[發明專利]一種大規模MIMO陣列的天線結構

在審

• 申請號: 201710342210.2
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107275800A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 劉偉濤;張小飛;程騫琳;夏忠喜;楊東林;時娜;李竟銘
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 姜慧勤

技術領域

本發明涉及一種大規模MIMO陣列的天線結構，具體涉及一種大規模MIMO陣列的圓盤結構，屬于陣列天線布局技術領域。

背景技術

隨著低頻頻譜日益擁擠，人們將關注點轉移至毫米波頻段。由于毫米波波長達到毫米級別，因此可以在不占據更多空間的前提下，將傳統MIMO天線數量大幅度增加，由幾個天線增加到幾十個上百個，形成大規模MIMO陣列結構。然而，在大規模MIMO陣列結構設計中，不同結構會具有不同的陣列流形，從而導致信道容量的差異。

當前，從天線歸一化間距、信噪比、到達信號的角度擴展等方面考慮，基站天線陣列排布為方陣、矩形面陣情況下的信道容量性能已經得到普遍研究。雖然其信道容量相比較傳統MIMO天線已經得到很大改善，但是仍然存在提高的空間。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種大規模MIMO陣列的天線結構，該結構是由相等數目的天線均勻分布在每一層的圓周上，在天線總數、每一層的天線數確定的情況下，可以確定天線結構的層數以及每一層圓周的半徑，從而確定天線結構。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種大規模MIMO陣列的天線結構，包括多個半徑不同的同心圓陣，各個圓陣包括相同數量的天線，這些天線均勻分布在對應圓陣的圓周上，相鄰圓陣之間的間距相同。

作為本發明的一種優選方案，所述各個圓陣包括相同數量的天線，設為N_p，N_p為預先設定值。

作為本發明的一種優選方案，所述圓陣的半徑為r_l，且

其中，l＝1,2,…,L，L為天線結構中所有圓陣的總層數，d為天線結構中最外層圓陣的直徑。

作為本發明的一種優選方案，所述天線結構中，天線的總數量N＝N_p·L，其中，N_p為天線結構中各個圓陣的天線數量，L為天線結構中所有圓陣的總層數。

作為本發明的一種優選方案，所述天線結構中，天線的總數量與天線結構中所有圓陣的總層數之間為整除關系。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

1、本發明大規模MIMO圓盤陣列結構，具有較低的到達角選擇性，能識別范圍更廣的來波信號。

2、本發明大規模MIMO圓盤陣列結構相較于方形、矩形陣列結構獲得更好的信道容量。

3、本發明大規模MIMO圓盤陣列結構，為大規模MIMO陣列的研究增添新的陣列形式。

附圖說明

圖1是本發明大規模MIMO陣列的天線結構的布局示意圖。

圖2是現有大規模MIMO陣列結構布局示意圖，其中，(a)為方形陣列、(b)為矩形陣列。

圖3是圓盤陣列結構與方形陣列、矩形陣列結構的信道容量隨天線間距變化的對比圖。

圖4是圓盤陣列的信道容量隨天線間距的變化曲線。

圖5是圓盤陣列的信道容量隨信噪比的變化曲線。

圖6是圓盤陣列的信道容量隨角度擴散范圍的變化曲線。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。

本發明設計一種大規模MIMO陣列的天線結構布局，相比傳統MIMO天線具有翻倍甚至幾十倍的天線單元數量。該結構的天線單元總數為N＝N_p·L，其中N_p為每一層的天線單元數目，L為層數。最外層的圓周半徑為d/2，逐層遞減，每一層的半徑為：

一、方向矢量

首先以單個均勻圓陣為單位進行考慮，假設有N_p個相同的全向陣列天線均勻分布一個半徑r_l的圓周上：

其中，γ_n＝2πn/N_p，n＝0,1,…,N_p-1，r_l為第l個圓周的半徑，l＝1,2,…,L。θ和φ分別為信源信號的仰角和方位角，λ為載波波長。

若存在K個用戶，則方向矩陣為：