CN105049560B - 基于定向天线的手机分集***及手机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于定向天线的手机分集***及手机。基于定向天线的手机分集***，包括基板，多个天线单元，信道切换单元、处理器单元；所述处理器单元通过检测信号的电平和相位判断信号的强度和时延，然后通过信道切换单元切换；天线单元环绕基板的中心分布于基板边缘，天线单元的分布要求是使基板平面任一方向处于至少两个天线单元的半功率角内。本***主要基于方向图分集原理，采用多个定向天线单元将空间划分为多个扇区，每个扇区至少被两个相邻的天线单元覆盖，采用本***可有效提升手机天线的信道容量，可以实现提升手机上网速度，提高抗干扰能力，增加信号传播距离。
Description
技术领域
本发明属于无线通讯天线技术领域，涉及用于移动通讯终端的多天线***，具体为一种基于定向天线的手机分集***及手机。
背景技术
人们对无线通信***的要求越来越高，如高的传输速率，低误码率等，这就对天线提出了更高的要求，因此，以小型化多频段天线单元为基础的MIMO天线***成为研究的一个热点。所谓MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。MIMO ***通常要求天线单元之间要具有低相关性。这就要求天线单元之间具有小的互耦。因此，如何减小天线单元之间的互耦是一个关键的问题。天线单元的设计、阵列单元的数目、阵列结构、阵列放置方式等因素直接影响天线单元之间的互耦。互耦的存在既会降低天线效率，也会对天线单元之间的相关性产生影响。特别是对于手机MIMO天线而言，由于手机主板较小且多副天线共用相同的***地平面，必然导致多天线之间有强烈的耦合，从而使得 MIMO 天线的相关性系数很大，削弱了 MIMO 天线多径的优势。因此，在设计 MIMO 手机天线时，解耦已成为当今设计的重点与难点。因此，解耦技术是多天线***设计的核心问题之一。
除此之外，影响现有通信***的一些常见问题有：
多径衰落。接收机接收到的信号是各个方向到达信号的总和，它是多径传播的结果，地形和建筑物使得接收到的信号功率随机起伏，它是距离的函数，这些来自不同路径的信号，以不同相位迭加，使接收到的信号幅度和相位随着天线方向、位置、极化和时间而变化。
时延扩散。移动台使用中的多径传播本质，使得接收到的信号具有多个不同的延迟，体现在时域中信号的扩展。均方根时延扩展从城市区域的几分之一微秒变化到山区的100微秒，这使得信号的最大带宽被限制在40~250 KHz，当传播时延超过码元周期的10%时，会发生码间干扰，这种干扰会限制数据传输速率。
同频干扰。在给定频谱的通信***中，信道个数是有限的，限制了***通信容量，增加容量的办法就是频率复用，但是，频率复用会引起同频干扰，在CDMA***中，蜂窝内和相邻蜂窝都有许多强干扰源。由于CDMA的反向链路(从移动台到基站)是弱链路，基站接收的每个用户信号不仅受到本蜂窝小区内的多址干扰，而且还会受到相邻蜂窝用户的干扰。对于给定的同信道干扰水平，可以通过减小蜂窝的大小来提高容量，但是要以增加额外的基站为代价。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种基于定向天线的手机分集***及手机。
本发明的基本方案如下：
一种基于定向天线的手机分集***，包括基板，多个天线单元，信道切换单元、处理器单元；
所述处理器单元通过检测信号的电平和相位判断信号的强度和时延，然后通过信道切换单元切换；
天线单元环绕基板的中心分布于基板边缘，天线单元的分布要求是使基板平面任一方向处于至少两个天线单元的半功率角内。
所述的基于定向天线的手机分集***，所述天线单元数量≥4。
所述的基于定向天线的手机分集***，所用天线单元为定向天线单元，天线单元的立体方向性图基本为半球或锥形，赤道面方向性图基本为半圆或扇形，所述赤道面为基板上表面所在平面。
所述的基于定向天线的手机分集***，所述的天线单元覆盖频率相同或至少有一段频带所有天线单元均能覆盖。
所述的多个定向天线单元将空间划分为多个扇区，每个扇区至少被两个相邻的天线单元覆盖，根据各定向天线接收信号强度和时延比较，确定发射端的位置，根据比较结果将发射信号切换到接收信号最强、时延最短的定向天线上，形成一个空间滤波器，使信号得到增强，同时抑制干扰和噪声；所述发射端为基站或无线路由器。
一种采用所述的基于定向天线的手机分集***的手机。
本发明的有益效果：首先，本***基于方向图分集原理，在手机中首次采用了定向天线单元，在相同功率下，定向天线单元发射能量更为集中，在半功率角内方向上比全向天线传播距离更远。其次，确定发射端方向后，除该方向上的定向天线，其它天线都被关闭，形成一个空间滤波器，因此除发射端方向上的信号外，其余方向上的多径干扰信号，以及同频干扰信号等都被过滤掉了，因此能够抑制多径衰落，时延扩散，同频干扰等问题。再次，由于每一个定向天线单元都不处于其余定向天线单元的半功率角内，因此互不干扰，实现了MIMO天线间的高度解耦。所以整体上，可以实现提升手机上网速度，提高抗干扰能力，增加信号传播距离。
附图说明
图1是实施例1的基于定向天线的手机分集***的结构示意框图；
图2是实施例1的基于定向天线的手机分集***的工作原理图；
图3是实施例2的基于定向天线的手机分集***的结构示意框图；
图中，信道切换单元1、处理器单元2、基板3、第一定向天线单元41、第二定向天线单元
42、第三定向天线单元43、第四定向天线单元44、第五定向天线单元45、第六定向天线单元
46、第七定向天线单元47、第八定向天线单元48、第一扇区5、第二扇区6、第三扇区7、
第四扇区8、发射端9、多径干扰信号10、同频源11、障碍物12。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
所述的基于定向天线的手机分集***，如图1所示，包括基板3，四个定向天线单元（41、42、43、44），处理器单元2，信道切换单元1。四个定向天线单元为相同的天线单元。所述定向天线单元的方向性图，在赤道面上的半功率角为180度（如图1中四个虚线包围的扇形区域）。四个定向天线单元分布在基板3的四个角。天线单元半功率角的角平分线与所处基板角的角平分线处于同一条直线上。所谓半功率角就是主瓣上，功率下降到最强方向（主瓣方向）一半（3 dB）的夹角，比方说90度，就是说从主方向往左右各45度，功率就下降一半。半功率角反映了天线能量的集中程度。
处理器单元，信道切换单元设置在基板上。按照此实施例，任一平面方向至少会被2个定向天线单元的半功率角覆盖。所述的所有天线覆盖频率相同或至少有一段频带所有天线均能覆盖。所谓覆盖该频段，即天线的S11参数小于-6 dB。
采用四个定向天线单元将空间划分为4个扇区，每个扇区被两个相邻的天线单元覆盖，如图2所示，第一天线单元41与第二天线单元42共同覆盖第一扇区5，第三天线单元43与第一天线单元41共同覆盖第二扇区6，第四天线单元44与第三天线单元43共同覆盖第三扇区7，第二天线单元42与第四天线单元44共同覆盖第四扇区8。根据各定向天线接收信号强度和时延比较，确定发射端的位置，如图2确定发射端9所发射的信号处于第二扇区6，根据比较结果将发射信号切换到接收信号最强、时延最短的定向天线上，即第三天线单元43与第一天线单元41，其余天线单元线路关闭，形成一个空间滤波器，使信号得到增强，同时抑制第四扇区8内的来自同频源11和经障碍物12反射的多径干扰信号10的干扰和噪声。所述发射端9为基站或无线路由器。
为了说明本发明的基本工作原理，因此使用了本实施例，本实施例是本发明的最简实施例，很明显，本实施例的分区少，第三天线单元43与第一天线单元41虽然共同覆盖区域只有第二扇区6，但两个天线单元又分别单独覆盖了第一扇区5和第三扇区7，覆盖区域有共同扇区和相邻两个扇区270度，因此只能屏蔽来自第四扇区8一个扇区的干扰和噪声，仅仅只有90度范围。但是通过增加天线单元数量很容易得到优化，下面提出8天线单元的实施例2。
实施例2
如图3所示，所述的基于定向天线的手机分集***，包括基板3，八个定向天线单元（41，42，43，44，45，46，47，48），处理器单元2，信道切换单元1。八个定向天线单元为相同的天线单元。所述定向天线单元的方向性图，在赤道面上的半功率角为90度。八个定向天线单元分布在基板3四个角以及长边上。其中第一天线单元41，第二天线单元42，第三天线单元43，第四天线单元44，位于基板四个角，天线单元半功率角的角平分线与所处基板3四角的角平分线处于同一条直线上。另外四个天线单元分布于基板边缘中点，其中第五天线单元45，第八天线单元48分布于基板上下短边，半功率角的角平分线垂直于短边并经过短边中点；其中第六天线单元46，第七天线单元47位于基板左右长边，半功率角的角平分线垂直于长边并经过长边中点。处理器单元2，信道切换单元1分布在基板上。按照此实施例，平面上任一方向至少会被2个天线单元半功率角覆盖。
本实施例中，工作原理与实施例1相同，但本实施例中天线单元数量为8，天线单元半功率角为90度，因此可以分为8个扇区，每个扇区45度，被相邻两个天线单元覆盖。确定信号处于一个扇区后，覆盖该扇区的两个天线单元工作，这两个天线单元加起来覆盖的区域是共同扇区与相邻的两个扇区，一共是三个扇区，共135度，因此能屏蔽的扇区有5个，共225度。由此可见，八个天线单元的实施例分区精度已相当细致，屏蔽范围已大于接收范围。
Claims (2)
1.一种基于定向天线的手机分集***，其特征在于，包括基板（3），多个天线单元，信道切换单元（1）、处理器单元（2）；所述处理器单元（2）通过检测信号的电平和相位判断信号的强度和时延，然后通过信道切换单元（1）切换；天线单元环绕基板（3）的中心分布于基板边缘，天线单元的分布要求是使基板（3）平面任一方向处于至少两个天线单元的半功率角内；
所述天线单元数量≥4；
所用天线单元为定向天线单元，天线单元的立体方向性图为半球或锥形，赤道面方向性图为半圆或扇形，所述赤道面为基板（3）上表面所在平面；
所述的天线单元覆盖频率相同或至少有一段频带所有天线单元均能覆盖；
所述的多个定向天线单元将空间划分为多个扇区，每个扇区至少被两个相邻的天线单元覆盖，
根据各定向天线接收信号强度和时延比较，确定发射端（9）所发射的信号所处的扇区，根据比较结果将发射信号切换到接收信号最强、时延最短的定向天线上，具体为覆盖所述发射端（9）的所发射的信号所处的扇区的两个天线单元工作，其余天线单元线路关闭，由所述两个天线单元加起来覆盖的共同扇区与相邻的两个扇区形成一个空间滤波器，使发射端（9）方向上的信号得到增强，同时抑制其余扇区的干扰和噪声；
所述发射端（9）为基站或无线路由器。
2.一种采用如权利要求1任一项所述的基于定向天线的手机分集***的手机。
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