一种降维多波束天线系统技术方案

本申请公开一种降维多波束天线系统，该系统通过在射频端口与天线之间设计N/n进N出式（如，二进八出式）馈电网络，对天线系统架构进行了优化设计，基于该设计，能够使得射频端口数量降低至现有方案的1/n（如，四分之一），相应进行了天线波束降维，通过降维降低不必要的信道资源浪费，并同时保证形成的波束指向能够满足俯仰面的预定空间覆盖需求，从而，本申请提出的降维多波束天线系统，大大减少了射频链路数目，相应降低了后端信号处理中矩阵运算的维度，进而降低了计算功耗。此外，各组波束可根据用户分布实时独立调整其功率输入状态，相应能够降低某波束簇覆盖范围内少用户或无用户场景下的功率开销。

【技术实现步骤摘要】
一种降维多波束天线系统
本申请属于微波工程
，尤其涉及一种降维多波束天线系统。
技术介绍
MIMO（Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出）技术，是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。作为5G（5th-Generation，第五代移动通信技术）的关键核心技术，大规模MIMO技术通过采用更多数目的天线单元，实现在不占用更多频谱资源的条件下成倍地提升系统容量。在传统的通信基站中，每个天线单元后端需要连接与之相应的射频链路，其中包含移相器、功率放大器等射频器件，因此增加天线单元数目将会不可避免地引起射频器件数目的增加，进而大幅增加通信系统损耗，提升系统成本。近年来，多波束天线技术因可以降低大规模MIMO系统中射频复杂度而受到关注与研究，然而，专利技术人根据普适场景下的信道分析，发现，在俯仰空间全覆盖的基站通信场景中，超过半数的辐射波束指向几乎没有通信链路存在的冗余空间，造成了不必要的信道资源浪费。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种降维多波束天线系统，以通过对天线系统架构的优化设计，解决现有多波束天线技术的上述缺陷，至少降低信道资源浪费。具体技术方案如下：一种降维多波束天线系统，包括：N个子阵列、N个馈电网络、N2/n个射频端口、不大于M组的定向波束；M组的定向波束形成的波束指向满足俯仰面的预定空间覆盖需求；N、n、N2/n与M均为大于1的整数；>其中：每一子阵列包括N个天线单元；每一馈电网络为N/n进N出式馈电网络；各个子阵列与各个馈电网络一对一连接，且，每一子阵列中N个天线单元的不同输入端口分别一对一连接所对应馈电网络的N个输出端口；每一馈电网络包括的N/n个输入端口一对一连接N/n个射频端口；N2/n个射频端口划分为M个组，每组射频端口用于产生一组定向波束。可选的，上述系统中：N=8；n=4；M=4；所述馈电网络为二进八出式馈电网络。可选的，所述每一子阵列中N个天线单元的不同输入端口分别一对一连接所对应馈电网络的N个输出端口，包括：8个子阵列中的第一子阵列（101）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第一馈电网络（111）的8个输出端口；第二子阵列（102）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第二馈电网络（112）的8个输出端口；第三子阵列（103）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第三馈电网络（113）的8个输出端口；第四子阵列（104）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第四馈电网络（114）的8个输出端口；第五子阵列（105）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第五馈电网络（115）的8个输出端口；第六子阵列（106）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第六馈电网络（116）的8个输出端口；第七子阵列（107）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第七馈电网络（117）的8个输出端口；第八子阵列（108）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第八馈电网络（118）的8个输出端口。可选的，所述每一馈电网络包括的N/n个输入端口一对一连接N/n个射频端口，包括：第一馈电网络（111）的2个输入端口分别一对一连接第一射频端口（11）与第二射频端口（12）；第二馈电网络（112）的2个输入端口分别一对一连接第三射频端口（21）与第四射频端口（22）；第三馈电网络（113）的2个输入端口分别一对一连接第五射频端口（31）与第六射频端口（32）；第四馈电网络（114）的2个输入端口分别一对一连接第七射频端口（41）与第八射频端口（42）；第五馈电网络（115）的2个输入端口分别一对一连接第九射频端口（51）与第十射频端口（52）；第六馈电网络（116）的2个输入端口分别一对一连接第十一射频端口（61）与第十二射频端口（62）；第七馈电网络（117）的2个输入端口分别一对一连接第十三射频端口（71）与第十四射频端口（72）；第八馈电网络（118）的2个输入端口分别一对一连接第十五射频端口（81）与第十六射频端口（82）。可选的，M组射频端口包括：由第一射频端口（11）、第三射频端口（21）、第五射频端口（31）与第七接射频端口（41）构成的第一组射频端口；由第九射频端口（51）、第十一射频端口（61）、第十三射频端口（71）与第十五接射频端口（81）构成的第二组射频端口；由第十射频端口（52）、第十二射频端口（62）、第十四射频端口（72）与第十六接射频端口（82）构成的第三组射频端口；由第二射频端口（12）、第四射频端口（22）、第六射频端口（32）与第八接射频端口（42）构成的第四组射频端口；其中，4组定向波束分别由4组射频端口激励产生；所述4组定向波束包括：由所述第一组射频端口激励产生的+17°指向波束；由所述第二组射频端口激励产生的+5.5°指向波束；由所述第三组射频端口激励产生的-17°指向波束；由所述第四组射频端口激励产生的-5.5°指向波束。可选的，所述M组的定向波束形成的波束指向满足俯仰面的预定空间覆盖需求，包括：各个所述子阵列在俯仰空间内形成的4组定向波束，能够在3dB波束宽度条件下实现45度空间覆盖。可选的，所述系统还包括：与不同组射频端口分别对应的不同开关组件；所述系统通过控制不同组射频端口的开关组件的开关状态，选择性激励相应的至少一组射频端口，相应形成对应的至少一组定向波束。可选的，所述系统在方位空间内，同组波束内部能够实现通信系统多输入多输出技术。根据以上方案可知，本申请公开的降维多波束天线系统，通过在射频端口与天线之间设计N/n进N出式（如，二进八出式）馈电网络，对天线系统架构进行了优化设计，基于该设计，能够使得射频端口数量降低至现有方案的1/n（如，四分之一），相应进行了天线波束降维，通过降维降低不必要的信道资源浪费，并同时保证形成的波束指向能够满足俯仰面的预定空间覆盖需求，从而，本申请提出的降维多波束天线系统，大大减少了射频链路数目，相应降低了后端信号处理中矩阵运算的维度，进而降低了计算功耗。此外，各组波束可根据用户分布实时独立调整其功率输入状态，相应能够降低某波束簇覆盖范围内少用户或无用户场景下的功率开销。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1是本申请实施例公开的降维多波束天线系统的组成结构示例；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降维多波束天线系统，其特征在于，包括：N个子阵列、N个馈电网络、N

【技术特征摘要】
1.一种降维多波束天线系统，其特征在于，包括：N个子阵列、N个馈电网络、N2/n个射频端口、不大于M组的定向波束；M组的定向波束形成的波束指向满足俯仰面的预定空间覆盖需求；N、n、N2/n与M均为大于1的整数；
其中：
每一子阵列包括N个天线单元；
每一馈电网络为N/n进N出式馈电网络；
各个子阵列与各个馈电网络一对一连接，且，每一子阵列中N个天线单元的不同输入端口分别一对一连接所对应馈电网络的N个输出端口；
每一馈电网络包括的N/n个输入端口一对一连接N/n个射频端口；
N2/n个射频端口划分为M个组，每组射频端口用于产生一组定向波束。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
N=8；
n=4；
M=4；
所述馈电网络为二进八出式馈电网络。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述每一子阵列中N个天线单元的不同输入端口分别一对一连接所对应馈电网络的N个输出端口，包括：
8个子阵列中的第一子阵列（101）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第一馈电网络（111）的8个输出端口；
第二子阵列（102）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第二馈电网络（112）的8个输出端口；
第三子阵列（103）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第三馈电网络（113）的8个输出端口；
第四子阵列（104）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第四馈电网络（114）的8个输出端口；
第五子阵列（105）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第五馈电网络（115）的8个输出端口；
第六子阵列（106）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第六馈电网络（116）的8个输出端口；
第七子阵列（107）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第七馈电网络（117）的8个输出端口；
第八子阵列（108）的8个天线单元的8个输入端口分别一对一连接第八馈电网络（118）的8个输出端口。


4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述每一馈电网络包括的N/n个输入端口一对一连接N/n个射频端口，包括：
第一馈电网络（111）的2个输入端口分别一对一连接第一射频端口（11）与第二射频端口（12）；
第二馈电网络（112）的2个输入端口分别一对一连接第三射频端口（21）与第四射频端口（22）；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李越，张永健，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11