一种基于波束对准的MIMO天线阵列制造技术

本发明专利技术提供一种基于波束对准的MIMO天线阵列，包括：发射阵，具有第一数量的阵元端口；接收阵，具有第二数量的阵元端口；所述发射阵的阵元端口之间具有第一间距；所述接收阵的阵元端口之间具有第二间距；所述发射阵与所述接收阵之间具有一间距；其特征在于，所述发射阵中第一数量的阵元与所述接收阵中所述第二数量的阵元相等，且发射阵阵元端口与接收阵阵元端口一一对准；所述发射阵阵元端口与接收阵阵元端口一一对准包括，发射端口的主波束与所述接收端口的主波束相互对准。

【技术实现步骤摘要】
一种基于波束对准的MIMO天线阵列
本专利技术属于天线领域，特别地，涉及一种基于波束对准的MIMO天线阵。
技术介绍
在无线系统中，通过多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)技术，在发射端和接收端同时采用多个天线，结合空时信号处理技术，能成倍地提高通信系统的频谱效率和信道容量，因此MIMO技术已经受到人们的广泛关注，成为802.11n，802.16，LTE和5G等无线通信和雷达系统中的核心技术。在实际的无线通信系统中，由于基站和移动用户端的空间尺寸都很有限，从而使MIMO技术的应用受到了很大限制，特别是在强直射信道中，由于在这种信道中以直射信号为主，多径角度扩展较小，为了在不同的收发阵元对之间获得相互独立的信道响应，一般需要较大的收发阵元间距。因此，在强直射信道中，如何获得满秩的紧凑型MIMO天线阵的结构，一直是MIMO天线阵列设计理论和实现中所急需解决的难题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的第一方面提供一种基于波束对准的MIMO天线阵列，在直射信道或稀疏多径信道中，所述MIMO天线阵列的发射阵列阵元端口与接收阵列阵元端口为具有方向性的辐射阵元，且发射阵列阵元端口与接收阵列阵元端口的波束相互对准。优选地，通过紧凑的天线阵元端口间距获得一个满秩的MIMO信道矩阵。紧凑的天线阵元间距是指，基于波束对准的MIMO天线阵列可以比全向天线具有更小的阵元间距，即其更加“紧凑”。优选地，当所述发射阵列阵元端口间距为零时，增加所述接收阵列阵元端口间距，以获得满自由度的MIMO系统；或者，当所述接收阵列阵元端口间距为零时，增加所述发射阵列阵元端口间距，以获得满自由度的MIMO系统。本专利技术的第二方面，提供一种通讯系统，包括，第一通讯设备，以及与所述第一通讯系统设备通讯的第二通讯设备；所述第一通讯设备搭载MIMO天线阵列的发射阵列阵；所述第二通讯设备搭载MIMO天线阵列的接收阵列阵；在直射信道或稀疏多径信道中，所述MIMO天线阵列的发射阵列阵元端口与接收阵列阵元端口为具有方向性的辐射阵元，且发射阵列阵元端口与接收阵列阵元端口的波束相互对准。优选地，所述第一通讯设备搭载MIMO天线阵列的发射阵列阵阵元间距为零；所述第二通讯设备搭载MIMO天线阵列的接收阵列阵阵元间距满足第一间距以使得所述系统为满自由度的MIMO系统；或者，所述第二通讯设备搭载MIMO天线阵列的接收阵列阵阵元间距为零；所述第一通讯设备搭载MIMO天线阵列的发射阵列阵阵元间距满足第二间距以使得所述系统为满自由度的MIMO系统。本专利技术的第三方面，提供一种基站，所述基站搭载基于波束对准的MIMO天线阵列的发射阵列，或者，基站搭载基于波束对准的MIMO天线阵列的接收阵列。本专利技术的第四方面，提供一种移动终端，所述移动终端搭载基于波束对准的MIMO天线阵列的发射阵列，所述基站搭载基于波束对准的MIMO天线阵列的发射阵列。本专利技术的第五方面，综合本专利技术的第三方面和第四方面，可以在所述基站上设置基于波束对准的MIMO天线阵列的发射/接收阵列；而在所述移动终端上设置基于波束对准的MIMO天线阵列的接收/发射阵列。如此，可以保证例如移动终端处具有阵元间距为零的，发射/接收阵列。本专利技术的第六方面，提供一种基于波束对准的MIMO天线阵列，具有如下结构：发射阵(Tx)，具有第一数量(Nt)的阵元端口；接收阵(Rx)，具有第二数量(Nr)的阵元端口；所述发射阵(Tx)的阵元端口之间具有第一间距(dt)；所述接收阵(Rx)的阵元端口之间具有第二间距(dr)；所述发射阵(Tx)与所述接收阵(Rx)之间具有一间距(R)；其特征在于，所述发射阵(Tx)中第一数量(Nt)的阵元与所述接收阵(Rx)中所述第二数量(Nr)的阵元相等，且发射阵(Tx)阵元端口与接收阵(Rx)阵元端口一一对准；所述发射阵(Tx)阵元端口与接收阵(Rx)阵元端口一一对准包括，发射端口的主波束与所述接收端口的主波束相互对准。本专利技术具有如下有益效果：1)解决了在直射信道和稀疏多径信道中高信道容量的MIMO天线阵设计问题。在直射和稀疏多径信道中，本专利技术中考虑采用有方向性的辐射阵元，通过发射和接收阵元对的波束对准来实现高信道容量。2)提出了在直射信道和稀疏多径信道中获得高信道容量的一种紧凑型MIMO天线阵设计理论。本专利技术中通过收、发端口的波束对准，可以通过紧凑的天线阵结构来获得一个满秩的MIMO信道矩阵，更重要的是，如果发射端或接收端中的某一个天线阵的阵元端口间距为零，只增加另一方的阵元端口间距也可以获得一个满自由度的MIMO系统，这是在基于全向辐射阵元的MIMO系统中所无法实现的。3)当然，本专利技术也可以用于散射丰富的信道。本专利技术为直射和稀疏多径等信道中高信道容量、紧凑型MIMO天线阵的实现提供了重要的解决方案。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明；图1为本专利技术实施例提供的LOS信道中的MIMO系统示意图；图2为本专利技术实施例提供的基于波束对准的MIMO系统设计示意图；图3为本专利技术实施例提供的高斯波束的方向性描述；图4(a)为本专利技术实施例提供的直射信道中全向辐射阵元的MIMO信道容量增益与收发阵端口间距的关系中dt和dr同时增加的示意图；图4(b)为本专利技术实施例提供的直射信道中全向辐射阵元的MIMO信道容量增益与收发阵端口间距的关系中dr＝0,dt增加示意图；图5(a)为本专利技术实施例提供的直射信道中基于波束对准的MIMO信道容量增益与收发阵端口间距的关系中dt和dr同时增加的示意图；图5(b)为本专利技术实施例提供的直射信道中基于波束对准的MIMO信道容量增益与收发阵端口间距的关系中dr＝0,dt增加示意图；图6为本专利技术实施例提供的直射信道中全向辐射阵元的MIMO信道矩阵奇异值；图7为本专利技术实施例提供的直射信道中有方向性辐射阵元的基于波束对准的MIMO信道矩阵奇异值。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。在一个MIMO系统中，信道容量随收发天线端口个数的增加而线性增加的前提是对信道空间复用增益的利用，而为了获得较大的空间复用增益，要求MIMO系统能够获得足够大的空间自由度。一个MIMO系统的空间自由度是指它所能支持的并行子信道数，等于MIMO信道矩阵H的秩和其非零特征值的个数，因此为了获得一个满自由度的系统，要求具有满秩的MIMO信道矩阵，即Rank(H)＝N，其中假设N＝Nt＝Nr，Nt和Nr分别为MIMO系统的发射和接收端口数。为了获得满秩的MIMO信道矩阵，对于全向辐射的天线阵元，要求发射天线阵的阵元端口间距dt和接收天线阵的阵元端口间距dr都要足够大，而且所需的dt和dr与信道中多径的丰富程度密切相关，在多径较为丰富的环境中所需的最小发射和接收阵元间距一般为半个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于波束对准的MIMO天线阵列，其特征在于，所述MIMO天线阵列的发射阵列阵元端口与接收阵列阵元端口为具有方向性的辐射阵元，且发射阵列阵元端口与接收阵列阵元端口的波束相互对准。

【技术特征摘要】
1.一种基于波束对准的MIMO天线阵列，其特征在于，所述MIMO天线阵列的发射阵列阵元端口与接收阵列阵元端口为具有方向性的辐射阵元，且发射阵列阵元端口与接收阵列阵元端口的波束相互对准。2.根据权利要求1所述的MIMO天线阵列，其特征在于，通过紧凑的天线阵元端口间距获得一个满秩的MIMO信道矩阵。3.根据权利要求1所述的MIMO天线阵列，其特征在于，当所述发射阵列阵元端口间距为零时，增加所述接收阵列阵元端口间距，以获得满自由度的MIMO系统；或者，当所述接收阵列阵元端口间距为零时，增加所述发射阵列阵元端口间距，以获得满自由度的MIMO系统。4.一种通讯系统，所述通讯系统包括，第一通讯设备，以及与所述第一通讯系统设备通讯的第二通讯设备；所述第一通讯设备搭载MIMO天线阵列的发射阵列阵；所述第二通讯设备搭载MIMO天线阵列的接收阵列阵；所述MIMO天线阵列的发射阵列阵元端口与接收阵列阵元端口为具有方向性的辐射阵元，且发射阵列阵元端口与接收阵列阵元端口的波束相互对准。5.根据权利要求4所述的通讯系统，其特征在于，所述第一通讯设备搭载MIMO天线阵列的发射阵列阵阵元间距为零；所述第二通讯设备搭载MIMO天线阵列的接收阵列阵阵元间距满足第一间距以使得所述系统为满自由度的MIMO系统；或者，所述第二通讯设备搭载MIMO天线阵列的接收阵列阵阵元间距为零；所述第一通讯设备搭载MIMO天线阵列的发射阵列阵阵元间距满足第二间距以使得所述系统为满自由度的MIMO系统。6.一种基站，所述基站搭载权利要求1-3之一所述的MIMO天线阵列的发射阵列；或者，所述基站搭载权利要求1-3之一所述的MIMO天线阵列的接收阵列。7.一种移动终端，所述移动终端搭载权利要求1-3之一所述的MIMO天线阵列的发射阵列；或者，所述移动终端搭载权...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴大志，
申请(专利权)人：中国传媒大学，
类型：发明
国别省市：北京,11