Mimo天线及其实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种MIMO天线及其实现方法，涉及移动通信中的多天线【技术领域】。该方法中，采用上天线和下天线垂直隔离的方式，上天线与下天线采用不同馈线损耗的馈缆结合馈线长度来调节和平衡上天线与下天线收发信号强度。通过综合考虑上天线与下天线由于馈电网络和垂直高度所带来的信号电平差异的多天线设计，可以更好地平衡上天线与下天线之间信号电平强度，也将更有利于发挥MIMO技术性能。
【专利说明】MIMO天线及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动通信中的多天线【技术领域】,特别涉及一种MIMO (Multiple Inputand Multiple Output,多输入多输出)天线及其实现方法。
【背景技术】
[0002]目前移动通信网络已经发展到了第三代(3ri Generation，3G)，3G网络已经在世界范围内大规模部署并商用。随着数据业务及移动互联网的不断普及和推广，国际通信标准组织正在制定移动通信长期演进LTE (Long Time Evolution,长期演进)及4G等技术标准，以满足网络技术和服务能力地不断发展。由于MIMO技术可以充分使用独立空间传播路径来大大提升网络服务速率和链路性能，成为在LTE及未来4G技术中最关键的核心技术之
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[0003]对于MMO技术应用，需要在发射机与接收机之间存在多个不同的空间传播路径，多个发射机与接收机之间的空间信道相关性直接影响到MMO技术性能和使用效率。针对MIMO的使用条件，现有的MMO多天线部署方案一般是采用多根天线之间拉开一定的水平距离，以利用水平隔离的方案来产生MMO的弱相关性信道，从而最终保证MMO技术的使用性能。但是，这种方案对于运营商部署网络来说，会造成很大的难度。因为现在人们对于电磁辐射问题的高度关注，很多基站站址很难增加天线数量，同时很多基站天面很难有足够的空间来保证多根天线的水平隔离距离，特别是当MMO天线数要求达到4根及4根以上的场景。
[0004]在垂直隔离模式的MMO天线设计方案中，由于上天线和下天线在垂直高度上存在一定间距，使得上天线和下天线收发信号之间存在信号电平的差值。另一方面，天线的垂直高度不同，也会带来信号空间传播的差异。而对于MMO无线系统，一般要求支路信号之间的信号强度越接近越好，所以在设计天线时就需要考虑如何平衡上天线和下天线信号电平。
【发明内容】
[0005]本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。
[0006]本发明的一个目的是提供一种MIMO天线的技术方案。
[0007]根据本发明的第一方面，提供了一种MMO天线，包括:
[0008]垂直隔离的上天线和下天线；
[0009]与所述上天线和天线接口相连的第一馈缆，所述第一馈缆的长度为LI，馈缆单位损耗为Xi ；
[0010]与所述下天线和所述天线接口相连的第二馈缆，所述第二馈缆的长度为L2，馈缆单位fe耗为Xl ；
[0011]其中，所述第一馈缆和所述第二馈缆满足:[0012]20 X log ((h+d) /h) =Ll X X1—L2 X X2
[0013]其中，所述h为所述下天线部署的垂直高度，所述d为所述上天线和所述下天线中心间距。
[0014]可选地，第一馈缆的长度和所述第二馈缆的长度满足:L1 = L2+d。
[0015]可选地，上天线最下面一个天线阵子和所述下天线最上面一个天线阵子之间的间距大于0.5 λ。
[0016]可选地，包括两套水平隔离部署的所述MMO天线。
[0017]可选地，该天线还包括天线外罩，所述上天线和所述下天线封装在所述外罩里。
[0018]根据本发明的另一方面，提供一种多输入多输出MIMO天线的实现方法，包括:
[0019]将上天线和下天线垂直排列形成垂直隔离的所述上天线和所述下天线；
[0020]将第一馈缆与所述上天线和天线接口相连，所述第一馈缆的长度为LI，馈缆单位损耗为Xi ；
[0021]将第二馈缆与所述下天线和所述天线接口相连的，所述第二馈缆的长度为L2，馈缆单位损耗为Xi ；
[0022]所述第一馈缆和所述第二馈缆满足:
[0023]20 X log ((h+d) /h) =Ll X X1-L2 X X2 ；
[0024]其中，所述h为所述下天线部署的垂直高度，所述d为所述上天线和所述下天线中心间距。
[0025]可选地，第一馈缆的长度和所述第二馈缆的长度满足:L1 = L2+d。
[0026]可选地，将所述上天线和所述下天线垂直排列使得所述上天线最下面一个天线阵子和所述下天线最上面一个天线阵子之间的间距大于0.5 λ。
[0027]可选地，该方法还包括:水平隔离部署两套所述MMO天线。
[0028]可选地，该方法还包括:将所述上天线和所述下天线封装在外罩里。
[0029]本发明的一个优点在于，通过本方案可以使得垂直天线中上天线和下天线的收发信号强度更接近，两路信号的平衡将使得MMO系统性能达到更佳。
[0030]通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
[0032]参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中:
[0033]图1示出根据本发明实施例的基于垂直隔离模式的MMO天线结构示意图。
[0034]图2示出根据本发明实施例的垂直隔离模式天线馈电网络结构示意图。
[0035]图3示出根据本发明的MMO天线实现方法的一个实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0036] 现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0037]同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
[0038]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0039]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
[0040]在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
[0041]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0042]在垂直隔离模式的MMO天线设计方案中，上天线和下天线在垂直高度上存在一定间距，天线接口一般都位于天线底部，信号到达上天线与到达下天线之间存在馈电损耗上的一定差异，使得上天线和下天线收发信号之间存在信号电平的固定差值。另一方面，天线的垂直高度不同，也会带来信号空间传播的差异。一般是天线越高，信号衰减越小，因此上天线与下天线在垂直高度上的差异也会带来最终收发信号之间的差异。而对于MMO无线系统，一般要求支路信号之间的信号强度越接近越好，所以在设计天线时就需要考虑如何平衡上天线和下天线信号电平。
[0043]本文中提供了一种基于垂直隔离模式设计的MMO天线。在一个实施例中，MMO天线包括:垂直隔离的上天线和下天线；与上天线和天线接口相连的第一馈缆，第一馈缆的长度为LI，馈缆单位损耗为Xl ;与下天线和天线接口相连的第二馈缆，第二馈缆的长度为L2，馈缆单位损耗为Xl ;其中，第一馈缆和第二馈缆满足:
[0044]20 X log ((h+d) /h) =Ll X X1-L2 X X2 (I)
[0045]其中，h为下天线部署的垂直高度，d为上天线和下天线中心间距。
[0046]上述实施例中，通过采用垂直隔离上下天线平衡设计方案，综合考虑上天线与下天线由于馈电网络和垂直高度所带来的信号电平差异，平衡上下天线信号电平差异，从而提高MMO天线使用性能。
[0047]本文提出了垂直隔离上下天线平衡设计方案，主要考虑垂直隔离MMO多天线结构、上下天线馈电损耗差异、上下天线垂直高度传播差异、上下天线信号平衡方案等几个方面。综合考虑上天线与下天线由于馈电网络和垂直高度所带来的信号电平差异，保证未来LTE和4G网络的顺利部署。
[0048]对于基于垂直隔离模式上天线与下天线信号平衡的设计方案，下面将从以下几个方面来说明:
[0049]1.垂直隔离MMO多天线结构
[0050]图1示出根据本发明的基于垂直隔离模式的MMO天线的天线结构示意图。如图1所示，将2根双极化天线上天线11和下天线12进行垂直排列，使得上天线11和下天线12形成垂直隔离，最终形成4根弱空间相关性的MMO天线，保证4X2和4X4MIM0天线的性能。由于采用了垂直隔离，只是增加了天线的长度，不会对基站天面提出水平空间要求，同时也容易保证上、下两根天线的倾角一致性。在图1中，上天线11和下天线12都包括天线阵子13。该MMO天线还包括天线外罩14，上天线11和下天线12封装在天线外罩14里，形成外观上的单天线模式。上天线11最下面一个阵子和下天线12最上面一个阵子的间距记为dlo
[0051]对于8X2和8X4MM0天线配置系统，只需要再水平隔离部署同样一套天线就可以，而不需要传统上水平隔离部署4根天线，降低了更高MIMO天线配置模式下对于基站天面空间的要求。
[0052]基于垂直隔离模式的MMO天线实现方案，一个很容易产生的问题就是天线总长度变长了。但是由于现有2G/3G网络使用的频点一般为低频段，如GSM使用900MHz和cdma使用800MHz，而LTE和4G未来将很大可能使用2GHz以上频段，而天线的尺寸会随着频点升高而变小，这样就避免了本方案所使用天线过长的问题，因此本方案也更适合于频率在2GHz以上MMO天线的设计。
[0053]现在的天线设计大都是由多个天线阵子垂直排列而成，每个天线阵子之间的间距为0.7-0.9 λ，对于增益15dBi，水平波瓣宽度为65度的扇区化天线，一般采用4_5个天线阵子，而对于增益18dBi，水平波瓣宽度为65度的扇区化天线，一般采用8-10个天线阵子。目前cdma网络所使用的频点为850MHz左右，这样15dBi的cdma天线长度约为1.2米，18dBi的cdma天线长度约为2.6米。
[0054]在一个实施例中，上天线最下面一个阵子和下天线最上面一个阵子的间距为大于0.5λ。假设MIMO天线使用频点为2.6GHz，按照如图1所示的设计方案，则可以计算出使用本方案的MMO天线总长度约为18 λ (单天线增益为ISdBi)和10.2 λ (单天线增益为15dBi),即MMO天线总长度分别为2.1米和1.2米左右，相对于cdma同增益天线长度，都是在可以接受的天线长度 范围内。假设采用2.1GHz,同理可以计算出MMO天线总长度分别为2.6米和1.5米左右，相对于cdma同增益天线长度，基本上都在可以接受的范围内。
[0055]2.上下天线馈电损耗差异
[0056]在垂直隔离模式的MMO天线设计方案中，由于上天线和下天线在垂直高度上存在一定间距，而天线接口一般都位于天线底部，从而造成了信号到达上天线与到达下天线时，存在传输线路长短差异，基本上约等于上天线与下天线中心间距d (如图2所示)。
[0057]对于目前天线设计技术，一般采用的馈电线路每米损耗在0.4-0.8(dB/m)之间，由于天线设计中还存在一定的线路弯曲和天线空间限制，上天线与下天线在馈电网络损耗差异一般会在0.5-1 (dB/m)之间。
[0058]3.上下天线垂直高度传播差异
[0059]对于垂直隔离方式，由于两个天线存在一定的垂直高度差，那么两个天线发射的信号到了终端接收侧，会导致两个信号有一个固定的差值，该差值是由于两个天线本身高度所引起的，一般称之为天线高度增益，可以表示为:
【权利要求】
1.一种多输入多输出MMO天线，其特征在于，包括: 垂直隔离的上天线和下天线； 与所述上天线和天线接口相连的第一馈缆，所述第一馈缆的长度为LI，馈缆单位损耗为Xl ; 与所述下天线和所述天线接口相连的第二馈缆，所述第二馈缆的长度为L2，馈缆单位损耗为Xl ； 其中，所述第一馈缆和所述第二馈缆满足:
20X log ((h+d)/h)=LlXX1-L2XX2 其中，所述h为所述下天线部署的垂直高度，所述d为所述上天线和所述下天线中心间距。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一馈缆的长度和所述第二馈缆的长度满足:L1 = L2+d。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述上天线最下面一个天线阵子和所述下天线最上面一个天线阵子之间的间距大于0.5λ，λ为天线频段中心频点波长。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，包括两套以上水平隔离部署的所述MMO天线。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括天线外罩，所述上天线和所述下天线封装在所述外罩里。
6.一种多输入多输出MMO天线的实现方法，其特征在于，包括: 将上天线和下天线垂直排列形成垂直隔离的所述上天线和所述下天线； 将第一馈缆与所述上天线和天线接口相连，所述第一馈缆的长度为LI，馈缆单位损耗为Xl ; 将第二馈缆与所述下天线和所述天线接口相连的，所述第二馈缆的长度为L2，馈缆单位损耗为Xl ； 所述第一馈缆和所述第二馈缆满足:
20X log ((h+d)/h)=LlXX1-L2XX2 ； 其中，所述h为所述下天线部署的垂直高度，所述d为所述上天线和所述下天线中心间距。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一馈缆的长度和所述第二馈缆的长度满足:L1 = L2+d。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述上天线和所述下天线垂直排列使得所述上天线最下面一个天线阵子和所述下天线最上面一个天线阵子之间的间距大于0.5 λ , λ为天线频段中心频点波长。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括: 水平隔离部署两套所述MIMO天线。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括: 将所述上天线和所述下天线封装在外罩里。
【文档编号】H01Q21/00GK103904428SQ201210571769
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月25日 优先权日:2012年12月25日
【发明者】谢伟良, 毕奇, 杨峰义, 朱雪田, 杨涛 申请人:中国电信股份有限公司