CN104051864B - 多输入多输出八天线和基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多输入多输出八天线和基站，涉及移动通信领域。MIMO八天线包括上天线阵和下天线阵；在上、下天线阵中各有两根双极化天线；上、下天线阵采用上下垂直隔离模式，上、下天线阵法线方向夹角为60度；位于上/下天线阵中的两根双极化天线能够形成两个不同极化方向的33度水平宽度波束，上/下天线阵形成的33度水平宽度波束垂直于上/下天线阵平面，其波束方向为上/下天线阵平面法线方向。本发明提出了一种基于垂直隔离模式可以兼容3扇区和6扇区配置的多输入多输出八天线设计方案，该天线设备在3扇区和6扇区配置下都可以使用，无须更换天线设备。

Description

多输入多输出八天线和基站

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种基于垂直隔离模式可以兼容3扇区和6扇区系统配置的多输入多输出（MultipleInputandMultipleOutput，简称MIMO）八天线和基站。

背景技术

目前移动通信网络已经发展到了第三代（简称3G），3G网络已经在世界范围内大规模部署并商用，随着数据业务及移动互联网的不断普及和推广，国际通信标准组织正在制定移动通信长期演进（LongTermEvolution，简称LTE）及第四代（简称4G）等技术标准，以满足网络技术和服务能力地不断发展。由于MIMO技术可以充分使用独立空间传播路径来大大提升网络服务速率和链路性能，成为在LTE及未来4G技术中最关键的核心技术之一。MIMO技术是通过部署和建设多根天线，并使用MIMO信号处理技术来提升网络服务质量，所以一般对于LTE系统都要求至少2×2的MIMO配置，甚至更多，例如LTE时分复用（TimeDivisionDuplexing，简称TDD）模式一般要求使用8天线来保证MIMO的使用性能。

对于LTE系统而言，存在一个突出的问题是系统占用的频率带宽较大，对于LTE频分复用（FrequencyDivisionDuplexing，简称FDD）系统一般都要求有10MHz或者20MHz的频率带宽。对于大带宽系统，运营商很难申请到多个频率资源，所以就需要充分利用现有的频率资源。目前，在不增加新的频率资源的情况下，一般可以通过扇区裂化的方式来提升系统容量，例如将原有的3扇区基站分裂成6扇区基站，这样就可以提高频率资源的利用率，一般认为通过6扇区裂化技术，可以将系统容量提升到1.2-1.7倍左右。

采用6扇区裂化技术，通常需要增加系统设备，例如需要增加基站处理板，同时还要增加基站天线来满足6扇区的部署。对于LTE系统而言，本身因为需要采用MIMO技术，所以天线数目就较多，如果要增加1倍天线数量，对于天馈系统的建设和改造将带来较大的负担。因此，如何在天线数量不增加和不换天线的情况下实现3扇区与6扇区的平滑升级就成为一个技术难题。

发明内容

本发明实施例所要解决的一个技术问题是：提供一种可以兼容3扇区和6扇区系统配置的多输入多输出八天线设计方案。

本发明实施例的一个方面提供了一种MIMO八天线，包括：上天线阵和下天线阵；在上天线阵和下天线阵中各有两根双极化天线；上天线阵和下天线阵采用上下垂直隔离模式，上天线阵法线方向和下天线阵法线方向夹角为60度；位于上天线阵中的两根双极化天线能够形成两个不同极化方向的33度水平宽度波束，上天线阵形成的33度水平宽度波束垂直于上天线阵平面，其波束方向为上天线阵平面法线方向；位于下天线阵中的两根双极化天线能够形成两个不同极化方向的33度水平宽度波束，下天线阵形成的33度水平宽度波束垂直于下天线阵平面，其波束方向为下天线阵平面法线方向。

在6扇区MIMO天线工作模式时，上天线阵的天线端口和下天线阵的天线端口分别与不同的基站小区MIMO信号连接，上天线阵形成的波束和下天线阵形成的波束用于两个相邻6扇区小区的覆盖。

在3扇区MIMO天线工作模式时，将上天线阵和下天线阵中相同极化方向的两个天线端口合并连接，以便将四个天线端口转变成两个天线端口，转变后的两个天线端口与一个基站小区MIMO信号连接，两个33度水平宽度波束组合形成一个65度水平宽度波束，65度水平宽度波束用于3扇区小区的覆盖。

上天线阵中的两根双极化天线之间的间距可以为0.5λ-1λ，λ为天线频段中心频点波长。

下天线阵中的两根双极化天线之间的间距可以为0.5λ-1λ，λ为天线频段中心频点波长。

位于上天线阵中的两根双极化天线能够形成两个不同极化方向的33度水平宽度波束包括：位于上天线阵中的两根正极化方向天线能够形成一个正极化方向的33度水平宽度波束，位于上天线阵中的两根负极化方向天线能够形成一个负极化方向的33度水平宽度波束，这两个不同极化方向的33度水平宽度波束的方位角保持一致，共同覆盖相同区域。

位于下天线阵中的两根双极化天线能够形成两个不同极化方向的33度水平宽度波束包括：位于下天线阵中的两根正极化方向天线能够形成一个正极化方向的33度水平宽度波束，位于下天线阵中的两根负极化方向天线能够形成一个负极化方向的33度水平宽度波束，这两个不同极化方向的33度水平宽度波束的方位角保持一致，共同覆盖相同区域。

其中，每根双极化天线可以包括4-10个天线阵子。

本发明实施例的另一个方面提供了一种基站，包括前述的MIMO八天线。

本发明提出了一种基于垂直隔离模式可以兼容3扇区和6扇区配置的多输入多输出八天线设计方案，该天线设备在3扇区和6扇区配置下都可以使用，在系统升级到6扇区的情况下，可以不用更换天线设备，减少了LTE网络进行6扇区裂化升级时天馈系统的改造工作和建设投资，也可以避免因为基站天线数量增加导致的物业协调难度增大和甚至无法完成网络升级建设等问题，为保证将来移动网络运营商LTE网络6扇区顺利升级和部署，提供了一种可操作的方案。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明多输入多输出八天线一个实施例的立体示意图。

图2为本发明多输入多输出八天线一个实施例的俯视图。

图3为本发明上下两个天线阵产生的波束方向图。

图4为本发明用于3扇区覆盖的波束合成图。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本发明多输入多输出八天线一个实施例的立体示意图。

图2为本发明多输入多输出八天线一个实施例的俯视图。

如图1所示，该实施例的多输入多输出八天线包括：上天线阵和下天线阵。在上天线阵和下天线阵中各有两根双极化天线，则共有四根双极化天线，四根双极化天线组成“八天线”。上天线阵和下天线阵采用上下垂直隔离模式，即上天线阵和下天线阵垂直摆放的方式，是采用物理上天然隔离，如图2所示，上天线阵法线方向和下天线阵法线方向夹角为60度。

双极化天线是一种新型天线技术，可以组合+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，其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量。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（≥30dB），因此双极化天线之间的空间间隔仅需20-30cm。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。如果使用双极化天线，由于双极化天线对架设安装要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直径20cm的铁柱，将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可，从而节省基建投资，同时使基站布局更加合理，基站站址的选定更加容易。

上天线阵中的两根双极化天线之间的间距可以为0.5λ-1λ，这主要取决于两列阵子形成33度水平波束宽度的设计工艺，λ为天线频段中心频点波长。优选地，上天线阵中的两根双极化天线之间的间距可以为0.7λ-1λ。

下天线阵中的两根双极化天线之间的间距可以为0.5λ-1λ，这主要取决于两列阵子形成33度水平波束宽度的设计工艺，λ为天线频段中心频点波长。优选地，下天线阵中的两根双极化天线之间的间距可以为0.7λ-1λ。

对于每根双极化天线中天线阵子的数目，可以根据天线增益的要求来设计，一般每根双极化天线可以包括4-10个天线阵子。图1中每根双极化天线示例性的示出了4个天线阵子。

位于上天线阵中的两根双极化天线能够形成两个不同极化方向的33度水平宽度波束，即位于上天线阵中的两根正极化方向天线能够形成一个正极化方向的33度水平宽度波束，位于上天线阵中的两根负极化方向天线能够形成一个负极化方向的33度水平宽度波束，这两个不同极化方向的33度水平宽度波束的方位角保持一致，共同覆盖相同区域。上天线阵形成的33度水平宽度波束垂直于上天线阵平面，其波束方向为上天线阵平面法线方向。

其中，水平波束宽度是指，在水平方向上，在最大辐射方向两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。

对于生成33度波束的一种实施方式，可以通过两根波束宽度在65度左右的天线并排方式，并且调整天线反射板宽度、间距大小、单元天线侧壁高度等，来生成33度波束。

同理，位于下天线阵中的两根双极化天线能够形成两个不同极化方向的33度水平宽度波束，即位于下天线阵中的两根正极化方向天线能够形成一个正极化方向的33度水平宽度波束，位于下天线阵中的两根负极化方向天线能够形成一个负极化方向的33度水平宽度波束，这两个不同极化方向的33度水平宽度波束的方位角保持一致，共同覆盖相同区域。下天线阵形成的33度水平宽度波束垂直于下天线阵平面，其波束方向为下天线阵平面法线方向。

图3为本发明上下两个天线阵产生的波束方向图。

如图3所示，因为上天线阵法线方向和下天线阵法线方向夹角为60度，因此，上天线阵形成的波束与下天线阵形成的波束之间形成约60度夹角。

这种垂直隔离和旋转夹角结构将使得上天线阵和下天线阵所形成的33度波束都能够垂直于各自天线阵平面，波束方向为天线阵平面法线方向，从而可以更有利于提高33度波束质量，抑制波束旁瓣，提高天线主瓣方向的增益。

本发明提出的MIMO天线设备在移动通信系统中3扇区和6扇区配置下都可以使用，下面分别详细说明。

6扇区MIMO天线工作模式

本发明提出的MIMO天线可以用于移动通信系统的6扇区覆盖网络。从图3中可以看出，本发明MIMO天线可以产生2个方向的波束，上天线阵与下天线阵产生的波束之间夹角为60度，满足6扇区覆盖网络中对于天线方向图的要求。

在6扇区MIMO天线工作模式时，上天线阵的天线端口和下天线阵的天线端口分别与不同的基站小区MIMO信号连接，上天线阵形成的波束和下天线阵形成的波束用于两个相邻6扇区小区的覆盖。如果用户在上下两个天线阵波束覆盖重叠区域移动的情况下，将会发生小区切换。

并且，由于每个天线阵都可以形成2个极化方向的33度波束，分别用于LTE系统的MIMO信号输入和输出，因此对于每个方向的33度扇区，天线阵最大可以支持2×2的MIMO工作模式。

3扇区MIMO天线工作模式

本发明提出的MIMO天线可以用于移动通信系统的3扇区覆盖网络。在3扇区MIMO天线工作模式时，如果将上天线阵和下天线阵中相同极化方向的两个天线端口合并连接，则可以将四个天线端口转变成两个天线端口，转变后的两个天线端口（也称为两个等效天线端口）与一个基站小区MIMO信号连接，即两个等效天线端口的输入和输出为一个基站小区的信号，通常两个等效天线端口之间的极化方向不同，本方案最大可以支持2×2的MIMO工作模式。

图4为本发明用于3扇区覆盖的波束合成图。如图4所示，天线端口进行组合之后，转变为2个天线端口，并且两个等效天线端口的输入和输出为一个基站小区的信号，所以可以等效看成两个33度水平宽度波束组合形成一个65度水平宽度波束，65度水平宽度波束用于3扇区小区的覆盖。本发明可以用于3扇区MIMO系统，如果用户在上下两个天线阵波束覆盖重叠区域移动的情况下，将不会发生小区切换。

本发明提出了一种基于垂直隔离模式可以兼容3扇区和6扇区配置的多输入多输出八天线设计方案，该天线设备在3扇区和6扇区配置下都可以使用，在系统升级到6扇区的情况下，可以不用更换天线设备，减少了LTE网络进行6扇区裂化升级时天馈系统的改造工作和建设投资，也可以避免因为基站天线数量增加导致的物业协调难度增大和甚至无法完成网络升级建设等问题，为保证将来移动网络运营商LTE网络6扇区顺利升级和部署，提供了一种可操作的方案。

本发明实施例的另一个方面还提供了一种基站，可以包括前述的MIMO八天线。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多输入多输出MIMO八天线，包括：上天线阵和下天线阵；在上天线阵和下天线阵中各有两根双极化天线；上天线阵和下天线阵采用上下垂直隔离模式，上天线阵法线方向和下天线阵法线方向夹角为60度；

位于上天线阵中的两根双极化天线能够形成两个不同极化方向的33度水平宽度波束，上天线阵形成的33度水平宽度波束垂直于上天线阵平面，其波束方向为上天线阵平面法线方向；

位于下天线阵中的两根双极化天线能够形成两个不同极化方向的33度水平宽度波束，下天线阵形成的33度水平宽度波束垂直于下天线阵平面，其波束方向为下天线阵平面法线方向；

在6扇区MIMO天线工作模式时，上天线阵的天线端口和下天线阵的天线端口分别与不同的基站小区MIMO信号连接，上天线阵形成的波束和下天线阵形成的波束用于两个相邻6扇区小区的覆盖；

在3扇区MIMO天线工作模式时，将上天线阵和下天线阵中相同极化方向的两个天线端口合并连接，以便将四个天线端口转变成两个天线端口，转变后的两个天线端口与一个基站小区MIMO信号连接，两个33度水平宽度波束组合形成一个65度水平宽度波束，65度水平宽度波束用于3扇区小区的覆盖。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，上天线阵中的两根双极化天线之间的间距为0.5λ－1λ，λ为天线频段中心频点波长。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，下天线阵中的两根双极化天线之间的间距为0.5λ－1λ，λ为天线频段中心频点波长。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，位于上天线阵中的两根双极化天线能够形成两个不同极化方向的33度水平宽度波束包括：位于上天线阵中的两根正极化方向天线能够形成一个正极化方向的33度水平宽度波束，位于上天线阵中的两根负极化方向天线能够形成一个负极化方向的33度水平宽度波束，这两个不同极化方向的33度水平宽度波束的方位角保持一致，共同覆盖相同区域。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，位于下天线阵中的两根双极化天线能够形成两个不同极化方向的33度水平宽度波束包括：位于下天线阵中的两根正极化方向天线能够形成一个正极化方向的33度水平宽度波束，位于下天线阵中的两根负极化方向天线能够形成一个负极化方向的33度水平宽度波束，这两个不同极化方向的33度水平宽度波束的方位角保持一致，共同覆盖相同区域。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，每根双极化天线包括4－10个天线阵子。

7.一种基站，包括如权利要求1－6任一项所述的多输入多输出MIMO八天线。