CN102780522A

CN102780522A - 一种天线阵列、基于该天线阵列的通信***以及通信方法

Info

Publication number: CN102780522A
Application number: CN2011101223253A
Authority: CN
Inventors: 谢葳; 吴磊; 黄帮明; 谢武胜
Original assignee: China Mobile Group Design Institute Co Ltd
Current assignee: China Mobile Group Design Institute Co Ltd
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2031-05-12
Also published as: CN102780522B

Abstract

本发明公开了一种天线阵列、基于该天线阵列的通信***以及通信方法，该天线阵列包括两个天线阵元组，其中，每个天线阵元组分别包括构成等边三角形位置关系的三个天线阵元、且各天线阵元之间的间距小于一个信号波长；所述两个天线阵元组内的每个天线阵元分别采用双极化方式进行极化，且同一个天线阵元组内的天线阵元采用相同的极化方式进行极化，不同天线阵元组内的天线阵元采用正交极化方式进行极化。采用该技术方案，能够同时支持MIMO技术及智能天线技术，从而提高通信***的数据传输效率及***容量。

Description

一种天线阵列、基于该天线阵列的通信***以及通信方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线阵列、基于该天线阵列的通信***以及通信方法。

背景技术

现有的智能天线阵列主要分为全向智能天线阵和定向智能天线阵，定向智能天线因其单阵元增益较大，业务波束更尖锐，更容易分扇区组网等优势而得到更广泛的应用。同时为了得到更好的赋形效果，尽量保证天线阵元之间信号的相关性，天线阵元之间的距离一般控制在1/2发射信号波长左右。

而MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put，多输入多输出)技术是长期演进(LTE)及后向***的关键技术，通过使用独立的空间信道，最大可能地提高***的容量。由于MIMO技术要求各天线阵元信号之间无相关性，因此，天线阵元之间的间距应尽可能地大，保证各天线阵元信号的独立性。

MIMO技术的核心是空时信号处理，也就是利用在空间中分布的多个时间域和空间域结合起来进行信号处理。因此，MIMO技术可以看作是智能天线的扩展。智能天线通常也被称作自适应天线，主要用于完成空间滤波和定位。从本质上看，智能天线利用了天线阵列中各单元之间的位置关系，即利用了信号的相位关系，这是它与传统分集技术的本质区别。

基于以上分析，比较这两种技术的异同点可以看出，MIMO和智能天线技术共存的主要障碍是天线结构：智能天线要求天线间距取1/2信号波长；而MIMO要求天线阵元之间的间距应尽可能地大，并且只用于MIMO***。而MIMO技术是未来通信***发展的方向，应该考虑智能天线***向该技术的演进问题，天线属于通信***的一部分，天线技术必须服从***演进和发展的方向。MIMO技术可以大大增加无线通信***的容量，并有效改善无线通信***的性能，非常适合未来移动通信***中对高速率业务的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种天线阵列、基于该天线阵列的通信***以及通信方法，采用该技术方案，能够同时支持MIMO技术及智能天线技术，从而提高通信***的数据传输效率及***容量。

本发明实施例通过如下技术方案实现：

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种天线阵列，包括：

两个天线阵元组，其中，每个天线阵元组分别包括构成等边三角形位置关系的三个天线阵元、且各天线阵元之间的间距小于一个信号波长；

所述两个天线阵元组内的每个天线阵元分别采用双极化方式进行极化，且同一个天线阵元组内的天线阵元采用相同的极化方式进行极化，不同天线阵元组内的天线阵元采用正交极化方式进行极化。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种通信***，包括上述的天线阵列。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种通信方法，应用于上述通信***，包括：

天线阵列包括的第一天线阵元组内的每个天线阵元分别接收采用第一极化方式进行极化处理后的信号；以及

所述天线阵列包括的第二天线阵元组内的每个天线阵元分别接收采用第二极化方式进行极化处理后的信号，所述第二极化方式与所述第一极化方式为正交极化方式；

所述第一天线阵元组内的每个天线阵元以及所述第二天线阵元组内的每个天线阵元分别采用智能天线技术发射接收的所述信号。

通过本发明实施例提供的天线阵列，将天线阵元分为两个天线阵元组，每个天线阵元组分别包括构成等边三角形位置关系的三个天线阵元、且各天线阵元之间的间距小于一个信号波长，以满足智能天线技术对天线阵元之间信号的相关性的要求；并且，两个天线阵元组内的每个天线阵元采用相同的极化方式进行极化，不同天线阵元组内的天线阵元采用正交极化方式进行极化，从而通过组间正交极化方式进行极化，以满足MIMO对天线阵元信号之间无相关性的要求，从而能够支持MIMO技术及智能天线技术。

通过本发明实施例提供的基于上述结构的天线阵列实现的通信***以及通信方法，由于该智能天线能够支持MIMO技术及智能天线技术，因此兼并了MIMO技术以及智能天线技术的优点，提高了通信***的数据传输效率及***容量，并且适应于未来移动通信***中对高速率业务的要求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的天线阵列的结构示意图一；

图2为本发明实施例一提供的天线阵列的结构示意图二；

图3为本发明实施例一提供的天线阵列的结构示意图三；

图4为本发明实施例二提供的基于图1所示的天线阵列实现通信的流程示意图；

图5为本发明实施例二提供的基于图3所示的天线阵列实现通信的流程示意图。

具体实施方式

为了给出同时支持MIMO技术及智能天线技术的实现方案，本发明实施例提供了一种天线阵列、基于该天线阵列的通信***以及通信方法，采用该技术方案，能够同时支持MIMO技术及智能天线技术，从而提高通信***的数据传输效率及***容量。

以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本发明实施例一提供了一种天线阵列，该天线阵列能够同时支持MIMO技术及智能天线技术。

图1示出了本发明实施例一提供的天线阵列的结构示意图。如图1所示，该天线阵列包括第一天线阵元组101以及第二天线阵元组102，该第一天线阵元组101以及第二天线阵元组102的结构相同，即每个天线阵元组分别包括构成等边三角形位置关系的三个天线阵元。具体地，且各天线阵元之间的间距为智能天线技术要求的间距，即小于一个信号波长，例如，优选地，可以选取该间距大于三分之一信号波长小于三分之二信号波长，需要根据具体的天线阵列情况而定，天线阵元间距过大，会降低信号之间的相关性，天线阵元之间的间距过小，将在方向图引起不必要的波瓣，优选地，该间距可以选取为1/2信号波长；第一天线阵元组101与第二天线阵元组之间的间距可以根据实际需要灵活设定，例如，可以设定为MIMO技术要求的间距，即设置该间距等于信号波长的设定倍数，例如，该间距等于1个信号波长。优选地，为了减少天线阵列的面积，本发明实施例还可以设定第一天线阵元组101与第二天线阵元组102之间的间距为大于1/2信号波长且小于1个信号波长，由于本发明实施例通过电线阵元组之间的正交极化实现天线阵元组之间信号的不相关，因此，第一天线阵元组101与第二天线阵元组102之间的间距在取大于1/2信号波长且小于1个信号波长时，也能够满足MIMO技术对信号不相关的要求，并且可以通过减少天线横向尺寸以达到减少风阻的目的。

进一步地，为了更好地满足智能天线技术对天线阵元之间信号的相关性的要求、以及满足MIMO对天线阵元信号之间无相关性的要求，本发明实施例一中，图1提供的天线阵列中，第一天线阵元组101以及第二天线阵元组102内的每个天线阵元分别采用双极化方式进行极化，且同一个天线阵元组内的天线阵元采用相同的极化方式进行极化，以保证同极化的天线阵元所发射的信号具有相同的相位和幅度，从而实现信号发射的波束赋形。不同天线阵元组内的天线阵元采用正交极化方式进行极化。其中，双极化方式可以包括正45度极化方式、负45度极化方式等，例如，第一天线阵元组101采用正45度极化方式进行极化，第二天线阵元组102采用负45度极化方式进行极化。

图2示出了本发明实施例一提供的又一天线阵列的结构示意图。在图1所示的天线阵列的基础上，该天线阵列如图2所示，还进一步包括与第一天线阵元组101对应且存在连接关系的第一定向耦合单元103、与第二天线阵元组102对应且存在连接关系的第二定向耦合单元104，以及分别与第一定向耦合单元103以及第二定向耦合单元104存在连接关系的极化校准单元105。

其中：

第一定向耦合单元103以及第二定向耦合单元104，主要用于对待输入对应的天线阵列组的信号进行定向耦合处理，即调整该信号的幅度及相位，使输入所对应的天线阵元组内的各天线阵元的信号的工作方式为同极化，以达到使发射信号相关的目的，形成波束赋形的效果；

极化校准单元105，主要用于对第一定向耦合单元103以及第二定向耦合单元104处理后的信号进行进一步校准，以使输入给第一天线阵元组101的信号的工作方式与输入给第二天线阵元组102的信号的工作方式互为正交极化方式。

图3示出了本发明实施例一提供的又一天线阵列的结构示意图。如图3所示，在图2所示的天线阵列的基础上，该天线阵列如图3所示，还进一步包括信号串并转换单元106，该信号串并转换单元106分别与第一定向耦合单元103的射频信号端口以及第二定向耦合单元104的射频信号端口存在连接关系，主要用于将串行信号转换为并行信号。

同理，为了更好地满足智能天线技术对天线阵元之间信号的相关性的要求、以及满足MIMO对天线阵元信号之间无相关性的要求，图2以及图3提供的天线阵列中，第一天线阵元组101以及第二天线阵元组102的工作方式与图1中第一天线阵元组101以及第二天线阵元组102的工作方式相同，即第一天线阵元组101以及第二天线阵元组102内的每个天线阵元分别采用双极化方式进行极化，且同一个天线阵元组内的天线阵元采用相同的极化方式进行极化，不同天线阵元组内的天线阵元采用正交极化方式进行极化。

根据本发明实施例一提供的上述任一结构的天线阵列，综合了双极化智能天线和单天线内阵元分组优势，通过双极化实现天线阵元组之间信号的不相关性，相对于单纯利用空间距离实现信号不相关的方式，在未来LTE引入双极化技术后，也能够适用未来LTE的发展趋势。

并且，本发明实施例一提供的天线阵列由于在天线阵元组由等边三角形位置关系的三个天线阵元构成，相对于现有智能天线平铺设计缩小了天线阵列占用的横向尺寸，在实现了智能天线和MIMO技术融合的基础上，也达到了便于施工以及减小风阻的目的，对现网影响较小，部署时可单个基站部署。

本发明实施例一提供的上述天线阵列，可以包括在现有的移动通信***中，例如，包括在基站设备中，以提高通信***的数据传输效率及***容量。

实施例二

本发明实施例二提供了一种基于实施例一所提供的天线阵列实现的通信方法。

图4示出了基于实施例一提供的天线阵列实现通信方法的流程示意图。如图4所示，基于图1所示的天线阵列实现的通信方法，主要包括如下步骤：

步骤401、天线阵列包括的第一天线阵元组101内的每个天线阵元分别接收采用第一极化方式进行极化处理后的信号。

步骤402、天线阵列包括的第二天线阵元组102内的每个天线阵元分别接收采用第二极化方式进行极化处理后的信号。

上述步骤401以及步骤402中，第一极化方式与第二极化方式为正交极化方式，例如，第一极化方式为正45度极化方式，则第二极化方式可以为负45度极化方式。并且，上述步骤401以及步骤402并无严格的执行顺序，通常情况下是同时执行。

步骤403、第一天线阵元组101内的每个天线阵元以及第二天线阵元组102内的每个天线阵元分别采用智能天线技术发射接收的信号。

至此，基于图1所示的天线阵列实现的通信流程结束。

通过图4对应的流程，第一天线阵元组101以及第二天线阵元组102内部各天线阵元接收的信号为同极化信号，在各天线阵元组内部能够实现信号的最大相关以满足智能天线技术的要求，第一天线阵元组101以及第二天线阵元组102内部各天线阵元接收的信号为正交极化信号，在各天线阵元组之间能够实现信号的最大不相关以满足MIMO技术的要求。从而通过该过程实现的通信过程，能够兼并智能天线技术以及MIMO技术的优点，提高了通信***的数据传输效率及***容量。

进一步地，本发明实施例二中，第一天线阵元组101以及第二天线阵元组102分别接收的信号为由串行信号转换得到的并行信号。

为了更好地理解本发明实施例提供的通信方法，以下结合图3所示的天线阵列，对本发明实施例二提供的通信方法的具体信号处理过程进行详细说明。

图5示出了基于实施例一提供的天线阵列实现通信方法的又一流程示意图。如图5所示，基于图3所示的天线阵列实现的通信方法，主要包括如下步骤：

步骤501、信号串并转换单元106将串行信号转换为两组并行信号，并分别通过射频信号端口输入给第一定向耦合单元103以及第二定向耦合单元104。

该步骤501中，信号串并转换单元106将串行信号转换为两组并行信号后，将一组并行信号输入给第一定向耦合单元103，将另一组并行信号输入给第二定向耦合单元104，从而使本发明提供的技术方案能够运用于OFDM(正交频分复用)与MIMO融合的技术中，能够使并行信号传输在正交子信道上。

步骤502、第一定向耦合单元103以及第二定向耦合单元104分别将输入的信号进行处理，并将处理后的信号输入给极化校准单元105。

该步骤502中，第一定向耦合单元103以及第二定向耦合单元104分别将输入的信号进行处理，即使输入给同一天线阵元组的信号满足同极化要求，具体处理过程已在上述实施例中说明，此处不再赘述。

步骤503、极化校准单元105对第一定向耦合单元103以及第二定向耦合单元104提供的信号进行处理，并将处理后的信号分别通过第一定向耦合单元103发送到第一天线阵元组101，以及通过第二定向耦合单元104发送到第二天线阵元组102。

该步骤503中，极化校准单元105对第一定向耦合单元103以及第二定向耦合单元104提供的信号进行处理，主要是使输入给第一天线阵元组101的信号的工作方式与输入给第二天线阵元组102的信号的工作方式互为正交极化方式。具体地，极化校准单元105可以采用现有的极化校准器实现，例如，极化校准器通过自适应的调整，保证天线阵元组之间的信号的正交极化，从而满足MIMO技术对信号不相关性的要求。

步骤504、第一天线阵元组101以及第二天线阵元组102分别将接收的信号采用智能天线技术发射。

该步骤504中，每个天线阵元组内部的三个天线阵元通过自适应网络、自适应调整加权值，形成若干个自适应波束从而达到传统智能天线工作要求。

至此，流程结束。

图5对应的流程中，相对独立的两个天线阵元组所发射的信号为：由一系列串行信号转换得到的两组并行信号，在极化方向正交状态下，形成多输入多输出天线工作模式，有效的克服无线移动通信信道的衰落效应。

本发明实施例提供的上述技术方案可以应用于CBD(Central BusinessDistrict，中央商务区)、住宅小区、高校等场景，也可以应用于地理和楼层环境复杂场景，传统的2/3G信号受地理和楼层环境复杂程度影响较大，主要由于楼层信号反射导致多径效应，或者地形坡度引起覆盖盲点，根据本发明实施例提供的技术方案可充分利用环境复杂引起的多径效应，将多径干扰变成分集增益，有效的改善信号恶化问题。

通过本发明实施例提供的天线阵列，将天线阵元分为两个天线阵元组，每个天线阵元组分别包括构成等边三角形位置关系的三个天线阵元、且各天线阵元之间的间距为智能天线技术要求的间距(小于一个信号波长)，以满足智能天线技术对天线阵元之间信号的相关性的要求；并且，两个天线阵元组内的每个天线阵元采用相同的极化方式进行极化，不同天线阵元组内的天线阵元采用正交极化方式进行极化，从而通过组间正交极化方式进行极化，以满足MIMO对天线阵元信号之间无相关性的要求，从而能够支持MIMO技术及智能天线技术。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种天线阵列，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述两个天线阵元组之间的间距大于1/2信号波长且小于1个信号波长。

3.如权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，每个天线阵元组内各天线阵元之间的间距为1/2信号波长。

4.如权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述双极化方式包括：

正45度极化方式、负45度极化方式。

5.如权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，还包括：

分别与每个天线阵元组对应的定向耦合单元，每个定向耦合单元分别与所对应的天线阵元组中的各天线阵元存在连接关系；以及

分别与所述定向耦合单元存在连接关系的极化校准单元。

6.如权利要求5所述的天线阵列，其特征在于，还包括：

分别与所述定向耦合单元的射频信号端口存在连接关系的信号串并转换单元，用于将串行信号转换为并行信号。

7.一种通信***，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的天线阵列。

8.一种通信方法，应用于权利要求7所述的通信***，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一极化方式为正45度极化方式，所述第二极化方式为负45度极化方式。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述信号为由串行信号转换得到的并行信号。