一种5G大规模天线波束控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种5G大规模天线波束控制系统，包括用于发出基带信号的基带信号处理器，基带信号处理器连接有n个射频链路，每个射频链路还分别连接有天线波束控制子系统，n个天线波束控制子系统呈阵列排布，每个天线波束控制子系统均用于发出或联合其它天线波束控制子系统组合发出波束，每个天线波束控制子系统还用于调节或联合其它天线波束控制子系统组合调节发出波束的方位角和俯仰角；该系统所设计的阵列灵活度大，两组移相器可分别控制天线波束的水平及俯仰角，也可进行多个波束同时扫描，直接在实际系统中采用。

【技术实现步骤摘要】
一种5G大规模天线波束控制系统及方法
本专利技术属于无线通讯
，尤其涉及一种5G大规模天线波束控制系统及方法。
技术介绍
5G完整的标准预计将在2019年底完成，国际电联建议书最终将包含IMT-2020的全部技术规范。5G主要技术指标包括：峰值速率大于10Gbit/S，时延小于1毫秒等。为了达到这个速率提升指标，需要大幅度扩展通信频宽。而6GHz以下的频段基本被各类其他通信系统占用，因此需要利用毫米波频段。毫米波频段由于其波长短、路径损耗大、覆盖受限，必须采用大规模天线阵列技术以获得高的方向性增益。受制于功耗及成本的限制，基站天线单元数量在100-1000个之间、而射频链路数通常远小于天线数量，一般在几个到几十个之间。因此，需要在射频链路到天线之间采用移相器等以完成波束控制。目前，采用移相器方案有如下几种：1)全连接的波束成型方案；如图5所示，该方案中每个射频链路到每个天线之间均有移相器连接。2)混合连接方法；如图6所示，该方法将射频链路及天线分别分组，然后在每一组内将每个射频链路与每个天线用移相器连接。全连接方法需要采用大量移相器且相互之间耦合严重，成本高且实用性差。混合连接方案虽然大幅降低了移相器的使用数量，但未考虑实际天线布设方式等方面因素，实用效果仍然较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种5G大规模天线波束控制系统及方法，可以控制波束在三维空间进行扫描，还可以分别构建增益最大的单波束和不同增益的多个波束。本专利技术采用以下技术方案：一种5G大规模天线波束控制子系统，包括与外部射频链路相连的主路功分器，主路功分器连接至方位角移相器组，方位角移相器组包含有m1个方位角移相器，每个方位角移相器均通过支路功分器连接至俯仰角移相器组，每个俯仰角移相器组均包含有m2个俯仰角移相器，每个俯仰角移相器均连接有天线单元；其中，m1、m2均为大于0的整数。进一步地，主路功分器将信号分为m1路，并分别与m1个方位角移相器相连接；每个支路功分器均将信号分为m2路，并分别与m2个俯仰角移相器相连接；m1＝m2，且m1、m2均为2的整数倍。本专利技术另一种技术方案：一种5G大规模天线波束控制系统，包含上述的一种5G大规模天线波束控制子系统，包括用于发出基带信号的基带信号处理器，基带信号处理器连接有n个射频链路，每个射频链路还分别连接有天线波束控制子系统，n个天线波束控制子系统呈阵列排布，每个天线波束控制子系统均用于发出或联合其它天线波束控制子系统组合发出波束，每个天线波束控制子系统还用于调节或联合其它天线波束控制子系统组合调节发出波束的方位角和俯仰角；其中，n为大于0的整数。进一步地，m1＝m2＝n＝4。本专利技术的另一种技术方案：一种5G大规模天线波束控制方法，具体方法为：基带信号处理器发出n个基带信号至n个射频链路，并分别通过n个射频链路发送至n个天线波束控制子系统，通过每个天线波束控制子系统调节波束的方位角和俯仰角并发出波束；每个天线波束控制子系统调节波束方位角和俯仰角的过程为：通过主路功分器将射频链路发出的信号分为m1个支路，并分别将发送至m1个方位角移相器，每个方位角移相器发出的信号相位移动分别为m1个方位角移相器组成方位角移相器组，每个方位角移相器组的相位移动将每个方位角移相器发出的信号发送至支路功分器，通过支路功分器将信号分为m2个支路，并分别发送至m2个俯仰角移相器，每个俯仰角移相器发出的信号相位移动分别为m2个俯仰角移相器组成俯仰角移相器组，每个俯仰角移相器组的相位移动其中，n、m1、m2均为大于0的整数；将每个俯仰角移相器的输出信号均通过天线单元发出，得出阵列响应矢量为的波束。进一步地，m1＝m2，且m1、m2均为2的整数倍。进一步地，m1＝m2＝n＝4。进一步地，当发射单个高增益波束时，基带信号x1＝x2＝x3＝x4，波束的方位角波束的俯仰角其中，为信号x1调节后的方位角，为信号x2调节后的方位角，为信号x3调节后的方位角，为信号x4调节后的方位角，信号x1调节后的俯仰角，信号x2调节后的俯仰角，为信号x3调节后的俯仰角，为信号x4调节后的俯仰角，发出波束对应的阵列响应矢量为当发射两个波束时，通过第一个天线波束控制子系统和第二个天线波束控制子系统构造第一个波束，基带信号x1＝x2，第一个波束的方位角第一个波束的俯仰角通过第三个天线波束控制子系统和第四个天线波束控制子系统构造第二个波束，基带信号x3＝x4，第二个波束的方位角第二个波束的俯仰角第一个波束和第二个波束的阵列响应矢量分别为本专利技术的有益效果是：通过平面均匀布设的天线阵列，采用一组移相器控制波束方位角，另一组移相器控制波束俯仰角，从而组成基本单元阵列，可以控制波束在三维空间进行扫描，在减少移相器使用数量的同时，保证了波束的增益及使用效果。且通过多组基本单元阵列可以构建成更大的阵列，通过这些移相器的排列组合可以构造出各类复杂的波束，可以构建增益最大的单波束，也可以构建不同增益的多个波束，以适应5G通信系统的复杂环境；该方法所设计的阵列灵活度大，两组移相器可分别控制天线波束的水平及俯仰角，也可进行多个波束同时扫描，直接在实际系统中采用。【附图说明】图1为本专利技术一种5G大规模天线波束控制系统的结构示意图；图2为本专利技术一种5G大规模天线波束控制子系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例1中发出的不同数量天线波束的示意图；图4为本专利技术实施例2中发出的不同数量天线波束的示意图；图5为现有技术中全连接的波束成型方案示意图；图6为现有技术中混合连接的波束成型方案示意图。其中，1.基带信号处理器；2.射频链路；3.主路功分器；4.方位角移相器组；5.支路功分器；6.俯仰角移相器组；7.天线单元。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术公开了一种5G大规模天线波束控制子系统，如图2所示，包括与外部射频链路2相连的主路功分器3，每个主路功分器3均连接至方位角移相器组4，方位角移相器组4包含有m1个方位角移相器，每个方位角移相器均通过支路功分器5连接至俯仰角移相器组6，每个俯仰角移相器组6均包含有m2个俯仰角移相器，每个俯仰角移相器均连接有天线单元7；其中，m1、m2均为大于0的整数。本专利技术还公开了一种5G大规模天线波束控制系统，如图1所示，包括用于发出基带信号的基带信号处理器1，基带信号处理器1连接有n个射频链路2，每个射频链路2还分别连接有天线波束控制子系统。每个天线波束控制子系统均包括与射频链路2相连的主路功分器3，每个主路功分器3均连接至方位角移相器组4，每个方位角移相器组4均包含有m1个方位角移相器，每个方位角移相器均通过支路功分器5连接至俯仰角移相器组6，每个俯仰角移相器组6均包含有m2个俯仰角移相器，每个俯仰角移相器均连接有天线单元7。n个天线波束控制子系统呈阵列排布，每个天线波束控制子系统均用于发出或联合其它天线波束控制子系统组合发出波束，每个天线波束控制子系统还用于调节或联合其它天线波束控制子系统组合调节发出波束的方位角和俯仰角。其中n、m1、m2均为大于0的整数，优选的m1＝m2，且m1、m2均为2的整数倍，更优选的m1＝m2＝4，n＝4。本专利技术还公开了一种5G大规模天线波束控制方法，基带信号处理器1发出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种5G大规模天线波束控制子系统，其特征在于，包括与外部射频链路(2)相连的主路功分器(3)，所述主路功分器(3)连接至方位角移相器组(4)，所述方位角移相器组(4)包含有m1个方位角移相器，每个所述方位角移相器均通过支路功分器(5)连接至俯仰角移相器组(6)，每个所述俯仰角移相器组(6)均包含有m2个俯仰角移相器，每个所述俯仰角移相器均连接有天线单元(7)；其中，m1、m2均为大于0的整数。

【技术特征摘要】
1.一种5G大规模天线波束控制子系统，其特征在于，包括与外部射频链路(2)相连的主路功分器(3)，所述主路功分器(3)连接至方位角移相器组(4)，所述方位角移相器组(4)包含有m1个方位角移相器，每个所述方位角移相器均通过支路功分器(5)连接至俯仰角移相器组(6)，每个所述俯仰角移相器组(6)均包含有m2个俯仰角移相器，每个所述俯仰角移相器均连接有天线单元(7)；其中，m1、m2均为大于0的整数。2.如权利要求1所述的一种5G大规模天线波束控制子系统，其特征在于，所述主路功分器(3)将信号分为m1路，并分别与m1个方位角移相器相连接；每个所述支路功分器(5)均将信号分为m2路，并分别与m2个俯仰角移相器相连接；所述m1＝m2，且m1、m2均为2的整数倍。3.一种5G大规模天线波束控制系统，包含权利要求1或2任一所述的一种5G大规模天线波束控制子系统，其特征在于，包括用于发出基带信号的基带信号处理器(1)，所述基带信号处理器(1)连接有n个射频链路(2)，每个所述射频链路(2)还分别连接有所述天线波束控制子系统，所述n个天线波束控制子系统呈阵列排布，每个所述天线波束控制子系统均用于发出或联合其它天线波束控制子系统组合发出波束，每个所述天线波束控制子系统还用于调节或联合其它天线波束控制子系统组合调节发出波束的方位角和俯仰角；其中，n为大于0的整数。4.如权利要求3所述的一种5G大规模天线波束控制系统，其特征在于，所述m1＝m2＝n＝4。5.一种5G大规模天线波束控制方法，使用权利要求3或4所述的一种5G大规模天线波束控制系统，其特征在于，具体方法为：基带信号处理器(1)发出n个基带信号至n个射频链路(2)，并分别通过n个射频链路(2)发送至n个天线波束控制子系统，通过每个天线波束控制子系统调节波束的方位角和俯仰角并发出波束...

【专利技术属性】
技术研发人员：马延军，李国民，代新冠，张龙妹，张烨，张红，林晨昕，柳铮，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61