一种天线辐射波束的发射方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种天线辐射波束的发射方法及装置，针对不同的频段，分别通过在一个维度上（水平面或垂直面）采用调整馈电线长度的方式实现天线阵列中各振子输入信号的幅度和相位的调整，在另一个维度上（垂直面或水平面）采用多阵列波束数字合成的方式实现天线阵列中各振子输入信号的幅度和相位的调整，从而使得经上述两个维度调整后的由各振子输出的信号合成的天线辐射波束方向可以按预设方向进行调整，以满足不同制式覆盖性能所对应的水平方向角的角度值和下倾角的角度值的需求，最终有效解决了满足多种制式共站需求的问题。
【专利说明】一种天线辐射波束的发射方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种天线辐射波束的发射方法及装置【背景技术】
[0002]随着目前移动通信网的发展，众多运营商均面临用同一基站天线系统支持发射多个网络制式的问题，简称多制式共站问题。目前解决多制式(多频段)共站问题的主要手段有:使用超宽频天线子系统发射天线辐射波束或使用并排(或并列)天线子系统发射天线辐射波束。
[0003]具体的，对于超宽频天线子系统而言，该子系统使用一套天线振子可支持较宽的频段，满足不同频段需要。如超宽频智能天线，它能同时支持188(Tl920MHz、2010-2025ΜΗζ、2500-2690ΜΗζ三种频段，其内部结构示意图如图1所示，上述三个频段共用一套振子，该套振子包含指定数量的极化振子对，每对极化振子对包含一个-45°极化振子和一个+45°极化振子。该子系统的优势在于:由于该子系统只有一套振子，它在支持较多的频段的同时，体积、重量与单频天线子系统无较大差别。但由于该子系统采用一套振子支持多个频段，在多制式共站时仅能设定一组天线的工程参数(包括水平方向角的角度值、下倾角的角度值等)。由于不同制式(不同频段)的网络覆盖性能存在一定的差异，因此在多制式共站时，多制式共用的一套工程参数仅能保证某一个制式(频段)的网络覆盖性能达到最优，而其他制式(频段)的网络覆盖性能很难到达最优的效果，从而不能有效的解决多制式共站的问题。举例来说，当TD-LTE系统与TD-SCDMA系统共站时，由于两种制式本身存在的差异以及使用频段的不同，必然导致两种制式具有不同的网络覆盖性能。在这样的场景下采用超宽频天线子系统时，天线的工程参数仅能保证一种制式的网络如TD-LTE系统的网络覆盖性能达到最优，但无法同 时满足使得TD-SCDMA系统的网络覆盖性能达到最优，从而在这个两个系统共站时，TD-SCDMA系统难以达到较优的网络覆盖性能。
[0004]对于并排(或并列)天线子系统而言，该天线子系统是针对不同的频段采用不同的振子，即将多套振子并排或并列的安置于同一个天线子系统内，如图2a和图2b所示。其中，图2a为A系统(例如LTE系统)振子组合单兀与B系统(GSM系统)振子组合单兀并排安置与同一天线子系统内；如图2b为A系统(例如LTE系统)振子组合单兀与B系统(GSM系统)振子组合单元并列安置与同一天线子系统内。由于该天线子系统采用不同的振子支持不同的制式，因此在多制式共站时，可以根据不同的制式性能需求，设置不同的下倾角的角度值，从而满足多制式的网络覆盖性能。但由于该天线子系统将不同系统的振子置于同一套天线子系统内，必然导致天线的体积、重量的极大增加，从而为工程施工带来难度。
[0005]综上所述,如何有效的满足多制式共站需求成为迫切需要解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明实施例提供一种天线辐射波束的发射方法及装置，用以解决现有技术中存在的无法有效地满足多制式共站需求的问题。[0007]本发明实施例采用以下技术方案:
[0008]—种天线辐射波束的发射方法,包括:
[0009]基站天线系统针对自身所支持的每个网络制式，执行:
[0010]确定该网络制式下用于表征网络覆盖性能的第一角度值和第二角度值，其中，所述第一角度值为天线的水平方向角的角度值，所述第二角度值为天线的下倾角的角度值；或所述第一角度值为天线的下倾角的角度值，所述第二角度值为天线的水平方向角的角度值；
[0011]根据确定的第一角度值执行调整天线阵列中各振子的馈电线长度的操作，并根据确定的第二角度值执行生成调整后的各待输入信号的操作；
[0012]将生成的各待输入信号输入相应的振子，以及发送由各振子输出的信号合成的天线辐射波束；由任意振子输出的信号是该振子基于输入自身的待输入信号而生成的；
[0013]其中，根据确定的第二角度值执行生成调整后的各待输入信号的操作，具体包括:
[0014]根据确定的第二角度值，分别确定各振子的相位步进矢量；
[0015]根据预设的相位步进矢量与权值矢量的映射关系、确定出的各相位步进矢量和获得的各振子激励信号，分别确定各振子的权值矢量；
[0016]根据各振子的权值矢量，分别调整待输入各振子的各输入信号的相位和幅度，生成调整后的各待输入信号。
[0017]一种天线辐射波束的发射装置，包括:
[0018]角度确定单元，用于针对基站天线系统所支持的每个网络制式，确定该网络制式下用于表征网络覆盖性能的第一角度值和第二角度值，其中，所述第一角度值为天线的水平方向角的角度值，所述第二角度值为天线的下倾角的角度值；或所述第一角度值为天线的下倾角的角度值，所述第二角度值为天线的水平方向角的角度值；
[0019]馈电线调整单元，用于根据角度确定单元确定的第一角度值执行调整天线阵列中各振子的馈电线长度的操作；
[0020]步进矢量确定单元，用于根据所述角度确定单元确定的第二角度值，分别确定所述各振子的相位步进矢量；
[0021]权值矢量确定单元，用于根据预设的相位步进矢量与权值矢量的映射关系、步进矢量确定单元确定出的各相位步进矢量和获得的各振子激励信号，分别确定各振子的权值
矢量;
[0022]调整单元，用于根据权值矢量确定单元确定的各振子的权值矢量，分别调整待输入各振子的各输入信号的相位和幅度，生成调整后的各待输入信号；
[0023]发送单元，用于将调整单元生成的各待输入信号输入相应的振子，以及发送由各振子输出的信号合成的天线辐射波束，由任意振子输出的信号是该振子基于输入自身的待输入信号而生成的。
[0024]本发明实施例的有益效果如下:
[0025]本发明实施例提供一种天线辐射波束的发射方法及装置，针对不同的频段，分别通过在一个维度上(水平面或垂直面)采用调整馈电线长度的方式实现天线阵列中各振子输入信号的幅度和相位的调整，在另一个维度上(垂直面或水平面)采用多阵列波束数字合成的方式实现天线阵列中各振子输入信号的幅度和相位的调整，从而使得经上述两个维度调整后的由各振子输出的信号合成的天线辐射波束方向可以按预设方向进行调整，以满足不同制式覆盖性能所对应的水平方向角的角度值和下倾角的角度值的需求，最终有效解决了满足多种制式共站需求的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为【背景技术】提供的超宽频智能天线子系统的结构示意图；
[0027]图2a为【背景技术】提供的并排天线子系统的结构示意图；
[0028]图2b为【背景技术】提供的并列天线子系统的结构示意图；
[0029]图3为本发明实施例提供的一种天线辐射波束的发射方法的方法流程图；
[0030]图4为本发明实施例提供的根据确定的第二角度值生成调整后的各待输入信号的方法流程图；
[0031]图5为本发明实施例提供的半波对称阵子的结构示意图；
[0032]图6为本发明实施例提供的由4个振子组成的水平方向阵的示意图；
[0033]图7为本发明实施例提供的水平方向角为O度时水平方向阵的水平面65度广播方向图；
[0034]图8为本发明实施例提供的水平方向角为5度时水平方向阵的水平面65度广播方向图；
[0035]图9为本发明实施例提供的水平方向角为10度时水平方向阵的水平面65度广播方向图；
[0036]图10为本发明实施例提供的水平方向角为20度时水平方向阵的水平面65度广播方向图。
【具体实施方式】
[0037]为解决现有技术中存在的无法有效地满足多制式共站需求的问题，本发明实施例提供了一种天线辐射波束的发射方法及装置，针对基站天线系统自身所支持的每个网络制式，分别通过在一个维度上(水平面或垂直面)采用调整馈电线长度的方式实现天线阵列中各振子输入信号的幅度和相位的调整，在另一个维度上(垂直面或水平面)采用多阵列波束数字合成的方式实现天线阵列中各振子输入信号的幅度和相位的调整，从而使得经上述两个维度调整后的由各振子输出的信号合成的天线辐射波束方向可以按预设方向进行调整，以满足不同制式覆盖性能所对应的水平方向角的角度值和下倾角的角度值的需求，最终有效解决了满足多种制式共站需求的问题。
[0038]以下结合说明书附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施列中的特征可以互相结合。
[0039]实施例1
[0040]基于上述基本思想，本发明实施例提供的一种天线辐射波束的发射方法流程图如图3所示，基站天线系统针对自身所支持的每个网络制式具体可以执行以下步骤:
[0041]步骤11、确定该网络制式下用于表征网络覆盖性能的第一角度值和第二角度值。[0042]其中，该第一角度值为天线的水平方向角的角度值，该第二角度值为天线的下倾角的角度值；或该第一角度值为天线的下倾角的角度值，该第二角度值为天线的水平方向角的角度值；
[0043]步骤12、根据确定的第一角度值执行调整天线阵列中各振子的馈电线长度的操作，并根据确定的第二角度值执行生成调整后的各待输入信号的操作。
[0044]其中，根据确定的第一角度值执行调整天线阵列中各振子的馈电线长度的操作，具体可以表现为根据确定的第一角度值来分别移动连接各振子的馈电线的滑块，该些馈电线的滑块主要用于控制与相应振子相连的馈电线的长度。实际上，调整各振子的馈电线长度就是利用物理方案来改变各振子的待输入信号的相位和幅度。
[0045]根据确定的第二角度值执行生成调整后的各待输入信号的操作，具体包括以下子步骤，如图4所示:
[0046]步骤121、根据确定的第二角度值，分别确定各振子的相位步进矢量；
[0047]步骤122、根据预设的相位步进矢量与权值矢量的映射关系、确定出的各相位步进矢量和获得的各振子激励信号，分别确定各振子的权值矢量；
[0048]步骤123、根据各振子的权值矢量,分别调整待输入各振子的各输入信号的相位和幅度，生成调整后的各待输入信号。
[0049]步骤13、将生成的各待输入信号输入相应的振子，以及发送由各振子输出的信号合成的天线辐射波束，其中，由任意振子输出的信号是该振子基于输入自身的待输入信号而生成的。
[0050]可选的，当第二角度值为水平方向角的角度值时，步骤121可以具体包括:针对每个振子，根据该振子在天线阵列中所处振子列的列编号、指定无线电波的波长、水平方向角的角度值以及不同振子列之间的间距值，确定该振子的水平相位步进矢量。其中，指定无线电波的波长可以根据公式[I]来确定:
[0051]λ = Cf [I]
[0052]C为光速，C = 3*108m/s，f为该网络制式所对应频段的中心频点的频率值，假设该网络制式所对应频段为1880MHz~1920MHz，那么该频段的中心频点的频率值为1900MHz，则根据公式[I]可确定指定无线电波的波长为0.15789m。
[0053]步骤122可以具体包括:根据预设的水平相位步进矢量与水平权值矢量的映射关系、确定出的各水平相位步进矢量和获得的各振子水平激励信号，分别确定各振子的水平权值矢量。
[0054]具体的，各振子的水平权值矢量可以通过公式[2]来实现:
[0055]W1n = co///(exp(7 ^ Φ&[2]
[0056]其中，w' n,DT表示第η个振子的水平权值矢量，Φ' η表示第η个振子的水平相位步进矢量，W1 n；fix表示第η个振子水平激励信号，conj表示求复数的共轭函数，exp表示以自然对数e为底的指数函数，j表示虚数单位。
[0057]可选的，当第二角度值为下倾角的角度值时，步骤121可以具体包括:针对每个振子，根据该振子在天线阵列中所处振子行的行编号、指定无线电波的波长、下倾角的角度值以及该振子所在振子行与与该振子相同的振子所在振子行的间距值，确定该振子的垂直相位步进矢量。其中，指定无线电波的波长的确定公式如公式[I]所示，这里不再赘述。
[0058]步骤122可以具体包括:根据预设的垂直相位步进矢量与垂直权值矢量的映射关系、确定出的各垂直相位步进矢量和获得的各振子垂直激励信号，分别确定各振子的垂直权值矢量。
[0059]具体的，各振子的垂直权值矢量可以通过公式[3]来实现:
[0060]Κμτ = cunj(exp( j ^ Φ?))H;,' ;/?[3]
[0061]其中，wn,DT表示第η个振子的垂直权值矢量，Φη表示第η个振子的垂直相位步进矢量，'fix表示第η个振子垂直激励信号，conj表示求复数的共轭函数，exp表示以自然对数e为底的指数函数，j表示虚数单位。
[0062]另外，需要说明的是，对应于本发明实施例提供的这种天线辐射波束的发射方法的天线阵列包含沿水平方向排列的至少4列振子和沿垂直方向排列的至少4行振子。
[0063]综上所述，本发明实施例提供一种天线辐射波束的发射方法，针对基站天线系统自身所支持的每个网络制式，分别通过在一个维度上(水平面或垂直面)采用调整馈电线长度的方式实现天线阵列中各振子输入信号的幅度和相位的调整，在另一个维度上(垂直面或水平面)采用多阵列波束数字合成的方式实现天线阵列中各振子输入信号的幅度和相位的调整，从而使得经上述两个维度调整后的由各振子输出的信号合成的天线辐射波束方向可以按预设方向进行调整，以满足不同制式覆盖性能所对应的水平方向角的角度值和下倾角的角度值的需求，最终有效解决了满足多种制式共站需求的问题。
[0064]实施例2`[0065]针对本发明实施例提供的一种天线辐射波束的发射方法，下面以具体实例详细说明。
[0066]根据天线基本原理，构成天线系统的基本单位为半波对称振子，如图5所示，将双导线张开180度，分别与原导线垂直，当总长度等于半个波长时，形成半波对称振子，此时，半波对称振子对应的上下两线段上的电流可以转为同相，由此二者在空间不同位置上产生的辐射波不再是相互抵消，而是完全叠加或者部分叠加，将各个半波对称振子产生的辐射波进行组合叠加就产生了天线的辐射波束。因此，如果改变天线系统中某些半波对称振子辐射波的相位和/或幅度，就可以获得预想的天线辐射波束。
[0067]基于上述原理，为了满足基站天线系统所支持的每个网络制式对天线辐射波束第一角度值(水平方向角的角度值或下倾角的角度值)和第二角度值(下倾角的角度值或水平方向角的角度值)的不同要求，需要分两个维度分别调整天线阵列各振子输入信号的相位和幅度。本发明实施例假设:在水平面上，通过采用多阵列波束数字合成的方式来实现对天线阵列中各振子输入信号的幅度和相位的调整，从而实现对对天线辐射波束水平方向角的电调；在垂直面上，通过采用调整馈电线长度的方式来实现对天线阵列中各振子输入信号的幅度和相位的调整，从而实现对天线辐射波束下倾角的电调。
[0068]具体的，进一步假设本发明实施例提供的基站天线系统的天线阵列包含沿水平方向排列的4列振子和沿垂直方向排列的4行振子。其中，沿水平方向排列的4列振子构成了一个水平方向阵，如图6所示。则在水平面上，通过采用多阵列波束数字合成的方式来实现对天线阵列中各振子输入信号的幅度和相位的调整，从而实现对天线辐射波束水平方向角的电调的实施方案如下:
[0069]假设要将辐射波束的水平方向角调整τ ’，指定的无线电波长为λ，那么水平方向阵中的每个振子的水平相位步进矢量可以通过公式[4]来确定:
[0070]
【权利要求】
1.一种天线辐射波束的发射方法，其特征在于，包括: 基站天线系统针对自身所支持的每个网络制式，分别执行:确定该网络制式下用于表征网络覆盖性能的第一角度值和第二角度值，其中，所述第一角度值为天线的水平方向角的角度值，所述第二角度值为天线的下倾角的角度值；或所述第一角度值为天线的下倾角的角度值，所述第二角度值为天线的水平方向角的角度值；根据确定的第一角度值执行调整天线阵列中各振子的馈电线长度的操作，并根据确定的第二角度值执行生成调整后的各待输入信号的操作； 将生成的各待输入信号输入相应的振子，以及发送由各振子输出的信号合成的天线辐射波束；由任意振子输出的信号是该振子基于输入自身的待输入信号而生成的； 其中，根据确定的第二角度值执行生成调整后的各待输入信号的操作，具体包括: 根据确定的第二角度值，分别确定所述各振子的相位步进矢量； 根据预设的相位步进矢量与权值矢量的映射关系、确定出的各相位步进矢量和获得的各振子激励信号，分别确定所述各振子的权值矢量； 根据各振子的权值矢量，分别调整待输入各振子的各输入信号的相位和幅度，生成调整后的各待输入信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二角度值为水平方向角的角度值；所述相位步进矢量为水平相位步进矢量；则 根据确定的第二角度值，分别确定天线阵列中各振子的相位步进矢量，具体包括:针对每个振子，根据该振子在所述天线阵列中所处振子列的列编号、指定无线电波的波长、所述水平方向角的角度值以及不同振子列之间的间距值，确定该振子的水平相位步进矢量。`
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二角度值为下倾角的角度值；所述相位步进矢量为垂直相位步进矢量；贝>1 根据确定的第二角度值，分别确定天线阵列中各振子的相位步进矢量，具体包括:针对每个振子，根据该振子在所述天线阵列中所处振子行的行编号、指定无线电波的波长、所述下倾角的角度值以及该振子所在振子行与与该振子相同的振子所在振子行的间距值，确定该振子的垂直相位步进矢量。
4.如权利要求f3任一所述的方法，其特征在于，还包括: 所述天线阵列包含沿水平方向排列的至少4列振子，沿垂直方向排列的至少4行振子。
5.一种天线辐射波束的发射装置，其特征在于，包括: 角度确定单元，用于针对基站天线系统所支持的每个网络制式，确定该网络制式下用于表征网络覆盖性能的第一角度值和第二角度值，其中，所述第一角度值为天线的水平方向角的角度值，所述第二角度值为天线的下倾角的角度值；或所述第一角度值为天线的下倾角的角度值，所述第二角度值为天线的水平方向角的角度值；； 馈电线调整单元，用于根据所述角度确定单元确定的第一角度值执行调整天线阵列中各振子的馈电线长度的操作； 步进矢量确定单元，用于根据所述角度确定单元确定的第二角度值，分别确定所述各振子的相位步进矢量； 权值矢量确定单元，用于根据预设的相位步进矢量与权值矢量的映射关系、所述步进矢量确定单元确定出的各相位步进矢量和获得的各振子激励信号，分别确定所述各振子的权值矢量； 调整单元，用于根据所述权值矢量确定单元确定的各振子的权值矢量，分别调整待输入各振子的各输入信号的相位和幅度，生成调整后的各待输入信号； 发送单元，用于将所述调整单元生成的各待输入信号输入相应的振子，以及发送由各振子输出的信号合成的天线辐射波束，由任意振子输出的信号是该振子基于输入自身的待输入信号而生成的。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二角度值为水平方向角的角度值；所述相位步进矢量为水平相位步进矢量；则 步进矢量确定单元，具体用于: 针对每个振子，根据该振子在所述天线阵列中所处振子列的列编号、指定无线电波的波长、所述水平方向角的角度值以及不同振子列之间的间距值，确定该振子的水平相位步进矢量。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二角度值为下倾角的角度值；所述相位步进矢量为垂直相位步进矢量；贝>1 步进矢量确定单元，具体用于: 针对每个振子，根据该振子在所述天线阵列中所处振子行的行编号、指定无线电波的波长、所述下倾角的角度值以及该振子所在振子行与与该振子相同的振子所在振子行的间距值，确定该振子的垂直相位步进矢量。
8.如权利要求5~7任一所述的装置`，其特征在于，还包括: 所述天线阵列包含沿水平方向排列的至少4列振子，沿垂直方向排列的至少4行振子。
【文档编号】H04B7/06GK103872458SQ201210537449
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2012年12月12日
【发明者】李智伟, 王文明, 张志敏, 石伟, 杜建凤, 盛凌志 申请人:中国移动通信集团北京有限公司