一种天线系统、信号处理系统以及信号处理方法与流程

本申请涉及通信领域，尤其涉及一种天线系统、信号处理系统以及信号处理方法。
背景技术：
：随着移动通信系统的容量要求越来越高，当下的移动通信系统可以通过采用多列小间隔天线阵列，形成增益较高的窄波宽的波束以对准用户，从而增强用户接收的信号，以提高容量。现有的天线系统采用的小间隔天线阵列一般由4个双极化天线组成，天线波束赋形是由4列同极化天线在某个方向进行相干叠加，从而形成某一指向性的波束。但是，由于4个射频通道的功率是一样的，导致4列天线的幅度也是一样的，故形成的某一指向波束的旁瓣较大，旁瓣较大会对其他方向的用户形成干扰，旁瓣较大也会带来能量的浪费。在数字波束成形系统中，为了实现较优的波束旁瓣抑制，一般都会使得天线的幅度分布成削尖分布，但是这样会导致系统的功率利用率降低。为此，还可以通过由若干的电桥和功分器组成的多波束赋形网络形成多个波束，以实现较优的旁瓣抑制作用，同时实现较高的功率利用率。但是由于电桥和功分器组成的多波束赋形网络系统形成波束后无法调整波束的方向，只能为固定的波束，因此波束之间存在信号弱覆盖的地区，以至于当终端设备出现在信号弱覆盖的地区时，接收到的信号较弱甚至接收不到信号。技术实现要素：本申请实施例提供了一种信号处理方法、系统以及一种天线系统，用于在保证高功率和低旁瓣的前提下，调节接收的射频信号，以使得天线阵列形成需要的波束。有鉴于此，本申请第一方面提供了一种天线系统，该方法包括：n个射频通道、m列天线、m-n个功分器和m-n个移相器，其中，n为偶数，n<m≤2n，该m列天线为从1到m依次排序的天线阵列，相邻的2列天线的序号相邻；该n个射频通道中的任一射频通道，用于通过发送射频信号以驱动该m列天线中的1列或2列天线。在本发明实施例中，使用较少数量(n)的射频通道驱动较多数量(m)的天线，具体的，一个射频通道驱动1至2列天线，对于同一射频通道驱动的天线，称为天线组，则m列天线101可以组成n个天线组，其中每个天线组包含1或2列天线。该m列天线，用于接收该n个射频通道的射频信号并形成目标波束，对于同一个射频通道驱动的2列天线中只有1列天线连接该m-n个移相器中的1个移相器，且同时连接该m-n个功分器中的1个功分器；该m-n个功分器中的任一功分器，用于为连接的2列天线进行功率分配；该m-n个移相器中的任一移相器，用于调节连接的天线所接收的射频信号的相位。在本发明实施例中，m列天线103和n个射频通道101之间使用信号处理系统102连接，该信号处理系统102可以包括m-n个功分器和m-n个移相器连接。通过m-n个功分器调整m列天线的功率分配，通过m-n个移相器调整m列天线103接收的射频信号的相位，从而调整天线的波束模式，以使得在高功率的前提下形成旁瓣低的波束，而且可以调整其指向和波宽，克服现有技术中波束不可调整从而存在弱覆盖的问题。该m列天线和该m-n个移相器的连接方式包括：若m为偶数，则该m列天线中，第m/2-n/2+1列到m/2+n/2列天线不连接移相器，其余的m-n列天线连接该m-n个移相器；若m为奇数，则该m列天线中，第2列天线到第m列天线中有n列序号连续的天线不连接移相器，其余的m-n列天线分别连接该m-n个移相器，或者，第1列到第m-1列中有n列序号连续的天线不连接移相器，其余m-n列天线分别连接该m-n个移相器。可选的，该移相器为1比特移相器，该1比特移相器用于调节连接的天线所接收的射频信号的相位至0度或180度。在本发明实施例中，若未接移相器的各列天线是不相邻的，则若移相器为0度/180度切换的1比特移相器时，切换的时候必然导致相邻天线的相位是差180度，这样必然导致产生出来的波束不是一个较好波束。结合本申请的第一方面，本申请的第一方面的第一种实施方式，包括：该n的取值为4，该m的取值为8，则该4个射频通道、该8列天线、该4个功分器和该4个移相器的连接方式为：序号为1、2、3、4的射频通道分别驱动序号为1和5、2和6、3和7、4和8的天线，且每个射频通道驱动的2列天线使用1个功分器连接，其中，第1、2、7、8列天线连接移相器。可选的，4个该天线组之间的天线间隔为0.5λ，该4个功分器中的2个功分器输出的功分比为3:7，另外2个功分器输出的功分比为1:4。可选的，该天线为双极化天线，该双极化天线包括：呈+45度极化的天线振子和呈-45度极化的天线振子。本申请第二方面提供了一种信号处理系统，包括：如本申请第一方面和本申请第一方面的第一种实施方式中的该m-n个功分器和该m-n个移相器。本申请第三方面提供了一种信号处理方法，包括：当该n个射频通道向该m列天线发送射频信号时，根据目标波束为该m列天线中的各列天线进行功率分配；根据该目标波束调节该m列天线中各列天线所接收的射频信号的相位，以使得该m列天线形成该目标波束。本申请的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。本申请第五方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述各方面所述的方法。从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：在包含n个射频通道、m列天线、m-n个功分器和m-n个移相器(n为偶数，n<m≤2n)的天线系统中，通过该n个射频通道中驱动该m列天线，以使得该m列天线形成目标波束，其中，对于同一个射频通道驱动的2列天线，有且只有1列天线连接该m-n个移相器中的1个移相器，用于调节连接的天线所接收的射频信号的相位，且同时连接该m-n个功分器中的1个功分器，用于为连接的2列天线进行功率分配，实现了在射频通道的高功率和形成低旁瓣的波束的前提下，实现了可以动态地对波束的大小和方向进行调整，使得服务的小区或扇区不存在弱覆盖的区域。附图说明图1为本申请实施例中一种天线系统的实施例示意图；图2为本申请实施例中一种天线系统的另一实施例示意图；图3为本申请实施例中一种天线系统的另一实施例示意图；图3.1为本申请实施例中一种天线系统的形成的波束示意图；图3.2为本申请实施例中一种天线系统的形成的另一波束示意图；图3.3为本申请实施例中一种天线系统的形成的另一波束示意图；图4为本申请实施例中一种信号处理方法的一实施例示意图；图5为本申请实施例中一种信号处理系统的一实施例示意图。具体实施方式本申请实施例提供了一种天线系统、信号处理系统以及信号处理方法，用于在保证高功率和低旁瓣的前提下，调节接收的射频信号，以使得天线阵列形成需要的波束。为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本申请实施例方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在本申请实施例中，由于移动通信系统可以采用多列小间隔天线阵列，形成窄波宽的波束对准用户，从而增强用户的接收信号。但是这样形成的波束的旁瓣较大，造成对其他方向的用户形成干扰，也会带来能量的浪费。为了实现较优的波束旁瓣抑制，可以通过由若干的电桥和功分器组成的多波束赋形网络形成多个波束，若干个天线阵列端口通过该赋形网络得到若干个波束端口，以实现较优的旁瓣抑制作用，同时实现较高的功率利用率，但是由于无法调整形成的波束的指向，波束之间存在信号弱覆盖的地区。因此，本申请实施例提供了一种天线系统，在射频通道的高功率和形成低旁瓣的波束的前提下，实现了可以动态地对波束的大小和方向进行调整，使得服务的小区或扇区不存在弱覆盖的区域。为便于理解，以下对本申请实施例中的天线系统进行描述，如图1所示，是一种天线系统100，包括：n个射频通道101，信号处理系统102和m列天线103(n为偶数，n<m≤2n)，该m列天线为从1到m依次排序的天线阵列，其中，相邻的2列天线的序号相邻，其中，n个射频通道101用于向m列天线103发送射频信号，信号处理系统102用于接收射频信号，并根据目标波束对该射频信号进行处理，m列天线103用于根据信号处理系统处理后的射频信号形成目标波束。在本申请实施例中，天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。需要说明的是，1列天线的方向性是有限的，为适合各种场合的应用，将工作在同一频率的多列天线，按照一定的要求进行馈电和空间排列构成天线阵列，则该m列天线为一天线阵列。在m列天线组成的天线阵列中，m列天线分别均有序号，从1到m，相邻序号的2列天线在天线阵列的物理位置时相邻是，如序号为4和5的天线是相邻的。在本发明实施例中，使用较少数量(n)的射频通道驱动较多数量(m)的天线，具体的，一个射频通道驱动1至2列天线，对于同一射频通道驱动的天线，称为天线组，则m列天线101可以组成n个天线组，其中每个天线组包含1或2列天线。需要说明的是，由于m列天线会组成n个天线组，每个天线组包含1至2列天线，则很明显，m大于n而小于等于2n。例如，有8列天线的天线阵列，8列天线的序号分别为、1、2、3……7、8，且不连接移相器的天线为2、3、4、5，连接移相器的天线的序号为1、6、7、8，则2、3、4、5中的1列天线与1、6、7、8中的1列天线可以组成一个天线组。则序号在1-4中的天线与序号在5-8中的天线组成一个天线组，若m为奇数，如7，则序号为4的天线可自成一个天线组。需要说明的是，如果n为奇数，则加移相器和功分器均找不到射频通道对应的权值，使得形成特定指向且低幅瓣的窄波束，因此在本发明实施例中，n必须为偶数。在本发明实施例中，m列天线103和n个射频通道101之间使用信号处理系统102连接，该信号处理系统102可以包括m-n个功分器和m-n个移相器连接。通过m-n个功分器调整m列天线的功率分配，通过m-n个移相器调整m列天线103接收的射频信号的相位，从而调整天线的波束模式，以使得在高功率的前提下形成旁瓣低的波束，而且可以调整其指向和波宽，克服现有技术中波束不可调整从而存在弱覆盖的问题。上面对本申请实施例中天线系统100的总框架进行描述，下面对本申请实施例天线系统100中的信号处理系统102，以及天线系统100中各部件的连接关系进行详细描述。如图2所示，该天线系统100包括n个射频通道101、m列天线103、信号处理系统102，其中，该信号处理系统102包括m-n个功分器和m-n个移相器(n为偶数，n<m≤2n)。其中，该m列天线中对于同一个射频通道驱动的2列天线，有且只有1列天线连接该m-n个移相器中的1个移相器，且同时连接该m-n个功分器中的1个功分器，该移相器用于调节连接的天线所接收的射频信号的相位，该功分器用于为连接的2列天线进行功率分配。在一些可行的实施例中，功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，功分器按输出通常分为一分二(一个输入两个输出)、一分三(一个输入三个输出)等。当功分器接收射频通道发送的射频信号时，可以为2列天线进行功率分配，以使得当天线阵列接收到射频信号时，形成需要的波束，而不需要降低射频通道的功率，保障了最高的功率利用率。需要说明的是，若天线组为1列天线时，则不需要功分器。需要说明的是，功率是指物体在单位时间内所做的功的多少，即功率是描述做功快慢的物理量，在本申请实施例中，功率利用率的计算方法为发射出去功率/射频总功率能力。在本申请实施例中，该m-n个移相器中的任一移相器，连接该n个天线组包含2列天线的天线组中的1列天线，用于根据该目标波束调节连接的天线所接收的射频信号的相位。移相器为能够对射频信号的相位进行调整的一种装置。移相器在雷达、导弹姿态控制、加速器、通信、仪器仪表甚至于音乐等领域都有着广泛的应用。移相器可以连接天线阵列和射频通道之间，用于根据目标波束调节接收的射频信号的相位。该移相器可以为高精度移相器，也可以为低精度移相器，此处不作限定。本申请实施例中，使用高精度移相器和低精度移相器均可实现有益效果，因此为节省成本考虑，可以优先考虑使用低精度移相器。需要说明的是，通过调整射频信号的相位来调整天线形成的目标波束的目标指向，该目标指向可以确定目标相位，则可以将移相器调节至目标相位，则可以通过根据目标指向的方向来确定波束的指向，则可以根据该指向确定需要的目标相位。需要说明的是，电磁波的相位组成包含三部分：时间相位，空间相位，初相位。就初相位来讲，当发射通道和工作频率确定后，其初相位就是确定的，而在几列电磁波相遇的时刻，时间相位也是确定的，只有空间相位可能发生变化，因为组成天线阵列的各单元天线位置不同，各自发出的电磁波传到同一接收区域时所走的空间路径不同，这样就会造成空间相位的数值大小不相同，因此被调整的目标相位实际上是空间相位的数值。在一些可行的实施例中，目标波束包括目标指向，为一个终端或若干个相近终端的方向，则可以使用形成的波束进行对准，其中，该波束可以窄波束，即波宽较小，增益较大的波束，在另一些可行的实施例中，也可以形成较宽的波束，此处不做限定。需要说明的是，波束是指由天线阵列发射出来的电磁波在地表上形成的形状。在本申请实施例中，目标指向可以是预先设置的方向，也可以为根据服务的终端而定其方向，如始终对准服务的终端，随着终端的移动而移动；也可以根据协议在特定的时间内指向特定的方向，如在固定时间周期内，对准服务的目标指向一次或者数次，还可以有其他设置目标指向的方法，此处不作限定。在一些可行的实施例中，信号处理系统还可以包括其他无源元件，组成无源网络，此处不做限定。在本申请实施例中，该m列天线和该m-n个移相器的连接方式为：若m为偶数，则该m列天线中，第m/2-n/2+1列到m/2+n/2列天线不连接移相器，其余的m-n列天线连接该m-n个移相器；若m为奇数，则该m列天线中，第2列天线到第m列天线中有n列序号连续的天线不连接移相器，其余的m-n列天线分别连接该m-n个移相器，或者，第1列到第m-1列中有n列序号连续的天线不连接移相器，其余m-n列天线分别连接该m-n个移相器。在本发明实施例中，若未接移相器的各列天线是不相邻的，则若移相器为0度/180度切换的1比特移相器时，切换的时候必然导致相邻天线的相位是差180度，这样必然导致产生出来的波束不是一个较好波束。需要说明的是，影响波束的3db波宽和副瓣的主要因素为天线阵列的各列的激励幅度，影响波束的指向的主要因素为天线阵列的各列的激励相位，则为了获得特定指向且低副瓣的窄波束，需要满足天线的相位成等差数列和幅度成锥削分布，其中等差数列的差值为一般θ小于150度，其中d为阵列间列间距，θ为波束指向。如上述，如果相邻天线的相位差为180度，则形成不了特定指向和低幅瓣的窄波束。该m列天线中的天线为双极化天线，该双极化天线为呈+45度极化的天线振子和呈-45度极化的天线振子。需要说明的是，双极化天线是一种天线技术，组合了+45度和-45度两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下。一般数字移动通信网的定向基站(三扇区)要使用6根天线，每个扇形使用2根天线(空间分集，一发两收)，如果使用双极化天线，每个扇形只需要1根天线；同时由于在双极化天线中，±45度的极化正交性可以保证+45度和-45度两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求。另外，双极化天线具有电调天线的优点，在移动通信网中使用双极化天线同电调天线一样，可以降低呼损，减小干扰，提高全网的服务质量。如图3所示，以该n的取值为4，该m的取值为8，则该4个射频通道、该8列天线、该4个功分器和该4个移相器的连接方式为：序号为1、2、3、4的射频通道分别驱动序号为1和5、2和6、3和7、4和8的天线，且每个射频通道驱动的2列天线使用1个功分器连接，其中，第1、2、7、8列天线连接移相器，为例进行说明。4个该天线组之间的天线间隔为0.5λ，其中λ为波长，该4个功分器中的2个功分器输出的功分比为3:7，另外2个功分器输出的功分比为1:4，该m列天线中的天线为双极化天线，该双极化天线为呈+45度极化的天线振子和呈-45度极化的天线振子。则天线波束模式1：(射频通道的权值表)4个收发通道功率一致，功率利用率100％，可形成如下图表的波束形态：根据功分器将射频通道连接的2列天线进行功率分配，得到以下天线的权值表：(天线的权值表)需要说明的是，上述波束均是窄波束，幅度成削尖分布(中间高两边低)有利于抑制幅瓣，相位成等差分布是为了形成不同指向的波束。请参考图3.1，则各个波束分别可以得到以下参数的值：波束指向旁瓣电平波宽波束114度-22.515.1波束2-46度-2020.6波束346度-2020.54波束4-14度-22.515.1天线波束模式2：4个收发通道功率一致，功率利用率100％，可形成如下波束形态：(波束参数)请参考图3.2，则各个波束分别可以得到以下参数的值：(trx通道权值表)波束指向旁瓣电平波宽波束114度-22.515.1波束2-46度-2020.6波束346度-2020.54波束4-14度-22.515.1根据功分器将射频通道连接的2列天线进行功率分配，得到以下天线的权值表：(天线的权值表)需要说明的是，上述波束均是窄波束，幅度成削尖分布(中间高两边低)有利于抑制幅瓣，相位成等差分布是为了形成不同指向的波束。有上述表格可知，本申请可以通过调节其移相器和功分器实现对波束的指向的控制，也可以实现对波宽的控制，还可以实现对旁瓣电平的控制，最终实现在功率利用率100％、旁瓣抑制较优的前提下，形成指向该目标指向的波束，最终可形成如图3.3的波束，实现120度扇区无缝覆盖。需要说明的是，一个波束赋形通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3db(db为分贝，即功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(又称波宽)。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。“旁瓣电平”是指两功率或电压之比的对数，有时也可用来表示两电流之比的对数。在一般情况下，旁瓣电平越小，则说明能力浪费越少，则可以认为该波束的质量越好。因此，可以看该天线系统可以保证射频通道的高功率和形成低旁瓣的波束的前提下，实现了可以动态地对波束的大小和方向进行调整，使得服务的小区或扇区不存在弱覆盖的区域。在一些可行的实施例中，移相器可以为1比特移相器，即根据目标波束为连接的天线所接收的射频信号的相位调节至0度或180度的移相器，亦可在高功率和形成低旁瓣的波束的前提下，实现了可以动态地对波束的大小和方向进行调整，此处不再详述。上面对本申请实施例中天线系统100进行描述，下面对本申请实施例中的信号处理方法进行描述。如图4所示，是一种信号处理方法，用于包含n个射频通道和m列天线的天线系统，包括：401、当该n个射频通道向该m列天线发送射频信号时，信号处理系统根据目标波束为该m列天线中的各列天线进行功率分配。402、该信号处理系统根据该目标波束调节该m列天线中各列天线所接收的射频信号的相位，以使得该m列天线形成该目标波束。如图5所示，本申请实施例还提供了一种信号处理系统500，包括：功分模块501，用于当该n个射频通道向该m列天线发送射频信号时，根据目标波束为该m列天线中的各列天线进行功率分配。移相模块502，用于根据该目标波束调节该m列天线中各列天线所接收的射频信号的相位，以使得该m列天线形成该目标波束。本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述步骤401-402的方法。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的实施例步骤401-402以及信号处理系统500的具体工作过程，可以参考前述天线系统的实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。当前第1页12