[發明專利]一種模擬波束賦形的天線陣列

在審

• 申請號: 201711472918.6
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108134216A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 吳澤海;吳壁群;蘇振華
• 申請（專利權）人: 廣東博緯通信科技有限公司
• 主分類號: H01Q21/06
• 分類號: H01Q21/06;H01Q15/14;H01Q23/00
• 代理公司: 廣州容大益信專利代理事務所(普通合伙) 44397
• 代理人: 牛麗霞;汪小梅

本發明公開一種模擬波束賦形的天線陣列，涉及通信技術領域，包含一個或者多個具備獨立的模擬波束賦形功能的子陣列，每個子陣列包含金屬反射板、天線輻射單元陣列和移相器；所述的移相器直接設置于天線輻射單元陣列的后端；子陣列間可靈活組合，從而很方便實現各種的數字通道數以及總陣列口徑；子陣列可作為一個獨立的天線模塊，外接包括電源端口、小于天線單元數目的射頻端口和數字信號控制接口，通過數字信號控制接口，可快速控制波束賦形。根據本發明實施例的模擬波束賦形方案，減少有源射頻通道的數量，降低Massive MIMO天線陣列的復雜程度，降低了功耗與成本，為大規模的部署5G移動通信系統提供了一種經濟而且更加實用的解決方法。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種模擬波束賦形的天線陣列。

背景技術

多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技術是指在發射端和接收端分別布置多個發射天線和接收天線，通過多個天線實現多發多收，充分利用空間資源，改善信號質量，成倍增加通信系統信道容量。第五代移動通信系統(5G)使用大規模的多輸入輸出(Massive MIMO)技術，基站天線側部署多達64個或以上的天線單元，同時在移動終端布置多個天線，大幅度增強了空間復用能力，在無線傳輸技術上實現突破性創新，大幅度提高頻譜效率以及功率效率。

理論上具有全數字的波束賦形方式的Massive MIMO系統具有最優的性能，但存在數模轉換模塊成本高、數據傳輸及處理量過大的難題，故提出了混合波束，即數字結合模擬方式的波束賦形，并成為了5G的一個研究熱點。現有的混合波束中，模擬波束賦形的實現方式是每一個天線單元連接一個收發模塊以及移相器，但這種設計由于有源射頻通道多，存在硬件復雜度高，校準復雜，散熱困難，成本高等問題，并且隨著工作帶寬的升高，復雜程度問題越發顯著。

為了降低成本以及能耗，LG電子公司的Kitae KIM等人在公開號為US2017/0078001A的美國專利提出了混合波束的提案，即將部分的賦形處理放在模擬域實現，從而降低數字域的整體復雜度。混合波束主要包含全連接和子陣列兩種形式。基于工程可實現性角度而言，子陣列方式將是主流方式。每個子陣列中的每個輻射單元或每個輻射單元組連接有完整的射頻前端，包含雙工器/開關、功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)這幾大基本部件以及移相器。其中移相器可工作在中頻、本振和射頻，其優點是能實現很高的基站有效全向輻射功率(Effective Isotropic Radiated Power，EIRP)，以及能最大限度地降低接收機噪聲系數，但由于存在多路射頻前端，存在電路復雜度高、散熱處理難、校準復雜和成本較高等不足。

目前現有技術的系統框圖見圖1，經信道編碼后的信源通過層映射和數字預編碼的數字波束形成網絡后，經過OFDM產生器并數模轉換后上變頻到射頻，每個射頻子通道通過移相器和功率放大后饋入各輻射單元或輻射單元組，電路較為復雜。

發明內容

本發明針對背景技術的問題提供一種模擬波束賦形的天線陣列，通過移相器位置的前移減少射頻通道的數量，可降低射頻電路的復雜程度和校準的難度，從而降低成本；本發明以有限的有源射頻通道數量實現了Massive MIMO技術，以解決或者至少部分地緩解現有技術中存在的上述問題。

為了實現上述目的，本發明提出一種模擬波束賦形的天線陣列，包含一個或者多個具備獨立的模擬波束賦形功能的子陣列，每個子陣列包含金屬反射板、天線輻射單元陣列和移相器；所述的移相器直接設置于天線輻射單元陣列的后端，波束掃描速度快于微秒級別，可進行模擬波束的快速賦形，所述子陣列與位于公共部分通道的射頻前端部件相連，所述射頻前端部件包括PA、LNA和濾波器。

優選地，所述子陣列的天線輻射單元陣列包含至少一列或者一行的多個輻射單元。

優選地，所述的輻射單元為雙極化或者單極化的天線單元。

優選地，所述的移相器為工作在射頻的模塊式移相器或者分布式移相器。