一种射频拉远单元及基站的制作方法

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种射频拉远单元及基站。

背景技术：

随着第五代移动通信技术的提出，MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)技术正向大规模，多用户方向进行演进。相较于传统的MIMO技术，Massive MIMO(大规模MIMO)技术在基站端采用了大规模的天线阵列形式(阵列阵元数达到几百个甚至上千个)。在该系统中，基站覆盖范围内的多个用户可以在同一时频资源上与基站同时通信，既能充分利用大规模天线配置带来的空间自由度，提高空间复用和多址能力，又能利用大规模天线带来的分集增益和阵列增益，提高用户与基站通信的可靠性和功率效率。

然而，为了实现对多径信道的探测与分离，MIMO天线阵列中每个阵元都具有独立的射频收发信通道，它包含滤波器、射频收发链路、数字中频和电源等部件。由于大规模MIMO系统拥有大量的天线阵元，这将需要十分庞大的硬件设备，成本、功耗、体积和重量等因素会很大程度地限制该技术的部署和应用。特别地，在微波毫米波频段，天线阵面的尺寸显著减小，大规模的射频收发信通道的尺寸将成为大规模MIMO系统的瓶颈。

因此在硬件层面上，如何降低大规模MIMO系统的复杂度，是大规模MIMO技术研究和应用中的一个核心问题。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种解决上述问题的射频拉远单元及基站。

依据本发明的一个方面，提供一种射频拉远单元，包括：天线模块、天线子阵划分模块和射频模块，其中：

所述天线模块中包括至少两个天线子阵，每个天线子阵中包括至少一个天线振子；

所述射频模块中包括与天线子阵数量相同的射频收发信通道；

所述天线子阵划分模块用于将每个天线子阵中的各天线振子与该天线子阵对应的射频收发信通道相连接。

进一步，所述天线模块中，每个天线子阵的天线振子数量相同。

更进一步，所述天线模块中，每个天线振子只归属于一个天线子阵。

或者，所述天线模块中，存在至少一个天线振子同时归属于不同的天线子阵。

进一步，所述天线模块中同一个天线子阵中的各天线振子排列方向垂直于地面；或者

所述天线模块中同一个天线子阵中的各天线振子排列方向平行于地面；或者

所述天线模块中同一个天线子阵中的各天线振子呈一个平面。

可选的，所述天线子阵划分模块与所述天线模块中的各天线振子通过过孔方式或者射频连接器方式连接。

可选的，所述天线子阵划分模块与所述射频模块通过射频连接器方式连接。

可选的，所述天线子阵划分模块通过与天线子阵数量相同的功分器实现。

本发明实施例还相应提供一种基站，包括本发明实施例提供的射频拉远单元。

进一步，该基站还包括基带处理单元，所述基带处理单元与所述射频拉远单元合并设置或者通过光纤拉远设置。

本发明有益效果如下：本发明实施例提供的射频拉远单元及基站，将各个天线振子划分为多个天线子阵，通过天线子阵划分模块将每个天线子阵中的各天线振子与该天线子阵对应的射频收发信通道相连接，使得一个天线子阵中的天线共用一个射频收发信通道，所以减小了射频拉远单元的器件数量，降低了大规模MIMO系统的复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的射频拉远单元结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的射频拉远单元结构示意图之二；

图3为本发明实施例提供的对应实施例一的射频拉远单元结构示意图；

图4为本发明实施例提供的对应实施例二的射频拉远单元结构示意图；

图5为本发明实施例提供的对应实施例三的射频拉远单元结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的RRU(Radio Remote Unit，射频拉远单元)，包括：天线模块101、天线子阵划分模块102和射频模块103，其中：

天线模块101中包括至少两个天线子阵，每个天线子阵中包括至少一个天线振子；

射频模块103中包括与天线子阵数量相同的射频收发信通道；

天线子阵划分模块102用于将每个天线子阵中的各天线振子与该天线子阵对应的射频收发信通道相连接。

由于将各个天线划分为多个天线子阵，通过天线子阵划分模块102将每个天线子阵中的各天线振子与该天线子阵对应的射频收发信通道相连接，使得一个天线子阵中的天线振子共用一个射频收发信通道，所以减小了射频拉远单元的器件数量，降低了大规模MIMO系统的复杂度。

天线模块101用来完成无线信号的发射和接收。具体的，如图2所示，进行天线子阵的划分时，将所有天线振子按照设定的规则分成k组，每组包含若干个天线振子构成一个天线子阵，即第i个天线子阵包含Mi个天线振子，整个天线模块共包含N个天线振子(N＝M1+M2+…+Mi+…+Mk)。

上述天线子阵划分模块102，即射频模块与天线模块之间的馈电网络，用来将射频收发信通道与天线子阵进行一一对应。天线子阵划分模块102在与天线模块101连接的一侧共N个接口，天线模块和天线子阵划分模块可以是分离设计，也可以是一体化设计，它们之间的N个接口，可以通过过孔方式或者射频连接器方式连接。天线子阵划分模块102在与射频模块103连接的一侧共k个接口，可以通过射频连接器方式互连。天线子阵划分模块102可以通过与天线子阵数量相同的功分器实现。

射频模块103用来实现上行和下行基带信号和射频信号之间的转换。该模块包含k个射频收发信通道，其中，每个射频收发信通道对应一个天线子阵，即第i个射频收发信通道对应第i个天线子阵。通过对k个射频收发信通道进行数字加权(调整幅度和相位)，可以在天线模块实现期望的辐射方向图。

从天线子阵划分维度考虑，根据Massive MIMO基站的应用场景，子阵划分可以是垂直方向子阵划分、水平方向子阵划分或者平面子阵划分。垂直方向子阵划分即同一个天线子阵中的各天线振子排列方向垂直于地面，水平方向子阵划分即同一个天线子阵中的各天线振子排列方向平行于地面，平面子阵划分即同一个天线子阵中的各天线振子呈一个平面。子阵划分后，相当于组阵的天线单元(两个子阵的中心)中心间距变大，在波束调整的过程中，容易出栅瓣，即保证相同天线指标的情况下，角度可调范围变小。考虑对天线阵元采用哪种维度的子阵划分，可以从天线波束的角度范围要求来考虑。以宏基站为例，由于基站高度远小于基站覆盖半径，因此要求垂直维度的覆盖角度较小，而在水平维度的覆盖角度较大。因此，最好采用垂直方向子阵划分，保证水平方向具有足够的自由度。这样在水平维度，天线波束在较大角度范围内可调。

从天线子阵划分形式考虑，根据Massive MIMO基站的波束赋形要求，可选的，子阵划分可以是规则不重叠子阵、不规则不重叠子阵和规则重叠子阵。

规则不重叠子阵划分即均匀子阵划分，具体方法是将天线模块中所包含的N个天线振子(N＝M1+M2+…+Mi+…+Mk)，平均划分成k个天线子阵，每个天线子阵中的天线振子数量相等，即M1＝M2＝…＝Mi＝…＝Mk＝M，即满足N＝M*k，且每个天线子阵中的天线振子具有相同的排列形式。相应的，天线子阵划分模块中，从射频模块侧k个接口到天线模块侧N个接口的馈电网络为等功率分配。

不规则不重叠子阵划分，具体方法是将天线模块所包含的的N个天线振子(N＝M1+M2+…+Mi+…+Mk)，不规则的划分为k个天线子阵，每个天线子阵包含的天线振子数目都可以不同，且各个天线子阵的天线振子的排列形式也可以各不相同。相应的，天线子阵划分模块中，从射频模块侧k个接口到天线模块侧N个接口的馈电网络为不等功率分配。不规则不重叠子阵结构破坏了阵列波束的周期性，能够很好的降低栅瓣、栅零点的影响。

规则重叠子阵划分，具体方法是将天线模块中所包含的N个天线振子，规则地划分为k个天线子阵，每个天线子阵中的天线振子数量相等，即M1＝M2＝…＝Mi＝…＝Mk＝M，且每个子阵具有相同形状，但同一天线振子可以被划分到不同的天线子阵中，阵元被重复使用，即子阵之间是重叠的，即M*k>N。规则重叠子阵在不增大子阵中心间距的条件下增大了子阵孔径，不会增加栅瓣数量，并且可以通过密度或幅度加权的方法压低方向图的旁瓣，增加了波束的灵活性。

本发明实施例提供的射频拉远单元，可较大幅度的减小Massive MIMO基站中的射频收发信通道数量，在硬件层面上降低系统的复杂度。同时，根据基站的应用场景的波束赋形要求，选择不同的天线子阵划分方案，可以大大地提高Massive MIMO基站波束赋形的灵活性。

本发明实施例还提供一种基站，包括本发明实施例提供的射频拉远单元。

进一步，该基站中包括的用于完成基带信号处理的基带模块，可以和其它模块集成为一体化基站，也可以放到BBU侧，将其它模块(RRU侧)通过光纤拉远。即，基带处理单元(BBU)可以与射频拉远单元合并设置或者通过光纤拉远设置。

下面，通过具体实施例对本发明实施例提供的射频拉远单元进行详细说明：

实施例一

如图3所示，以配置64个天线(N＝64，共32对双极化天线，32个-45°极化，32个+45°极化)，16个射频收发信通道(k＝16)为例，对本发明实施例提出的平面规则不重叠子阵划分方案作进一步的详细描述。

该实施例中，采用平面规则不重叠子阵划分方案，具体方法是将天线模块101中所包含的的64个天线振子，平均划分为16个子阵。每个子阵包含4个天线振子，且每个子阵中的天线振子都是2行2列的排列形式。天线子阵1包含天线振子1、天线振子2、天线振子3和天线振子4，均为-45°极化，天线子阵2包含天线振子3、天线振子4、天线振子5和天线振子6，均为-45°极化，以此类推，天线子阵8包含天线振子29、天线振子30、天线振子31和天线振子32，均为-45°极化。同理，天线子阵9包含天线振子33、天线振子34、天线振子35和天线振子36，均为+45°极化，天线子阵10包含天线振子37、天线振子38、天线振子39和天线振子40，均为+45°极化，以此类推，天线子阵16包含天线振子61、天线振子62、天线振子63和天线振子64，均为+45°极化。

该实施例中，射频模块103包含16个射频收发信通道，每个射频收发信通道对应一个天线子阵，即收发信通道1对应天线子阵1，收发信通道2对应天线子阵2，以此类推，收发信通道16对应天线子阵16。

相应的，天线子阵划分模块102中，在天线子阵划分模块与天线模块一侧，共64个接口，在天线子阵划分模块与射频模块一侧，共16个接口，射频模块侧16个接口到天线模块侧64个接口的馈电网络可以用图3所示的16个1分4等功分器实现。

实施例二

如图4所示，以配置64个天线(N＝64，共32对双极化天线，32个-45°极化，32个+45°极化)，16个射频收发信通道(k＝16)为例，对本发明实施例提出的水平方向不规则不重叠子阵划分方案作进一步的详细描述。

该实施例采用水平方向不规则不重叠子阵划分方案，具体方法是将天线模块101中所包含的的64个天线振子，在水平方向进行不规则不重叠划分，各个子阵包含的天线振子数量不同。天线子阵1包含天线振子1、天线振子2、天线振子3、天线振子4和天线振子5，均为-45°极化，天线子阵2包含天线振子6、天线振子7和天线振子8，均为-45°极化，以此类推，天线子阵8包含天线振子30、天线振子31和天线振子32，均为-45°极化。同理，天线子阵9包含天线振子33、天线振子34、天线振子35、天线振子36和天线振子37，均为+45°极化，天线子阵10包含天线振子38、天线振子39和天线振子40，均为+45°极化，以此类推，天线子阵16包含天线振子62、天线振子63和天线振子64，均为+45°极化。

该实施例中，射频模块103包含16个射频收发信通道。其中每个射频收发信通道对应一个天线子阵，即收发信通道1对应天线子阵1，收发信通道2对应天线子阵2，以此类推，收发信通道16对应天线子阵16。

相应的，天线子阵划分模块102中，在天线子阵划分模块与天线模块一侧，共64个接口，在天线子阵划分模块与射频模块一侧，共16个接口，射频模块侧16个接口到天线模块侧64个接口的馈电网络用图4所示的8个1分5等功分器和8个1分3等功分器实现。

实施例三

如图5所示，以配置64个天线(N＝64，共32对双极化天线，32个-45°极化，32个+45°极化)，16个射频收发信通道(k＝16)为例，对本发明实施例提出的垂直方向规则重叠子阵划分方案作进一步的详细描述。

该实施例采用垂直方向规则重叠子阵划分方案，具体方法是将天线模块101中所包含的的64个天线振子，在垂直方向进行规则重叠划分。每个子阵包含5个天线振子，且每个子阵中的天线振子都是5行1列的排列形式。特别的是，同一天线振子可以被划分到不同的子阵中，阵元被重复使用，即子阵之间是重叠的。天线子阵1包含天线振子1、天线振子2、天线振子3、天线振子4和天线振子5，均为-45°极化。天线子阵2包含天线振子4、天线振子5、天线振子6、天线振子7和天线振子8，均为-45°极化，天线振子4和天线振子5既在天线子阵1中，又在天线子阵2中，即天线子阵1和天线子阵2互相重叠。以此类推，天线子阵15包含天线振子57、天线振子58、天线振子59、天线振子60和天线振子61，均为+45°极化，天线子阵16包含天线振子60、天线振子61、天线振子62、天线振子63和天线振子64，均为+45°极化。天线振子60和天线振子61既在天线子阵15中，又在天线子阵16中，即天线子阵15和天线子阵16互相重叠。

该实施例中，射频模块103包含16个射频收发信通道。其中每个射频收发信通道对应一个天线子阵，即收发信通道1对应天线子阵1，收发信通道2对应天线子阵2，以此类推，收发信通道16对应天线子阵16。

相应的，天线子阵划分模块102中，在天线子阵划分模块与天线模块一侧，共64个接口。在天线子阵划分模块与射频模块一侧，共16个接口。射频模块侧16个接口到天线模块侧64个接口的馈电网络用图5中所示的8个2分8不等功分器实现。

通过本发明实施例提供的射频拉远单元及基站，可大幅度减小Massive MIMO基站中的射频通道数量，在硬件层面上降低系统的复杂度。同时，根据基站的应用场景的波束赋形要求，选择不同的天线子阵划分方案，可以较大地提高Massive MIMO基站波束赋形的灵活性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是其与其他实施例的不同之处。尤其对于装置实施例而言，由于其基本相似与方法实施例，所以，描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

虽然通过实施例描述了本申请，本领域的技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。