的存储器。存储器352图示了用于存储诸如，计算机可读指令、数据结构、程序模块、或其他数据之类的信息的计算机可读存储介质(设备)的示例。存储器352可以存储用于控制客户端计算机350的低级操作的BIOS 354。存储器还可以存储用于控制客户端计算机350的操作的操作系统353。应当理解，该组件可以包括诸如UNIX或LINUXTM版本的通用操作系统，或诸如Windows PhoneTM、Apple iOSTM、或
存储器352可以进一步包括一个或多个数据存储部355，客户端计算机350可以使用该一个或多个数据存储部来存储应用356或其他数据。例如，数据存储部355也可以用来存储描述客户端计算机350的各种能力的信息。然后，基于多种方法中的任何一种，该信息被提供给另一设备或计算机(包括在通信期间作为头部的一部分发送，根据请求发送等)。数据存储部355也可以用来存储社交网络信息，包括地址簿、好友列表、别名、用户简档信息等。数据存储部355可以进一步包括程序代码、数据、算法等，以供诸如处理器351之类的处理器使用以运行并执行动作。在一个实施例中，数据存储部355中的至少一些数据还可以被存储在客户端计算机350的另一组件上，该另一组件包括但不限于非暂态处理器可读可移除存储设备364、处理器可读的固定存储设备363、或甚至在客户端计算机外部。
应用356可以包括计算机可执行指令，这些计算机可执行指令在由客户端计算机350运行时发送、接收、或以其他方式处理指令和数据。应用356可以包括例如，分析和控制应用357、其他客户端应用358、网络浏览器359等。客户端计算机可以被布置为与应用服务器或网络监控计算机交换通信，诸如，查询、搜索、消息、通知消息、事件消息、警报、性能度量、日志数据、API调用等以及它们的组合。
应用程序的其他示例包括日历、搜索程序、电子邮件客户端应用、IM应用、SMS应用、互联网协议语音(VOIP)应用、联系人管理器、任务管理器、代码转换器、数据库程序、字处理程序、安全应用、电子表格程序、游戏、搜索程序等。
另外，在一个或多个实施例中(图中未示出)，客户端计算机350可以包括一个或多个嵌入式逻辑硬件设备来代替CPU，该一个或多个嵌入式硬件逻辑设备为诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程阵列逻辑(PAL)等、或它们的组合。嵌入式逻辑硬件设备可以直接运行嵌入式逻辑以执行动作。此外，在一个或多个实施例(图中未示出)中，客户端计算机200可以包括一个或多个硬件微控制器来代替CPU。在一个或多个实施例中，微控制器可以直接运行它们自己的嵌入式逻辑来执行动作，并且访问它们自己的内部存储器以及它们自己的外部输入和输出接口(例如，硬件引脚或无线收发器)来执行动作，诸如“片上系统(SOC)”等。
示例性示意图
图3C示出了与CPE设备(未示出)分开的RF通信设备388A的示例性示意图的实施例。如上所述，RF通信设备388A可以被配置为其所有主要组件位于屏障的外表面上、其所有组件位于屏障的内表面上、以及该RF通信设备的一部分组件包括位于屏障的外表面上的外部天线380并且该RF通信设备的另一部分组件包括位于屏障的内表面上的内部天线383。
在一个或多个实施例中，外部天线380采用扫描阵列天线，诸如HMA，来与位于远处的无线基站(未示出)传送上载和下载RF信号。当RF通信设备388A被配置为位于诸如玻璃窗的屏障的内表面上时，外部天线380被定位为通过玻璃屏障将上载和下载RF信号传送到远程无线基站。
在一个或多个示例性实施例中，外部天线380可以调整HMA采用的HMA波形，以补偿在通过玻璃窗与远程无线基站进行上载和下载RF信号的传送过程中因玻璃窗的扫描阻抗引起的增益降低。扫描阻抗可能由一个或多个因素引起，包括玻璃的厚度、玻璃的折射率、玻璃的层数、玻璃上的涂层等。在一个或多个实施例中，扫描阻抗补偿包括：检测HMA波形的方向以提供与远程无线基站的最强RF信号通信，然后采用HMA来调整辐射RF信号的波前扫描阻抗。在一个或多个实施例中，控制HMA的散射元件的一个或多个变容二极管的偏置电压可被调整，以增大所传送的RF信号的增益。
在一个或多个实施例中，内部天线383可以被配置为贴片天线阵列，以向CPE传送上载和下载RF信号。然而，在一个或多个实施例中，内部天线383可以被配置有HMA来替代贴片天线阵列，以横跨诸如在体育场、工厂、装配大楼、音乐厅等中发现的相对比较长的距离而将上载和下载RF信号传送到位于远处的CPE。此外，可以采用中继设备或反射器设备中的一者或多者，以进一步扩展可以在大型建筑物中将上载和下载RF信号传送到位于远处的CPE的距离。另外，在一个或多个实施例中，CPE可以包括波束成形天线，例如HMA，以与RF通信设备传送上载和下载RF信号。
无线接口387可被用来利用一种或多种不同类型的一种或多种不同无线通信协议(例如，Bluetooth、Bluetooth LE、Zigbee、WiFi、LTE、CDMA、GSM、TDMA等)来执行各种功能。此外，在一个或多个实施例中，网页和/或应用可以采用无线接口387来提供关于RF通信设备388A的不同类型的安全性、控制、和/或信息。该信息可以包括度量、通知、故障排除提示、软件更新、上载和下载RF信号的强度、警报、重启控制、RF信号扫描控制、用户权限、度量等。在一个或多个实施例中，无线接口387可被用来在CPE和RF通信设备388A之间建立带内无线通信信道。在另一个实施例中，无线接口387可以被用来在技术人员和RF通信设备388A之间建立带外无线通信信道。此外，在又一个实施例中，无线接口387可被用来与位于网络运营中心、数据中心、无线基站等处的一个或多个应用(例如，分析和控制引擎)建立带外无线通信。
在一个或多个实施例中，RF耦合器381可以可选地被包括，以在RF通信设备388A物理上位于屏障(诸如，玻璃窗)的外表面上或者RF通信设备的一部分组件位于外表面上并且RF通信设备的另一部分组件位于屏障的内表面上时，通过屏障来传送上载和下载RF信号。然而，在一个或多个实施例中，当RF通信设备388A完全位于屏障的内表面上时，RF耦合器381可以不包括在RF通信设备中。
在一个或多个实施例中，定位设备384可以可选地包括在RF通信设备388A中。定位设备384可以包括陀螺仪、加速度计、GPS设备等，以检测RF通信设备388A的朝向、运动、和/或位置。在一个或多个实施例中，定位设备384可被技术人员用来以优化与位于远处的无线基站的上载和下载RF信号的传送的方式来确定RF通信设备388A的安装朝向。
在一个或多个实施例中，感应充电器386可以可选地被包括，以在RF通信设备388A物理上位于屏障的外表面上或RF通信设备的一部分组件位于屏障的外表面上而RF通信设备组件的另一部分组件位于屏障的内表面上时提供电能。尽管未示出，但是在一个或多个实施例中，可以采用一个或多个太阳能电池板来向RF通信设备388A提供电能。此外，在一个或多个实施例中，当RF通信设备388A完全位于屏障的内表面上时，可以通过位于建筑物内部的电源插座直接提供电能。
在一个或多个实施例中，处理组件385被用来控制和/或管理RF通信设备388A以及RF通信设备包括的组件中的一个组件或所有组件的操作。在一个或多个实施例中，处理电路385包括处理器、存储器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等中的一者或多者。
此外，在一个或多个实施例中，放大器382可以包括收发分置放大器，该收发分置放大器同时为上载RF无线信号和下载RF无线信号提供连续且单独的增益。收发分置放大器被配置为采用单独的上载放大器和下载放大器，来分别在外部天线辐射上载RF无线信号时为该上载RF无线信号提供增益，并在内部天线向CPE辐射下载RF无线信号时为该下载RF无线信号提供另一增益。此外，在其他实施例中，收发分置放大器通过对这些上载和下载RF无线信号的传送进行隔离和定时来为上载和下载RF无线信号提供单独的增益。
图3D示出了包括CPE 389的RF通信设备388B的示例性示意图的实施例。尽管未示出，但是放大器382可以被配置为向上载RF无线信号提供增益，而不向下载RF无线信号提供增益，因为CPE 389可以被配置为直接从外部天线380接收下载RF信号。此外，不将内部天线包括作为RF通信设备388B的组件。另外，外部天线380、RF耦合器381、定位设备384、处理电路385、感应充电器386、和无线接口387大体上与如图3C所示并针对RF通信设备388A所讨论的那些一样配置。
图3E示出了RF通信设备采用的收发分置放大器382A的示例性示意图的实施例。外部天线380A被布置为同时与位于远处的无线基站(未示出)传送上载和下载RF信号。此外，内部天线383A被布置为同时与CPE(未示出)传送上载和下载RF信号。上载放大器391A被布置为向上载RF无线信号提供增益，而下载放大器392A被布置为向下载RF无线信号提供增益。另外，RF功率检测器390A被布置为监控上载RF无线信号的功率的值。此外，RF功率检测器345A被布置为监控下载RF无线信号的功率的值。
图3F示出了由HMA形成的外部天线392的配置的实施例，其中，HMA为上行链路RF信号和下行链路RF信号提供单独的垂直和水平极化。
图3G示出了由HMA形成的外部天线393的配置的实施例，其中，HMA为上行链路RF信号和下行链路RF信号提供组合的垂直和水平极化。
图3H示出了由贴片天线形成的外部天线394的配置的实施例，其中，贴片天线为RF信号提供组合的垂直和水平极化以及组合的上行链路和下行链路传送。
图3I示出了RF隔离间隔件395的实施例，其用于隔离由贴片天线396(位于通口397中)通过诸如玻璃之类的屏障传送的上载和下载RF无线信号并减少其间的耦合。此外，在间隔件395中设置有多个狭缝398以进一步减少耦合。在一个或多个实施例中，当外部天线位于屏障的外表面上并且内部天线位于天线的内表面上时，间隔件395与RF耦合器一起使用(贴片天线用于通过屏障对上载和下载RF信号进行单独并且连续的传送)。
图3J示出了在使用天线罩、具有WAIM的天线罩、以及没有天线罩时外部天线的增益与角度关系的表示。
图3K示出了RF通信设备采用的双向放大器382B的示例性示意图的实施例。外部天线380B被布置为与位于远处的无线基站(未示出)传送上载RF无线信号和下载RF无线信号。此外，内部天线383B被布置为与CPE(未示出)传送下载RF无线信号和上载RF无线信号。上载放大器391B被布置为向上载RF无线信号提供增益，而下载放大器392B被布置为向下载RF无线信号提供增益。另外，RF功率检测器390B被布置为监控上载RF无线信号的功率的值。此外，RF功率检测器345B被布置为监控下载RF无线信号的功率的另一值。
此外，上载/下载开关控件342被用来控制面向外部的三向开关343和面向内部的三向开关344的定时。在一个或多个实施例中，控件342对开关343和344在两个不同的导电状态之间的连续切换提供定时，以在由上载和下载RF无线信号使用的公共通信路径上共用外部天线380B和内部天线383B。在一个或多个实施例中，开关343和开关344的连续切换的定时可以错开，以提供上载和下载RF无线信号的彼此隔离，同时在公共通信路径上共用外部天线380B和内部天线383B。此外，在一个或多个实施例中，外部天线380B和内部天线383B都可以包括更少的组件，至少是因为它们在上载和下载RF无线信号的传送中是被共用的。
另外，在RF通信设备的一个或多个实施例中，可以将RF吸收材料添加到RF组件的顶部以减小RF反馈，从而可以优化为通过屏障传送的上载和下载RF无线信号提供的单独增益。
此外，在RF通信设备的一个或多个实施例中，当优化增益以减少与相邻RF组件的紧密耦合时，HMA可被特性化。此外，在一个或多个实施例中，由于距位于远处的无线基站的距离相对较长，因此可以使上行链路RF无线信号的增益最大化。相反，RF通信设备可被用来确定与CPE的距离，并使用该距离来减小由RF通信设备向CPE传送的下载RF无线信号的增益。
在一个或多个实施例中，外部天线可以采用HMA来提供复合HMA波形，以针对影响与远程无线基站的上载和下载RF无线信号的传送的物体进行补偿。此外，在一个或多个实施例中，复合HMA波形可被用来与两个或更多个远程无线基站进行上载和下载RF无线信号的多播传送。
在一个或多个实施例中，提供了自动增益控制(AGC)电路，以自动调整为上载RF无线信号和下载RF无线信号提供的单独增益，直到确定了在CPE和RF通信设备之间以及远程无线基站和RF通信设备之间提供最佳通信的单独可选增益为止。
概括性操作
在图4A中，示出了一种方法，该方法用于采用本发明来通过屏障(例如，建筑物中的窗户)将无线信号传送给屏障后的一个或多个无线计算设备和/或有线计算设备。从起始框开始，过程前进到框402。在框402，RF通信设备采用包括HMA的外部天线来调整HMA波形的波束图案的形状和方向，以与一个或多个被授权远程基站传送上载和下载RF无线信号。在一个或多个实施例中，可以通过单独的无线通信信道来带外控制HMA波形的调整，该单独的无线通信信道可以采用4G或更低等的无线通信协议。在框404，当外部天线和内部天线被布置在屏障的相对的外侧和内侧上时，类似地布置可选的RF耦合器。RF耦合器被用来通过屏障传送(上载和下载)RF无线信号。然而，在一个或多个实施例中，当RF通信设备的所有实质性组件被布置在屏障的外表面或内表面上而不是布置在内表面和外表面两者上时，则框404处用于RF耦合器的逻辑将不会被应用。
在判决框406，做出CPE是否与RF通信设备集成在一起的判定。如果判定为否，则过程流向框408。在框408，采用一个或多个放大器来分别向通过窗户屏障传送的上载和下载RF无线信号提供增益。移至框412，将上载和下载RF无线信号传送给一个或多个CPE，该一个或多个CPE还可与位于屏障后和/或建筑物内部的一个或多个无线设备和/或有线设备通信。
在判决框414，如果上载RF无线信号的功率的值低于预定阈值，并且下载RF无线信号的功率的的另一值指示存在与远程无线基站的通信，则该过程循环返回框402，其中，此过程恢复基本相同的动作。替代地，如果上载RF无线信号的功率的值不小于预定阈值并且下载RF无线信号的功率的另一值指示存在与远程无线基站的通信，则过程循环返回步骤404，并恢复基本相同的动作。
替代地，如果判决框406处的确定为是(一个或多个CPE与RF通信设备集成)，则由一个或多个CPE经由一种或多种通信协议将上载和下载RF无线信号传送到建筑物内部的一个或多个无线设备和/或有线设备。接下来，过程前进到判决框414，并恢复基本相同的动作。
在图4B中，示出了一种方法，该方法用于采用本发明来自动确定被授权远程无线基站何时与CPE通信。因为当CPE与被授权与CPE进行通信的远程基站通信时，由RF通信设备传送的上载RF无线信号的功率的值明显更大，而下载RF无限信号的功率的另一值指示存在与远程无线基站的通信。因此，当收发分置放大被用于上载和下载RF无线信号时，上载RF无线信号的功率值可被用来检测被授权通信，而不必进一步分析上载RF无线信号的其他特性或内容。从起始框移动到框420，该过程监控上载RF无线信号的功率的值，而收发分置放大器同时向上载和下载RF无线信号提供单独可选增益。在判决框422，做出上载RF无线信号的功率值是否超过预定阈值的判定。如果为真，则过程循环回到框420。然而，如果判定为假，则过程进入框424。在框424，调整由外部天线的HMA提供的HMA波形的形状和/或方向，以与另一远程无线基站传送下载和上载RF无线信号。此外，在一个或多个实施例中，通过采用4G或更低等的无线通信协议的带外通信信道来远程控制对HMA波形的形状和/或方向的调整的控制。接下来，过程循环回到框420，并执行基本相同的动作。
基于中继的网络架构
在一个或多个实施例中，通过使用通信HMA设备来扩展基站向用户采用的无线通信设备提供5G无线通信的物理距离，该通信HMA设备类似于将HMA用于其外部天线的RF通信设备但有些许不同。图5示出了示例性实施例，该示例性实施例通过在远程基站和RF通信设备之间采用通信HMA设备的不同配置，扩展了可以在远程基站和RF通信设备之间传送上载和下载RF信号的物理距离。RF通信设备通常包括面向外部的天线，该面向外部的天线包括至少一个HMA，该HMA采用HMA波形藉由视距(light of sight)与远程基站进行通信。相反，通信HMA设备包括两个以上HMA和相应的控制器(它们除了配置HMA波形外，还被用于配置不同的操作通信模式)，包括中继HMA设备、反射器HMA设备、或基站代理HMA设备。
在一个或多个实施例中，通信HMA设备通常可以消耗小于50瓦的功率，并且这些设备能够在与下一HMA天线之间将HMA波形可靠地传送一公里以上的距离。此外，两个以上HMA的配置可以被布置在彼此不同的角度(例如，垂直)，以使HMA波形的传送可以围绕建筑物的拐角“弯曲”和/或避免遮挡与其他通信HMA设备和/或用户HMA设备的视距通信。
在一个或多个实施例中，通信HMA设备可以被配置为作为反射器HMA设备操作，该反射器HMA设备采用一个HMA与位于相对静态的物理位置的一个或多个RF通信设备进行通信。反射器HMA设备采用另一HMA与一个或多个基站、基站代理HMA设备、或中继HMA设备进行通信。在反射器操作模式中，由一个或多个用户HMA设备接收的HMA波形被用于向用户提供5G无线通信。
如图5所示，示出了用于从一个或多个数据中心504传送数据的系统500的概观，该系统采用一个或多个网络运营中心502将数据路由到一个或多个远程无线基站508，该一个或多个远程无线基站508以RF无线信号的形式将数据传送给一个或多个无线通信设备(未图示)。如图所示，数据被从一个或多个数据中心504传送，并部分地由一个或多个NOC 502通过网络506路由到一个或多个远程无线基站508，该一个或多个远程无线基站508与一个或多个RF通信设备516、一个或多个用户无线设备518、以及一个或多个HMA通信设备无线地传送数据，该一个或多个HMA通信设备被配置为中继设备410、反射器512、和/或基站代理514中的一者或多者。此外，一个或多个客户端设备505可以运行提供对一个或多个RF通信设备和/或一个或多个通信HMA设备的不同配置的远程分析和控制的应用。
另外，图6A和6B示出了被配置为反射器HMA设备的通信HMA设备，其中，该反射器HMA设备具有控制器604，该控制器被布置为操作HMA 602A经由HMA波形向其他通信HMA设备传送RF无线信号，并且操作HMA 602B经由HMA波形与多个RF通信设备606传送RF无线信号。
在一个或多个实施例中，通信HMA设备可以被配置为作为中继HMA设备操作，该中继HMA设备采用一个HMA来与基站、基站代理HMA设备、反射器HMA设备、或另一中继HMA设备传送RF信号。并且，中继HMA设备采用另一HMA来与另一中继HMA设备或反射器HMA设备传送RF信号。在中继操作模式中，通常将RF信号的HMA波形从一个通信HMA设备“中继”到网络结构中的另一通信HMA设备，直到将RF信号传送至其目的地，即，一个或多个RF通信设备和/或一个或多个用户无线通信设备为止。
另外，图7A和7B示出了被配置为中继HMA设备的通信HMA设备，其中，该中继HMA设备具有控制器704，该控制器被布置为操作HMA 702A利用HMA波形与另一通信HMA设备706传送RF信号，并操作HMA 702B利用HMA波形与另一通信HMA设备708传送RF信号。
在一个或多个实施例中，通信HMA设备可以被配置为作为基站代理HMA设备操作，该基站代理HMA设备采用一个HMA来与基站或另一基站代理HMA设备进行通信。并且，该基站代理HMA设备采用另一HMA来进行与一个或多个其他通信HMA设备(该一个或多个其他通信HMA设备可以被配置为中继HMA设备或反射器HMA设备、RF通信设备、和/或用户无线通信设备中的一者或多者)的HMA通信的多路传送。
另外，图8A和8B示出了被配置为基站代理HMA的通信HMA设备，其中，该基站代理HMA设备具有控制器804，该控制器被布置为操作HMA 802A利用HMA波形与基站或另一基站代理HMA设备806传送RF信号，并操作HMA 802B进行与其他通信HMA设备808(例如，反射器HMA设备、中继HMA设备、RF通信设备、和/或用户无线通信设备)的RF信号的多路传送。
在一个或多个实施例中，多个通信HMA设备物理上位于整个城市、城镇、工厂、工业区、公园等中的电话杆、灯杆、塔、建筑物等上。在一个或多个实施例中，网络结构由布置在物理区域中的多个通信HMA设备形成，这些通信HMA设备可以被动态地控制。网络结构配置提供了HMA通信设备的通信模式的重新配置、动态实时负载平衡、和冗余，以为无线通信设备(例如，移动电话、平板电脑、笔记本电脑、车辆等)的用户提供可靠且经济的5G无线通信。
图9示出了一种示例性方法的逻辑流程图，该示例性方法采用不同类型的HMA设备藉由HMA波形通过网络结构与一个或多个无线计算设备通信，该一个或多个无线计算设备与用户HMA设备通信，该用户HMA设备为无线通信设备提供5G无线通信。
从起始框开始，过程前进到框902。在框902，基站提供与一个或多个RF通信设备的无线通信。接下来，过程前进到判决框904。在判决框904，做出一个或多个无线通信设备用户是否可以进行直接HMA波形通信的判定。如果是，则过程进行到框906。在框906，HMA波形为用户的无线通信设备提供5G无线通信。
替代地，如果框904处的判定为否，则过程前进至框908。在框908，一个或多个通信HMA设备被配置作为中继设备、反射器、或基站代理，以提供与用户HMA设备的HMA波形通信，用户HMA设备使能与用户的无线设备的5G无线通信。接下来，如果识别出影响通信的遮挡、负载平衡、或距离问题，则该过程循环回到判决框904。在判决框904，该过程以动态实时操作模式执行基本相同的动作。
图10示出了采用上载RF无线信号的功率值来确定与被授权远程无线基站和客户驻地装备的通信的示例性方法1000的逻辑流程图。从开始框开始，过程前进到框1002。在框1002，为上载RF无线信号和下载RF无线信号两者提供单独可选的(连续)增益。接下来，处理步骤前进至框1004。在框1004，监控上载RF无线信号的功率的值和下载RF无线信号的功率的另一个值。
进行到判决框1006，做出上载RF无线信号的功率值是否满足用于被授权远程无线基站和CPE之间的肯定性通信的阈值并且下载RF无线信号的另一功率值是否指示与远程无线基站的通信的存在的判定。如果为否，则过程循环回到框1002以执行基本相同的动作。然而，如果框1006处的判定为真，则过程前进至框1008。在框1008，调整上载和下载RF无线信号的单独可选增益，以优化CPE与RF通信设备之间以及远程无线基站与RF通信设备之间的通信。
接下来，过程前进到框1010。在框1010，对外部天线提供的HMA波形的形状和/或方向进行可选调整，以优化RF通信设备与远程无线基站之间的上载和下载RF无线信号的传送。此外，过程返回以执行其他动作。
另外，将理解的是，流程图图示的每个框以及流程图图示中的框的组合(或以上就一个或多个系统或系统的组合解释的动作)可以由计算机程序指令实现。可以将这些程序指令提供给处理器以产生机器，使得指令在被处理器运行时创建用于实现在一个或多个流程图框中指定的动作的装置。计算机程序指令可以由处理器运行以使一系列操作步骤由处理器执行，来生成计算机实现的过程，从而使得指令在处理器上运行时提供用于实现在一个或多个流程图框中指定的动作的步骤。计算机程序指令还可以使流程图的框中所示的至少一些操作步骤并行执行。此外，某些步骤也可以在一个以上的处理器上执行，例如在多处理器计算机系统中可能会出现。另外，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，流程图说明中的一个或多个框或框的组合也可以与其他框或框的组合同时执行，或者甚至以所图示的顺序不同的顺序执行。
另外，在一或多个步骤或框中，可使用嵌入式逻辑硬件而不是计算机程序来实现，该嵌入式逻辑硬件为例如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程阵列逻辑(PAL)等。嵌入式逻辑硬件可以直接执行嵌入式逻辑，以执行一个或多个步骤或框中的一些或全部动作。此外，在一个或多个实施例(图中未示出)中，一个或多个步骤或框中的一些或全部动作可以由硬件微控制器而不是CPU来执行。在一个或多个实施例中，微控制器可以直接执行其自己的嵌入式逻辑来执行动作，并且可以访问其自己的内部存储器以及其自己的外部输入和输出接口(例如，硬件引脚和/或无线收发器)来执行诸如偏上系统(SOC)之类的动作。
以上的说明、示例、和数据提供了对本发明的制造和使用的全面描述。由于可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出本发明的许多实施例，因此本发明落入之后所附的权利要求中。
