有源阵列天线、基站和传输系统的制作方法

本发明涉及通信技术，尤其是一种有源阵列天线、基站和传输系统。

背景技术：

随着无线通信技术的飞速发展，以图像、视频以及互联网浏览等为主的多媒体业务成为当前移动用户的主要业务需求，其数据流量需求与日剧增。因此，如何为用户提供速度更快、数量更多的连接成为未来5G时代移动通信系统演进的主要目标。从天线发展角度，有源天线系统的出现具有重要意义，其能够利用阵列天线垂直方向波束分裂获取更高的系统吞吐量。在对未来5G网络的技术讨论中，以有源天线为基础的、更高天线可辨振子数的大规模阵列天线以提供了天线更高的空间自由度获得广泛关注。大规模天线能够实现更多个发送端和多个接收端在相同的时频资源上的独立通信，进而显著提升高通信系统的频谱利用率。

然而，从实际天线测试结果看，传统的面阵天线有诸多实际问题将影响未来的大规模天线部署，主要包括：

大规模天线振子数目较多，例如64、128，甚至256个天线振子集成到一副物理天线上，天线尺寸较大，对天面要求较高，未来部署时较为醒目；

尤其是作为有源天线设计伊始主要技术优势的垂直方向小区分裂，由于传统面阵天线受到下倾角限制(一般小于15度)，在垂直方向上的波束分裂效果不佳，使得上下波束干扰明显，无法有效提升系统整体吞吐量；

另外，在现有网络部署中，因为高楼建设进程较快，很多地方对高楼覆盖有一定难度，通常只能通过室内覆盖的办法解决，导致网络部署成本较高。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的一个技术问题是：针对传统面阵天线在垂直方向上的波束分裂效果不佳、系统吞吐量较低的问题，提供一种有源阵列天线、基站和传输系统，以提升大规模天线垂直方向波束分裂效果，提升小区吞吐量。

本发明实施例提供的一种有源阵列天线，包括两个天线子阵列、两组馈电网络、一套射频拉远单元和一个旋转轴；

所述射频拉远单元分为上下两个部分，所述射频拉远单元的上下两个部分通过所述旋转轴连接，旋转轴的可旋转角度范围为0～180度；

每个天线子阵列包括N个天线振子；每组馈电网络包括N个传输单元；其中，N的取值为大于0的整数；天线子阵列中的各天线振子与馈电网络中的各传输单元一一连接，每组对应连接的天线子阵列与馈电网络形成一组无源天线子阵列；

两组无源天线子阵列分别用于进行天线波束生成及优化，所述两组无源天线子阵列分别与射频拉远单元的上下两个部分连接；每组馈电网络中各传输单元的输出端分别与射频拉远单元的输出端连接，每组馈电网络中各传输单元的输入端分别与射频拉远单元输入端连接。

基于本发明上述天线的另一实施例中，所述旋转轴的可旋转角度范围具体为90～120度。

基于本发明上述天线的另一实施例中，所述天线子阵列中的各天线振子与馈电网络中的各传输单元具体通过盲插方式一一连接。

基于本发明上述天线的另一实施例中，所述两组无源天线子阵列具体通过盲插方式分别与射频拉远单元的上下两个部分连接。

基于本发明上述天线的另一实施例中，每个传输单元包括转换网络、移相器以及输入电缆，用于对接收自天线振子的输入信号进行放大、移相后输出至射频拉远单元，以及将射频拉远单元发送的输入信号进行放大、移相后输出至连接的天线振子。

基于本发明上述天线的另一实施例中，所述射频拉远单元包括电源、与电源连接的信号处理单元、和分别与信号处理单元、无源天线子阵列连接的天线连接单元，其中信号处理单元用于将所接收天线信号进行变频、放大处理后转发，所述射频拉远单元上设置有基带接口，用于将信号处理单元发送的信号传输至基带处理器，以及将基带处理器发送的信号传输至信号处理单元；天线连接单元分别将信号处理单元发送的信号传输至两组无源天线子阵列，以及将两组无源天线子阵列发送的信号传输至信号处理单元。

本发明实施例提供的一种基站，包括基带处理器和本发明上述任一实施例的有源阵列天线。

基于本发明上述基站的另一实施例中，所述基带处理器包括多用户-多输入多输出MU-MIMO预编码模块和射频连接单元；

所述MU-MIMO预编码模块根据预先配置的有源阵列天线上部分的覆盖角度θ1和下部分的覆盖角度θ2，通过MU-MIMO的预编码算法获得预编码矩阵P＝[P1(θ1)P2(θ2)]，并利用预编码矩阵P对待传输信号进行预编码处理后通过射频连接单元传输至所述有源阵列天线中的射频拉远单元。

基于本发明上述基站的另一实施例中，发送给所述有源阵列天线向上部分的覆盖区域内的第一用户的待传输信号为X1，发送给所述有源阵列天线向下部分的覆盖区域内的第二用户的待传输信号为X2；

所述MU-MIMO预编码模块利用预编码矩阵P对待传输信号X1和X2进行预编码处理时，具体通过进行预编码处理，得到待发射信号X；

所述有源阵列天线中的两组无源天线子阵列分别在同一时频资源上发射待发射信号X，在接收端，所述第一用户的用户终端和第二用户的用户终端分别采用线性接收机检测出自身的目标信号和

基于本发明上述基站的另一实施例中，还包括小区分裂处理单元，用于对需要所述有源阵列天线中分别通过两组无源天线子阵列发送的两路信号配置不同小区标识。

本发明实施例提供的一种传输系统，包括放大转发设备和本发明上述任一实施例的基站；

所述基站部署在第一高度H1位置上，所述基站中的有源阵列天线的上部分覆盖第二高度H2的区域，下部分覆盖第三高度H3的区域，所述第三高度H3的区域包括地面区域；其中，H1>0，0≤H3≤H1≤H2；

所述放大转发设备部署在第二高度H2的区域内，用于将通过所述有源阵列天线的上部分波束发送的信号进行功率放大后发射出去。

基于本发明上述系统的另一实施例中，所述放大转发设备包括接收单元、射频放大单元和发射单元；

所述接收单元，用于接收所述有源阵列天线的上部分波束发送的信号；

所述射频放大单元，用于对所述接收单元接收到的信号进行功率放大；

所述发射单元，用于发射所述射频放大单元进行功率放大后的信号。

基于本发明上述实施例提供的有源阵列天线、基站和传输系统，有源阵列天线在垂直方向上可折叠旋转，能够部署在楼角墙面上，易于部署，节省了现有天面资源；另外，由于上部分与下部分的下倾角不同，能够有效实现垂直方向上的波束分裂，有效提升大规模天线垂直方向波束分裂效果，由此可以通过垂直小区分裂或设计多用户-多输入多输出(MU-MIMO)算法，实现系统吞吐量的提升；同时，当将有源阵列天线部署在低楼楼角，可以实现上部分天线覆盖高楼、下部分天线同时覆盖地面，解决了高楼的精准覆盖问题，有效降低了网络部署成本。

本发明实施例提出的新型大规模天线形态可以适用于未来5G及以后的多天线解决方案，符合未来无线网络部署要求。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理。

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：

图1为本发明有源阵列天线一个实施例的结构示意图。

图2为图1所示实施例有源阵列天线的侧视结构示意图。

图3为本发明有源阵列天线实施例的另一个结构示意图。

图4为本发明实施例中有源阵列天线的一个覆盖区域示意图。

图5为本发明有源阵列天线另一个实施例的结构示意图。

图6为本发明基站一个实施例的结构示意图。

图7为本发明基站另一个实施例的结构示意图。

图8为本发明传输系统一个实施例的结构示意图。

图9为本发明传输系统的一个部署示例图。

具体实施方式

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。

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。

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。

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说明书的一部分。

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。

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。

图1为本发明有源阵列天线一个实施例的结构示意图。图2为图1所示实施例有源阵列天线的侧视结构示意图。图3为本发明有源阵列天线实施例的另一个结构示意图。

参见图1～图3，本发明实施例的有源阵列天线包括两个天线子阵列101、两组馈电网络102、一套射频拉远单元(RRU)103和一个旋转轴104。其中，RRU103分为上下两个部分，RRU103的上下两个部分通过旋转轴104连接，旋转轴104的可旋转角度范围为0～180度，在本发明的一个具体实施例中，旋转轴104的缺省角度为90度，可在0～30度进行角度调整，即：旋转轴104的可旋转角度范围具体可以是90～120度，具体角度可根据实际覆盖需求由统一的基带算法获得。

两个天线子阵列101的结构相同，每个天线子阵列101包括N个天线振子201；两组馈电网络102的结构相同，每组馈电网络102包括N个传输单元202，数目与天线子阵列101中天线振子201的数目相同。其中，N的取值为大于0的整数。在实际应用中，N的取值根据天线振子数的要求具体设定，本发明实施例考虑适用于多振子的有源阵列天线，所以N取值数通常大于4，图3所示实施例中示例性地以双极化天线为例，每个天线子阵列101具体包括4个双极化天线振子，此示例并不构成对本发明实施例的限制。天线振子201用于将接收信号传输至馈电网络102中，也用于将馈电网络102的输出信号向外发射。天线子阵列101中的各天线振子201与馈电网络102中的各传输单元202一一连接，每组对应连接的天线子阵列101与馈电网络102形成一组无源天线子阵列。

两组无源天线子阵列分别用于进行天线波束生成及优化，两组无源天线子阵列分别与RRU103的上下两个部分连接；每组馈电网络102中各传输单元202的输出端分别与RRU103的输出端连接，每组馈电网络102中各传输单元202的输入端分别与RRU103输入端连接。

本发明上述实施例提供的有源阵列天线，在垂直方向上可折叠旋转，能够部署在楼角墙面上，易于部署，节省了现有天面资源，适用于天线振子数较多的大规模有源阵列天线；另外，由于上部分与下部分的下倾角不同，能够有效实现垂直方向上的波束分裂，有效提升大规模天线垂直方向波束分裂效果，由此可以通过垂直小区分裂或设计MU-MIMO算法，实现系统吞吐量的提升；同时，当将有源阵列天线部署在低楼楼角，可以实现上部分天线覆盖高楼、下部分天线同时覆盖地面，解决了高楼的精准覆盖问题，有效降低了网络部署成本。

如图4所示，为本发明实施例中有源阵列天线的一个覆盖区域示意图。可以将本发明各实施例的有源阵列天线部署于较低楼的楼角处，上部分的覆盖区域(覆盖角度表示为θ1)包括周围高楼，下部分的覆盖区域(覆盖角度表示为θ2)包括地面，能够同时覆盖一定水平物理区域的垂直方向，通过统一的基带算法便可以实现小区分裂和MU-MIMO传输。

在本发明有源阵列天线各实施例的一个具体示例中，天线子阵列101中的各天线振子201与馈电网络102中的各传输单元202具体可以通过盲插方式一一连接，即：天线子阵列101与馈电网络102之间没有私有接口，只要天线振子201与传输单元202的尺寸匹配，天线子阵列101便可以与馈电网络102直接连接，二者无需为同一厂家产品。

在本发明有源阵列天线各实施例的另一个具体示例中，两组无源天线子阵列具体也可以通过盲插方式分别与RRU103的上下两个部分连接。即：无源天线子阵列与RRU103之间没有私有接口，只要二者的尺寸匹配，便可以直接连接，二者无需为同一厂家产品。

本发明上述实施例中的天线子阵列、馈电网络与RRU相互独立，采用盲插方式连接，即使馈电网络或RRU的内部结构发生变化，只要接口尺寸不变，并不会对有源阵列天线产生影响，能够实现有源阵列天线各部分的分别排查维护，有效降低了有源阵列天线的开发及运维成本。

另外，在本发明有源阵列天线各实施例的又一个具体示例中，每个传输单元202具体可以包括转换网络、移相器以及输入电缆，用于对接收自天线振子201的输入信号进行放大、移相后输出至RRU103，以及将RRU103发送的输入信号进行放大、移相后输出至连接的天线振子201。

图5为本发明有源阵列天线另一个实施例的结构示意图。如图5所示，该实施例中，RRU103具体包括电源203、与电源203连接的信号处理单元204、和分别与信号处理单元204、无源天线子阵列连接的天线连接单元205，其中信号处理单元204将接收信号进行变频、放大处理后发送出去，天线连接单元205具体与无源天线子阵列中的馈电网络102连接。RRU103上设置有基带接口206，用于将信号处理单元204发送的信号传输至基带处理器，以及将基带处理器发送的信号传输至信号处理单元204。天线连接单元205分别将信号处理单元204发送的信号传输至两组无源天线子阵列(具体传输至无源天线子阵列中的馈电网络102)，以便两组无源天线子阵列各自分别根据配置指标进行天线波束优化，以及将两组无源天线子阵列(具体为无源天线子阵列中的馈电网络102)发送的信号传输至信号处理单元204。

图6为本发明基站一个实施例的结构示意图。如图6所示，本发明实施例的基站包括基带处理器301和有源阵列天线302。其中，有源阵列天线302可以通过本发明上述图1至图5任一实施例的有源阵列天线结构实现，本领域技术人员可以理解，图6仅示例性地示出了其中一个结构示例，该结构示例并不对本实施例的有源阵列天线302实现构成限制。

本发明上述实施例提供的基站包括上述实施例的有源阵列天线，由于有源阵列天线在垂直方向上可折叠，能够部署在楼角墙面上，易于部署，节省了现有天面资源；另外，由于上部分与下部分的下倾角不同，能够有效实现垂直方向上的波束分裂，有效提升大规模天线垂直方向波束分裂效果，由此可以通过垂直小区分裂或设计MU-MIMO算法，实现系统吞吐量的提升；同时，当将有源阵列天线部署在低楼楼角，可以实现上部分天线覆盖高楼、下部分天线同时覆盖地面，解决了高楼的精准覆盖问题，有效降低了网络部署成本。

图7为本发明基站另一个实施例的结构示意图。如图7所示，该实施例中，基带处理器301包括MU-MIMO预编码模块401和射频连接单元402。其中。MU-MIMO预编码模块401根据预先配置的有源阵列天线302上部分的覆盖角度θ1和下部分的覆盖角度θ2，通过MU-MIMO的预编码算法获得预编码矩阵P＝[P1(θ1)P2(θ2)]，并利用该预编码矩阵P对待传输信号进行预编码处理后通过射频连接单元402传输至有源阵列天线302中的RRU103。

参见图4，可以将本发明实施例的基站部署于较低楼的楼角处，基站通过有源阵列天线的上部分覆盖周围高楼，下部分覆盖地面。利用本发明实施例的基站，可以在垂直方向上选择多个用户，利用相同时频资源上的空域分离方法，进行MU-MIMO传输，在发送时进行预编码处理。在基于本发明基站实施例的一个具体示例中，假设需要发送给有源阵列天线302向上部分的覆盖区域内的第一用户的待传输信号为X1，需要发送给有源阵列天线302向下部分的覆盖区域内的第二用户的待传输信号为X2，第一用户与第二用户的信道相对独立，第一用户与第二用户的的到达角分别为θ1和θ2，在基站侧发送信号时，MU-MIMO预编码模块401具体通过MU-MIMO的预编码算法计算预编码矩阵P＝[P1(θ1)P2(θ2)]，并通过进行预编码处理，得到待发射信号X；有源阵列天线302中的两组无源天线子阵列分别在同一时频资源上发射待发射信号X，在接收端，第一用户的用户终端和第二用户的用户终端分别采用线性接收机即可检测出发送给自身的目标信号和

进一步地，再参见图7，在本发明基站的又一个实施例中，还包括小区分裂处理单元303，用于对需要有源阵列天线302中分别通过两组无源天线子阵列发送的两路信号配置不同小区标识(ID)，并通过有源阵列天线302将信号发射出去。

通过对有源阵列天线垂直方向的两个波束承载的数据信息分配两个不同的小区ID，实现了垂直方向的小区分裂传输，例如，将有源阵列天线原覆盖扇区在垂直方向分成两个垂直扇区，将在两个垂直方向波束上发送的数据信息分别分配小区ID1和小区ID2，通过不同的加扰方式等，区分两个小区信息。

通过上述实施例的垂直方向小区分裂和MU-MIMO的方式，都可以在相同时频资源上向不同覆盖区域内的两个用户传输信息，从而提升了小区吞吐量，同时也在满足地面覆盖的基础上实现了高楼精准覆盖。

图8为本发明传输系统一个实施例的结构示意图。如图8所示，本发明实施例的传输系统包括放大转发设备501和基站502。其中，基站502部署在第一高度H1位置上，基站502中的有源阵列天线302的上部分覆盖第二高度H2的区域，下部分覆盖第三高度H3的区域，第三高度H3的区域包括地面区域；其中，H1>0，0≤H3≤H1≤H2。其中，基站502可以通过本发明上述图6至图7任一实施例的基站结构实现，本领域技术人员可以理解，图8仅示例性地示出了其中一个结构示例，该结构示例并不对本实施例的基站502实现构成限制。

放大转发设备501部署在第二高度H2的区域内，用于将通过有源阵列天线302的上部分波束发送的信号进行功率放大后发射出去。

利用本发明上述实施例提供的两跳传输系统，可以在高楼处部署放大转发设备，在地面近端用户与远端用户区域进行扇区分裂传输，通过垂直方向上的波束分裂能够在相同时频资源上通过空域区分用户，实现了同时同频传输，解决了传统阵列天线垂直扇区分裂效果不好的缺点，可以有效提升小区吞吐量。如图9所示，为本发明传输系统的一个部署示例图。本实施例的传输系统包括垂直方向可折叠的有源阵列天线，该有源阵列天线部署在较低楼楼角处，进行垂直方向的两波束传输，其中一个波束覆盖地面用户91区域，另一个向上的波束覆盖高楼区域，放大转发设备90部署在高楼顶，将基站发出的向上的波束传输的数据信息进行放大转发，覆盖地面用户92区域，利用垂直方向的扇区分裂提升了系统的整体吞吐量。用户91和用户92的用户终端结构相同，包括接收单元，可以对接收到的信号进行接收译码。

本发明上述实施例提供的传输系统包括上述实施例的有源阵列天线，由于有源阵列天线在垂直方向上可折叠，能够部署在楼角墙面上，易于部署，节省了现有天面资源；另外，由于上部分与下部分的下倾角不同，能够有效实现垂直方向上的波束分裂，有效提升大规模天线垂直方向波束分裂效果，由此可以通过垂直小区分裂或设计MU-MIMO算法，实现系统吞吐量的提升，有效解决了传统阵列天线垂直方向波束分裂角度过低带来的干扰问题；同时，当将有源阵列天线部署在低楼楼角，可以实现上部分天线覆盖高楼、下部分天线同时覆盖地面，解决了高楼的精准覆盖问题，有效降低了网络部署成本。

进一步地，再参见图8，在本发明传输系统实施例的一个具体示例中，放大转发设备501具体包括接收单元601、射频放大单元602和发射单元603。其中：

接收单元601，用于接收有源阵列天线302的上部分波束发送的信号。

射频放大单元602，用于对接收单元601接收到的信号进行功率放大。

发射单元603，用于发射射频放大单元602进行功率放大后的信号。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。

可能以许多方式来实现本发明的天线、基站、系统。例如，可通过硬件、固件或者硬件、固件的任何组合来实现本发明的天线、基站、系统。

基于本发明实施例提供的天线、基站和系统，考虑基于垂直方向折叠式阵列天线提出具体实施例，以及其他在上述系统框架下的具体实施例，均属于本发明实施例的保护范围。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。