天线系统和天线重构方法与流程

本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种天线系统和天线重构方法。

背景技术：
移动通信基站通常采用三扇区蜂窝配置，在频谱资源有限的情况下，通常会使用增加扇区(如六扇区)蜂窝配置来提高系统容量。而该配置在绝大多数应用场景和在时间上存在容量不平衡现象，由于在白天的话务量和数据业务大，所以在全部时间内都采用六扇区蜂窝配置，六套设备同时运行能够满足白天的大容量需求。然而在夜间由于用户数量急剧减少，六套设备同时开启将浪费大量资源。如果晚上能够关掉一部分设备，这将大幅降低运营商的OPEX(OperatingExpense，日常支出)，但是，在部分设备被关闭时，无法保证与全部设备共同工作时相同的覆盖和服务质量。

技术实现要素：
为了在节约资源的同时保证设备的相同覆盖和服务质量，本发明实施例提供了一种天线系统和天线重构方法。所述技术方案如下：一种天线系统，所述天线系统包括：天线、天线馈电网络以及至少两个信号源，所述的天线馈电网络包括与所述信号源之间进行信号传输的第一端口以及与所述天线之间进行信号传输的第二端口，所述的天线系统还包括：开关网络，所述开关网络连接在所述天线馈电网络的第一端口或者第二端口处，用以根据信号源的工作状态来重构天线系统的扇区，以使所述天线系统能够在相同的蜂窝拓扑的基础上实现多波束覆盖及全区域波束覆盖两种状态间的自由切换，其中，所述全区域波束覆盖包括所述的多波束覆盖的部分或者全部。一种天线系统，所述天线系统包括：天线、天线馈电网络以及至少两个信号源，所述天线、天线馈电网络以及至少两个信号源依次连接形成一个信号传输链路，所述天线系统还包括：开关网络，所述开关网络连接在所述信号传输链路中，所述开关网络至少包括两种工作状态，其中，在第一种工作状态下所述开关网络将所述至少两个信号源通过所述天线馈电网络与所述天线相连通以使所述天线系统形成多波束覆盖，所述多波束覆盖包括所述至少两个信号源中的各个信号源所构成的波束覆盖；在第二工作状态下所述开关网络将所述至少两个信号源中的一个信号源通过所述天线馈电网络与所述天线相连通以使所述天线系统形成与所述多波束覆盖区域重叠的全区域波束覆盖，其中，所述全区域波束覆盖包括在所述的第一种工作状态下所述至少两个信号源中的的各个信号源所构成的波束覆盖的部分或者全部。一种天线系统，所述天线系统包括：天线、天线馈电网络和至少两个信号源，所述天线馈电网络中包括有用以进行信号传输的信号通道，所述天线系统还包括：开关网络，所述开关网络与所述天线、天线馈电网络和至少两个信号源电连接，所述开关网络用于当所述至少两个信号源中的任一个信号源停止工作时，则根据所述天线馈电网络中各信号通道的相位延迟关系调整所述各信号通道的相位延迟，使得所述天线在相同的蜂窝拓扑的基础上形成全区域覆盖波束，其中所述的全区域覆盖波束同时覆盖在所述至少两个信号源中的任一个信号源在停止工作前所述至少两个信号源各自构成的波束覆盖的区域的部分或者全部。一种天线重构方法，所述天线系统包括：天线、天线馈电网络、至少两个信号源和开关网络，所述开关网络与所述天线、天线馈电网络和至少两个信号源电连接，所述天线馈电网络中包括有用以进行信号传输的信号通道，所述方法包括：当所述至少两个信号源中的任一个信号源停止工作时，所述开关网络根据所述天线馈电网络中各信号通道的相位延迟关系调整所述各信号通道的相位延迟，使得所述天线在相同的蜂窝拓扑的基础上形成全区域覆盖波束，其中所述的全区域覆盖波束同时覆盖在所述至少一个信号源在停止工作前所述至少两个信号源各自构成的波束覆盖的区域的部分或者全部。本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：在移动通信基站容量下降的情况下，天线系统的两个或多个信号源自动关闭、系统其余设备工作时，利用开关网络调整相位，使得天线阵列保持相同的覆盖和服务，并在用户规模较大时，通过扇区重构技术得到网络容量提升，CAPEX(CapitalExpenditure，固定资产投入)支出更加均衡和有效，避免了资源浪费，保证了在低耗能的情况下的覆盖范围和服务质量。附图说明图1a是本发明实施例提供的一种天线系统的结构示意图；图1b是本发明实施例提供的一种天线系统的结构示意图；图1c是本发明实施例提供的一种天线系统的另一种结构示意图；图2a是本发明实施例提供的一种天线的优选结构示意图；图2b是本发明实施例提供的一种天线馈电网络的优选结构示意图；图2c是一个天线馈电网络的优选结构示意图；图2d是本发明实施例提供的一种开关网络的优选结构示意图；图2e是本发明实施例提供的一种常规三扇区的天线系统的结构示意图；图2f是本发明实施例提供的一个实例的波束覆盖图；图3a是本发明实施例提供的一种劈裂六扇区的天线系统的结构示意图；图3b是本发明实施例提供的一个实例的波束覆盖图；图4a是本发明实施例提供的一种常规三扇区的天线系统的结构示意图；图4b是本发明实施例提供的一种开关网络的结构示意图；图4c是本发明实施例提供的一个实例的波束覆盖图；图5是本发明实施例提供的一种劈裂六扇区的天线系统的结构示意图；图6是本发明实施例提供的一种天线系统的结构示意图；图7是本发明实施例提供的一种天线系统的结构示意图；图8是本发明实施例提供的一种基于上述天线系统的天线重构方法的流程图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。图1a是本发明实施例提供的一种天线系统的结构示意图，该天线系统包括：天线101、天线馈电网络102以及至少两个信号源103，该的天线馈电网络102包括与该信号源103之间进行信号传输的第一端口A以及与该天线之间进行信号传输的第二端口B，该的天线系统还包括：开关网络104，该开关网络104连接在该天线馈电网络102的第一端口A或者第二端口B处，用以根据信号源103的工作状态来重构天线系统的扇区，以使该天线系统能够在相同的蜂窝拓扑的基础上实现多波束覆盖及全区域波束覆盖两种状态间的自由切换，其中，该全区域波束覆盖包括多波束覆盖的部分或者全部。当所述至少两个信号源103全部工作时，所述开关网络104使所述天线系统形成多波束覆盖，当所述至少两个信号源103中的部分停止工作时，所述开关网络使所述天线系统形成全区域波束覆盖。该全区域波束覆盖是指同时覆盖所述部分信号源停止工作前所有的信号源各自构成的波束覆盖的部分或者全部。具体地，该天线系统有图1b和图1c所示的连接方式，参见图1b，天线101通过第二端口B与天线馈电网络102连接，开关网络104的一端端口C通过第一端口A与天线馈线网络102连接，另一端端口D与至少两个信号源103连接。参见图1c，天线101通过端口D与开关网络104连接，开关网络104的另一端端口C通过第二端口B与天线馈电网络102连接，天线馈电网络102通过第一端口A与至少两个信号源103连接。基于图1b，所述开关网络104连接在天线馈电网络102和至少两个信号源103之间。在基站处于高容量时，该至少信号源103都正常工作，天线形成两个分裂波束，每个信号源103各激励一个波束，形成多波束覆盖。当该至少两个信号源103中的任一个信号源停止工作时，仅由一个信号源103激励波束，则该开关网络104根据当前天线馈电网络中各通道的相位延迟关系调整信号源发出的信号的相位，从而将天线馈电网络中所述各通道的相位调整至预设相位，使得所述天线101形成与所述任一个信号源停止工作之前多波束覆盖的部分或者全部。基于图1c，在本实施例中，开关网络104连接在所述天线馈电网络102和所述天线101之间。当该至少两个信号源中的任一个信号源103停止工作时，则该开关网络104根据当前天线馈电网络中各通道的相位延迟关系将天线馈电网络中所述各通道的相位调整至预设相位，使得所述天线101形成与所述任一个信号源停止工作之前多波束覆盖的部分或者全部。上述的预设相位为技术人员根据系统的各个参数等进行设置的，本发明实施例不做具体限定。优选地，所述开关网络包括移相开关，该移相开关用于进行相位调整或相位补偿。由开关网络改变馈电网络输出给天线的相位(有的实施例中包括电压幅度)，从而达到波束重构(或扇区重构)的目的。进一步地，所述天线系统还包括控制装置，所述控制装置用以控制所述开关网络的工作状态以实现所述的根据信号源的工作状态来重构天线系统的扇区。具体地，该控制装置根据信号源的工作状态控制开关网络的工作状态，以重构天线系统的扇区，使得当多个信号源中的任一个或任几个停止工作时，天线系统形成与多波束覆盖区域重叠的全区域波束覆盖。所述控制装置为手动控制装置或者电调控制装置。在天线系统中增加一个开关网络，该开关网络能够根据信号源的工作状态来重构天线系统的扇区以使该天线系统能够在具有重叠的覆盖区域的多波束覆盖或全区域波束覆盖两种状态间自由切换，避免了资源浪费，保证了在低耗能的情况下的覆盖范围和服务质量。进一步地，以基于图1b的天线系统为例进行说明：本领域技术人员可以获知，天线系统各组成部分的结构可以如下：参见图2a，图2a是本发明实施例提供的一种天线的优选结构示意图。天线101可以为由多个能够产生独立波束的天线阵列组成，优选地，该天线101由两个能够产生独立波束的天线阵列组成。参见图2b，图2b是本发明实施例提供的一种天线馈电网络的优选结构示意图。该天线馈电网络102由至少两个天线馈电网络102a组成，参见图2c，图2c是一个天线馈电网络的优选结构示意图。典型的天线馈电网络102a由两个不等分功分器、两个90°电桥和两个固定移相元组成，构成输入与输出端口的幅相分配关系。表1是天线馈电网络102a的输入输出信号电压表。在本实施例中，图2c中的a/b＝0.4。表1(3)参见图2d，图2d是本发明实施例提供的一种开关网络的优选结构示意图。该实施例中的开关网络为相位补偿控制开关，下表2为相位补偿控制开关状态对应输出端口间的相对相位表。表2图2e是本发明实施例提供的一种常规三扇区的天线系统的结构示意图。参见图2e，常规三扇区中，该天线系统包括：天线101、天线馈电网络102、信号源103和开关网络104，其中，该天线101为一劈裂天线，信号源103为BTS或RRU等基站设备，开关网络104为相位补偿状态控制开关。信号源103的两个极化收发通道103a和103b，其中103a连接天线1的一个极化通道，103b连接另外一个极化通道，由于两个极化通道的连接关系和功能模块完全相同，因此以下以图2d中的左侧极化通道说明其信号流向。常规三扇区工作时，开关网络104通过端口6的控制装置手动或远端程序控制相位补偿状态为-15/+75/-90/0度，来自103a的信号输入211经过天线馈电网络102后，信号从201、202、203、204输出进入开关网络104的401、402、403、404端口，每个通道的相位得到补偿，输出到对应的天线端口，参见表4的输出幅相，天线可以得到图2f所示的水平面方向图，其中，表4为常规三扇区经过相位补偿控制开关的相位输出表。表4图3a是本发明实施例提供的一种劈裂六扇区的天线系统的结构示意图。参见图3a，劈裂六扇区中，该天线系统包括：天线101、天线馈电网络102、信号源103和开关网络104，其中，该天线101为一劈裂天线，信号源103为BTS或RRU等基站设备，开关网络104为相位补偿状态控制开关，与常规三扇区工作时内部组成和连接关系完全一致。信号源1(如BTS或RRU等基站设备)的两个极化收发通道为103a和103b，其中103a连接天线101的一个极化通道，103b连接另外一个极化通道，信号源2(如BTS或RRU等基站设备)的两个极化收发通道为103c和103d，其中103c连接天线101的一个极化通道，103d连接另外一个极化通道，由于两个极化通道的连接关系和功能模块完全相同，因此以下以图3a中的左侧极化通道说明其信号流向。劈裂六扇区工作时，开关网络104通过端口6的控制装置手动或远端程序控制相位补偿状态为0/0/0/0度，来自103a的信号输入211经过天线馈电网络102后，信号从201、202、203、204输出进入开关网络104的401、402、403、404端口，每个通道间的相对相位补偿为0度，输出到对应的天线端口，参见表1序号2的输出幅相，天线可以得到图3b所示的水平面方向图其中的一个波束，来自103b的信号输入212经过天线馈电网络102后，信号从201、202、203、204输出进入开关网络104的401、402、403、404端口，每个通道间的相对相位补偿为0度，输出到对应的天线端口，参见表1序号2的输出幅相，天线可以得到图3b所示的水平面方向图其中另一个波束。这样，信号源1和2经过一个极化的天线馈电网络102，分别形成了两个独立通道(211、212)的双波束。进一步地，基于图1c的常规三扇区工作为例进行说明：参见图4a，该天线系统包括：天线101、天线馈电网络102、信号源103和开关网络104，其中，该天线101为一劈裂天线，信号源103为BTS或RRU等基站设备，开关网络104为移相控制开关。信号源103的两个极化收发通道103a和103b，其中103a连接天线1的一个极化通道，103b连接另外一个极化通道，由于两个极化通道的连接关系和功能模块完全相同，因此以下以图4a中的左侧极化通道说明其信号流向。常规三扇区工作时，开关网络104通过端口6的控制装置手动或远端程序控制的311(见图4b)相位状态为+90度，来自103a的信号输入301经过开关网络104后，信号从305、306输出进入天线馈电网络102的211、212端口，通过天线馈电网络102的信号幅度和相位合成输出到对应的天线端口，参见表1序号3的输出幅相，天线可以得到图4c所示的水平面方向图。参见图5，劈裂六扇区中，该天线系统包括：天线101、天线馈电网络102、信号源103和开关网络104，其中，该天线101为一劈裂天线，信号源103为BTS或RRU等基站设备，开关网络104为移相控制开关，与常规三扇区工作时内部组成和连接关系完全一致。信号源1(如BTS或RRU等基站设备)的两个极化收发通道为103a和103b，其中103a连接天线101的一个极化通道，103b连接另外一个极化通道，信号源2(如BTS或RRU等基站设备)的两个极化收发通道为103c和103d，其中103c连接天线101的一个极化通道，103d连接另外一个极化通道，由于两个极化通道的连接关系和功能模块完全相同，因此以下以图3a中的左侧极化通道说明其信号流向。劈裂六扇区工作时开关网络104通过端口6的控制装置手动或远端程序控制的311相位状态为180度，对于信号源1，来自103a的信号输入301经过开关网络104后，信号从305输出进入天线馈电网络102的211端口，通过天线馈电网络102的信号幅度和相位合成输出到对应的天线端口，参见表1序号1的输出幅相，天线可以得到图3b所示的水平面方向图其中的一个波束；对于信号源2，来自103b的信号输入301经过开关网络104后，信号从306输出进入天线馈电网络102的212端口，通过天线馈电网络102的信号幅度和相位合成输出到对应的天线端口，参见表1序号2的输出幅相，天线可以得到图3b所示的水平面方向图其中的另一个波束；这样，信号源1和2经过一个极化的天线馈电网络102，分别形成了两个独立通道(301、302)的双波束。图6是本发明实施例提供的一种天线系统的结构示意图，该天线系统包括：天线101、天线馈电网络102以及至少两个信号源103，所述天线101、天线馈电网络102以及至少两个信号源103依次连接形成一个信号传输链路，所述天线系统还包括：开关网络104，所述开关网络104连接在所述信号传输链路中，所述开关网络104至少包括两种工作状态，其中，在第一种工作状态下所述开关网络104将所述至少两个信号源103通过所述天线馈电网络102与所述天线101相连通以使所述天线系统形成多波束覆盖；所述多波束覆盖包括所述至少两个信号源中的各个信号源所构成的波束覆盖；在第二工作状态下所述开关网络104将所述至少两个信号源103中的一个信号源通过所述天线馈电网络102与所述天线101相连通以使所述天线系统形成与所述多波束覆盖区域重叠的全区域波束覆盖。其中，所述全区域波束覆盖包括在所述的第一种工作状态下所述至少两个信号源中的的各个信号源所构成的波束覆盖的部分或者全部。其中，开关网络104可位于该信号传输链路的两种位置上，第一种位置是该开关网络104连接在所述天线馈电网络102和所述至少两个信号源103之间。当开关网络104位于第一种位置时，在第一种工作状态下，开关网络104将所述至少两个信号源103通过所述天线馈电网络102与所述天线101相连通以使所述天线系统形成多波束覆盖；在第二种工作状态下，假设一个信号源关闭，开关网络104将另一信号源的信号相位调整至预设相位，并将该另一个信号源与天线馈电网络102与所述天线101相连通，使天线系统形成与第一种工作状态下的多波束覆盖区域重叠的全区域波束覆盖。第二种位置是该开关网络104连接在所述天线馈电网络102和所述天线101之间。当开关网络104位于第一种位置时，在第一种工作状态下，开关网络104将所述至少两个信号源103a和103b通过所述天线馈电网络102与所述天线101相连通以使所述天线系统形成多波束覆盖；在第二种工作状态下，假设一个信号源关闭，开关网络104将天线馈电网络102各通道的信号相位调整至预设相位，并将另一信号源与天线馈电网络102与所述天线101相连通，使天线系统形成与第一种工作状态下的多波束覆盖区域重叠的全区域波束覆盖。进一步地，所述天线系统还包括控制装置，所述控制装置用以控制所述开关网络的工作状态。所述控制装置为手动控制装置或者电调控制装置。进一步地，所述开关网络包括移相开关。进一步地，所述天线由能够产生独立波束的天线阵列组成。该实施例提供的天线系统跟图1所示的天线系统工作方式相同，在此不再赘述。图7是本发明实施例提供的一种天线系统的结构示意图，所述天线系统包括：天线101、天线馈电网络102和至少两个信号源103，所述天线馈电网络102中包括有用以进行信号传输的信号通道，所述天线系统还包括：开关网络104，所述开关网络104与所述天线101、天线馈电网络102和至少两个信号源103电连接，所述开关网络104用于当所述至少两个信号源103中的任一个信号源停止工作时，则根据所述天线馈电网络102中各信号通道的相位延迟关系调整所述各信号通道的相位延迟，使得所述天线101在相同的蜂窝拓扑的基础上形成全区域覆盖波束，其中所述的全区域覆盖波束同时覆盖在所述至少一两个信号源103中的任一个信号源在停止工作前所述至少两个信号源103各自构成的波束覆盖的区域的部分或者全部。进一步地，该天线系统还包括控制装置，所述控制装置用以控制所述开关网络的工作工作以实现所述的当所述至少两个信号源中的任一个信号源停止工作时，则根据所述的天线馈电网络中的各信号通道的相位延迟关系调整所述各信号通道的相位延迟，使得所述天线在相同的蜂窝拓扑的基础上形成全区域覆盖波束。所述控制装置为手动控制装置或者电调控制装置。所述开关网络连接在所述天线馈电网络和所述至少两个信号源之间。所述开关网络连接在所述天线馈电网络和所述天线之间。所述开关网络包括移相开关。所述天线由能够产生独立波束的天线阵列组成。该实施例提供的天线系统跟图1所示的天线系统工作方式相同，在此不再赘述。图8是本发明实施例提供的一种基于上述天线系统的天线重构方法的流程图，所述天线系统包括：天线、天线馈电网络、至少两个信号源和开关网络，所述开关网络与所述天线、天线馈电网络和至少两个信号源电连接，所述天线馈电网络中包括有用以进行信号传输的信号通道，该方法包括：801、当所述至少两个信号源中的任一个信号源停止工作时，所述开关网络根据所述天线馈电网络中各信号通道的相位延迟关系调整所述各信号通道的相位延迟，使得所述天线在相同的蜂窝拓扑的基础上形成全区域覆盖波束。其中，所述的全区域覆盖波束同时覆盖在所述至少一个信号源在停止工作前所述至少两个信号源各自构成的波束覆盖的区域的部分或者全部。其中，所述开关网络连接在所述天线馈电网络和所述至少两个信号源之间，或所述开关网络连接在所述天线馈电网络和所述天线阵列之间，或所述天线阵列由两个能够产生独立波束的天线阵列组成。本实施例提供的方法，在移动通信基站容量下降的情况下，天线系统的两个或多个信号源自动关闭、系统其余设备工作时，利用开关网络调整相位，使得天线阵列保持相同的覆盖和服务，避免了资源浪费，保证了在低耗能的情况下的覆盖范围和服务质量。本发明实施例可以利用软件实现开关网络的切换，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，例如，计算机的硬盘、缓存或光盘中。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。