CN106603129A - 一种多天线的mimo系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多天线的MIMO系统，既可以实现业务信道的窄波束、低功率，也可以实现控制信道的宽波束、大功率，既提升系统性能，又能保证覆盖，同时还降低了系统的构建成本。本发明实施例提供一种多天线的MIMO系统，包括：天线阵列、第一收发信机和第二收发信机，其中，所述天线阵列分别和所述第一收发信机、所述第二收发信机相连接；所述第一收发信机和业务信道的输出端口相连接，所述第二收发信机和控制信道的输出端口、小区导频信道的输出端口相连接；所述第一收发信机包括：第一功率放大器，所述第二收发信机包括：第二功率放大器，所述第一功率放大器的输出功率小于所述第二功率放大器。

Description

一种多天线的MIMO系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种多天线的MIMO系统。

背景技术

多天线的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)系统中的业务信道可以通过用户级波束赋形带来阵列增益和空分复用，以此来有效的增加配对用户数，进而提升频谱效率，获得性能增益。其中，用户级波束赋形是指针对小区内的单个用户所形成的天线波束，区别于小区控制信道不区分用户的波束赋形。

然而，相对业务信道的用户级窄波束，控制信道只能采用宽波束来实现覆盖，无法获得波束增益。更为重要的是，多列天线在合成水平面的宽波束时，通常都会存在因幅度权值设置的不均衡带来功率损失。在现有技术中，控制信道采用宽波束既无额外的波束增益，又存在功率损失的情况，这就使得多天线的MIMO系统为了满足传统小区覆盖的需求，需要采用增大模块功率的设计方式，而现有技术中业务信道和控制信道采用一套公共的收发信机，增大功率就意味着模块硬件成本和实现复杂度的增加，降低了多天线的MIMO系统的性价比。例如，现有的多天线的MIMO系统一般都采用大功率(如160瓦)和多个收发信机的设计，业务信道和控制信道均采用同一套收发信机，比如采用16个收发信机，每个收发信机的输出功率都完全相同，例如每个收发信机的输出功率就需要从1瓦或2瓦更换为10瓦，而增大功率就意味着模块硬件成本和实现复杂度的增加，因此，现有技术降低了多天线的MIMO系统的性价比。

发明内容

本发明实施例提供了一种多天线的MIMO系统，既可以实现业务信道的窄波束、低功率，也可以实现控制信道、小区导频信道的宽波束、大功率，既提升系统性能，又能保证覆盖，同时还降低了系统的构建成本。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种多天线的MIMO系统，包括：天线阵列、第一收发信机和第二收发信机，其中，所述天线阵列分别和所述第一收发信机、所述第二收发信机相连接；所述第一收发信机和业务信道的输出端口相连接，所述第二收发信机和控制信道的输出端口、小区导频信道的输出端口相连接；所述第一收发信机包括：第一功率放大器，所述第二收发信机包括：第二功率放大器，所述第一功率放大器的输出功率小于所述第二功率放大器。在多天线的MIMO系统中业务信道和控制信道、小区导频信道独立使用各自的收发信机，不需要将该系统所有的收发信机的功率都增大，只需要将第二功率放大器的输出功率增大即可，既可以实现业务信道的窄波束、低功率，也可以实现控制信道、小区导频信道的宽波束、大功率，既提升系统性能，又能保证覆盖，同时还降低了系统的构建成本。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一收发信机包括的第一功率放大器为M个，所述第二收发信机包括的第二功率放大器为N个，所述M大于所述N，所述M、所述N均为自然数。满足用户级窄波束的需要，通过用户级波束赋形代理阵列增益和空分复用。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述天线阵列包括：第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线分别表示不同的天线；所述第一天线和所述第一收发信机相连接，所述第二天线和所述第二收发信机相连接。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述天线阵列包括的第一天线为S个，所述天线阵列包括的第二天线为T个，所述S大于所述T，所述S、所述T均为自然数。满足用户级窄波束的需要，通过用户级波束赋形代理阵列增益和空分复用。

结合第一方面的第二种可能或第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述第二天线通过移相器和所述第二收发信机连接。

结合第一方面的第二种可能或第三种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述第二天线为无源天线。

结合第一方面，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述天线阵列包括：R个天线，所述R为大于1的自然数，所述R个天线分别和所述第一收发信机相连接；所述第一收发信机包括：M个所述第一功率放大器，所述M为大于1的自然数；所述多天线的MIMO系统，还包括：合路单元，其中，所述合路单元用于实现所述第一功率放大器输出的信号和所述第二功率放大器输出的信号进行射频合路；所述合路单元分别和所述R个天线中的部分天线、所述M个第一功率放大器中的部分功率放大器相连接，所述合路单元还和所述第二功率放大器相连接。通过第一收发信机和第二收发信机共用R个天线，可以进一步的节省系统架构成本。

结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述合路单元包括：90度电桥功分器。

结合第一方面，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述业务信道的输出端口的个数，大于所述控制信道的输出端口与所述小区导频信道的输出端口的个数之和。

结合第一方面，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述天线阵列分别通过馈线和所述第一收发信机、所述第二收发信机相连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种多天线的MIMO系统的流程方框示意图；

图2为本发明实施例提供的多天线的MIMO系统的一种应用场景示意图；

图3为本发明实施例提供的多天线的MIMO系统的另一种应用场景示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种多天线的MIMO系统，既可以实现业务信道的窄波束、低功率，也可以实现控制信道的宽波束、大功率，既提升系统性能，又能保证覆盖，同时还降低了系统的构建成本。

下面结合附图，对本发明的实施例进行描述。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等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术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本发明的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。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，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，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单元。

本发明实施例的技术方案可以应用于各种通信系统，例如：全球移动通讯(GlobalSystem of Mobile communication，GSM)系统、码分多址(Code Division MultipleAccess，CDMA)系统、宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)系统、通用分组无线业务(General Packet Radio Service，GPRS)、长期演进(Long TermEvolution，LTE)系统、通用移动通信系统(Universal Mobile TelecommunicationSystem，UMTS)、全球互联微波接入(Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess，WiMAX)通信系统或未来的5G系统等。

以下分别对本发明实施例提供的多天线的MIMO系统进行详细说明。本发明多天线的MIMO系统，可应用于大规模的多输入多输出(massive MIMO)场景中，请参阅图1所示，本发明一个实施例提供的多天线的MIMO系统100可包括：

天线阵列101、第一收发信机102和第二收发信机103，其中，

天线阵列101分别和第一收发信机102、第二收发信机103相连接；

第一收发信机102和业务信道104的输出端口相连接，第二收发信机103和控制信道105的输出端口、小区导频信道106的输出端口相连接；

第一收发信机102包括：第一功率放大器，第二收发信机103包括：第二功率放大器，第一功率放大器的输出功率小于第二功率放大器。

本发明实施例中，为了实现业务信道的窄波束、低功率与小区导频信道、控制信道的宽波束、大功率有效的结合，既提升系统性能，又能保证小区覆盖，同时降低成本与提升性价比，在本发明实施例提供的多天线的MIMO系统中，业务信道和控制信道、小区导频信道并不是共用收发信机，多天线的MIMO系统可以包括两种类型的收发信机，为了便于说明，将这两种类型的收发信机分别定义为“第一收发信机”、“第二收发信机”，并且考虑到业务信道和控制信道、小区导频信道对波束和功率的不同要求，对于第一收发信机、第二收发信机需要配置不同的功率放大器，为了便于说明，将第一收发信机中配置的功率放大器称为“第一功率放大器”，将第二收发信机中配置的功率放大器称为“第二功率放大器”，在图1中对于第一收发信机102和第二收发信机103分别包括的功率放大器(Power Amplifier，PA)没有示意出，本发明实施例中第一功率放大器的输出功率小于第二功率放大器，例如，第一功率放大器的输出功率可以为1瓦(W)，第二功率放大器的输出功率可以为100W。因此对于业务信道连接了配置有第一功率放大器的第一收发信机，对于控制信道、小区导频信道连接了配置有第二功率放大器的第二收发信机。因此在业务信道有信号传输时可以使用第一收发信机，在控制信道和小区信道有信号传输时可以使用第二收发信机，相对于第一收发信机而言，第二收发信机的输出功率更大，因此可以满足小区导频信道、控制信道的宽波束、大功率要求。相对于第二收发信机而言，第一收发信机的输出功率更小，因此可以满足业务信道的窄波束、低功率要求。

需要说明的是，在本发明实施例中，业务信道可以是承载用户数据的信道，控制信道可以用于传送信令或同步数据，它主要有三种：广播信道、公共控制信道和专用控制信道，小区导频信道可以用于传输小区级导频符号。另外，本发明实施例中控制信道和小区导频信道都需要实现宽波束和大功率，控制信道和小区导频信道可以使用相同的输出端口和第二收发信机相连接，控制信道和小区导频信道可以使用各自独立的输出端口和第二收发信机相连接，此处不做限定。

在本发明的一些实施例中，天线阵列101分别通过馈线和第一收发信机102、第二收发信机103相连接。不限定的是，天线阵列101也可以通过内部定义的接口和第一收发信机102、第二收发信机103相连接。

在本发明的一些实施例中，第一收发信机102包括的第一功率放大器为M个，第二收发信机103包括的第二功率放大器为N个，M大于N，M、N均为自然数。其中，第一收发信机102中配置的第一功率放大器的个数比第二收发信机103中配置的第二功率放大器的个数要多，举例说明，第一功率放大器可以配置16个或32个，第二功率放大器可以配置2个或者4个。

在本发明的一些实施例中，天线阵列101包括：第一天线和第二天线，第一天线和第二天线分别表示不同的天线；

第一天线和第一收发信机102相连接，第二天线和第二收发信机103相连接。

其中，第一天线和第二天线是指天线阵列101中分别连接两种收发信机的天线，具体的，第一天线和第一收发信机102相连接，第二天线和第二收发信机103相连接。也就是说，在天线阵列内配置两种不同的天线，一种天线连接第一收发信机，另一种天线连接第二收发信机。从而业务信道的信号可以使用第一收发信机向第一天线发送，控制信道、小区导频信道的信号可以使用第二收发信机向第二天线发送。业务信道与其它信道(指的是控制信道、小区导频信道)使用不同的物理天线，从物理架构上可以隔离开。

在本发明的一些实施例中，天线阵列101包括的第一天线为S个，天线阵列101包括的第二天线为T个，S大于T，S、T均为自然数。也就是说，第一天线的个数比第二天线的个数要多，举例说明，第一天线可以配置64个，第二天线可以配置8个。满足用户级窄波束的需要，通过用户级波束赋形代理阵列增益和空分复用。

在本发明的一些实施例中，第二天线通过移相器和第二收发信机103连接。其中，移相器应用在馈电网络中，移相器可以包括参考结构和移相结构，若第二收发信机中包括多个第二功率放大器，各个第二功率放大器都可以通过移相器和第二天线相连接。

在本发明的一些实施例中，第二天线可以为无源天线，在天线阵列中包括的第一天线之前再增加无源的第二天线来连接第二收发信机，使得控制信道、小区导频信道的信号都可以通过第二天线传输。

在本发明的一些实施例中，业务信道104的输出端口的个数，大于控制信道105的输出端口与小区导频信道106的输出端口的个数之和。也就是说，业务信道104的输出端口个数可以大于控制信道、小区导频信道的输出端口个数，从而满足用户级窄波束的需要，通过用户级波束赋形代理阵列增益和空分复用。

举例说明如下，请参阅图2所示，为了将业务信道的窄波束、低功率与公共信道、控制信道的宽波束、大功率有效的结合，即提升系统性能，又能保证传统覆盖，同时降低成本，提升性价比。多天线的MIMO系统在模块架构上将业务信道和其他信道(指的是控制信道、小区导频信道)在物理架构上分开，分别采用多个低功率的收发信机和2个大功率的收发信机来实现，从而降低总成本。根据业务信道与控制信道、小区导频信道，分别配置相应的收发信机，举例说明如下，业务信道具体为物理下行共享信道(Physical Downlink SharedChannel，PDSCH)，控制信道具体为物理下行控制信道(Physical Downlink ControlChannel，PDCCH)，小区导频信道承载的是小区参考信号(Cell Reference Signal，CRS)。其中，PDSCH可以包括64个端口，PDCCH和CRS包括2个端口，例如，第一收发信机可以包括：64T小功率PA(0.5W/100M BW per PA)，即第一收发信机包括64个小功率放大器，每个小功率放大器的输出功率为0.5W，带宽(Band Width，BW)为100M，第二收发信机可以包括：2T小功率PA(80W/100M BW per PA)，即第二收发信机包括2个大功率放大器，每个大功率放大器的输出功率为80W，带宽为100M。第二收发信机可以通过移相器和第二天线连接。图2中的实线和虚线的交叉线代表天线中的一个双极化阵子单元，带箭头三角形表示收发信机中的功率放大器。

在本发明的另一些实施例中，天线阵列101包括：R个天线，R为大于1的自然数，R个天线分别和第一收发信机102相连接；

第一收发信机102包括：M个第一功率放大器，M为大于1的自然数；

多天线的MIMO系统，还包括：合路单元，其中，合路单元用于实现第一功率放大器输出的信号和第二功率放大器输出的信号进行射频合路；

合路单元分别和R个天线中的部分天线、M个第一功率放大器中的部分功率放大器相连接，合路单元还和第二功率放大器相连接。

其中，本发明实施例中，第一收发信机和第二收发信机可以共用天线，例如，在天线阵列内配置多个(用字母R表示)天线，R个天线连接第一收发信机，R个天线中的部分天线连接第二收发信机。从而业务信道的信号可以使用第一收发信机向R个天线发送，控制信道、小区导频信道的信号可以使用第二收发信机向R个天线中的部分天线发送。第二收发信机和R个天线中的部分天线相连接可以通过合路单元来实现，合路单元用于实现第一功率放大器输出的信号和第二功率放大器输出的信号进行射频合路。举例说明，合路单元包括：90度电桥功分器。例如该90度电桥功分器的增益可以是3dB，90度电桥功分器是电桥作为功率分配器使用的一种，并通过其设计，将输出的两个信号的相位成正交90度。在高功率射频磁共振场景中，需要用一个90度电桥功分器将输入的高功率射频脉冲进行等量平分，相位成90度正交，从而可以勾成一个均匀的圆极化磁场。不限定的是，在本发明的另一些实施例中，合路单元还可以是窄带合路器，此处不做限定。

举例说明如下，请参阅图2所示，为了将业务信道的窄波束、低功率与公共信道、控制信道的宽波束、大功率有效的结合，即提升系统性能，又能保证传统覆盖，同时降低成本，提升性价比。多天线的MIMO系统在模块架构上将业务信道和其他信道(指的是控制信道、小区导频信道)在物理架构上分开，分别采用多个低功率的收发信机和2个大功率的收发信机来实现，从而降低总成本。根据业务信道与控制信道、小区导频信道，分别配置相应的收发信机，举例说明如下，业务信道具体为PDSCH，控制信道具体为PDCCH，小区导频信道承载的是CRS。其中，PDSCH可以包括64个端口，PDCCH和CRS包括2个端口，第一收发信机可以包括：64T小功率PA(0.5W/100M BW per PA)，即第一收发信机包括64个小功率放大器，每个小功率放大器的输出功率为0.5W，带宽(Band Width，BW)为100M，第二收发信机可以包括：2T小功率PA(80W/100M BW per PA)，即第二收发信机包括2个大功率放大器，每个大功率放大器的输出功率为80W，带宽为100M。第二收发信机和第一收发信机共同同一套天线阵列，第二收发信机可以通过合路单元和部分天线连接。图3中的实线和虚线的交叉线代表天线中的一个双极化阵子单元，带箭头三角形表示收发信机中的功率放大器。

图3与图2的不同之处在于，通过功分合路的方式，可以将2T2R的射频模块直接集成到原有多天线架构中的一列天线，例如可以通过90度电桥实现。

由举例说明可知，在性能上，本发明实施例提供的多天线的MIMO系统可以满足大功率宽波束控制面覆盖、TM4\5用户接入和基本性能，又能满足TM9用户的多用户波束赋形(Multi-User BeamForming，MU-BF)性能。其中，TM4\5是3GPP LTE协议中定义的一些传输模式，TM4为闭环空间复用：适合于信道条件较好的场合，用于提供高的数据率传输。TM5为MU-MIMO传输模式：主要用来提高小区的容量。TM9可以支持最大到8层的传输，主要为了提升数据传输速率。在成本上，本发明实施例采用2T大功率模块再加上多T小功率模块实现基础架构，降低总成本。例如，小功率为2W，大功率为20W。

本发明实施例提供的多天线的MIMO系统中，大小功率、宽窄波束物理通道分开，大功率列固定、小功率列灵活组合，例如大功率列2T 65度波宽2列，小功率列可从16T到64T多列组合，其中，65度指天线方向图的水平波宽。

通过前述对本发明实施例的举例说明可知，在多天线的MIMO系统中业务信道和控制信道、小区导频信道独立使用各自的收发信机，不需要将该系统所有的收发信机的功率都增大，只需要将第二功率放大器的输出功率增大即可，既可以实现业务信道的窄波束、低功率，也可以实现控制信道、小区导频信道的宽波束、大功率，既提升系统性能，又能保证覆盖，同时还降低了系统的构建成本。

需要说明的是，上述装置各模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明方法实施例相同，具体内容可参见本发明前述所示的方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

另外需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现。用来实现同一功能的具体硬件结构也可以是多种多样的，例如模拟电路、数字电路或专用电路等。

Claims (10)

1.一种多天线的多输入多输出MIMO系统，其特征在于，包括：天线阵列、第一收发信机和第二收发信机，其中，

所述天线阵列分别和所述第一收发信机、所述第二收发信机相连接；

所述第一收发信机和业务信道的输出端口相连接，所述第二收发信机和控制信道的输出端口、小区导频信道的输出端口相连接；

所述第一收发信机包括：第一功率放大器，所述第二收发信机包括：第二功率放大器，所述第一功率放大器的输出功率小于所述第二功率放大器。

2.根据权利要求1所述的多天线的MIMO系统，其特征在于，所述第一收发信机包括的第一功率放大器为M个，所述第二收发信机包括的第二功率放大器为N个，所述M大于所述N，所述M、所述N均为自然数。

3.根据权利要求1所述的多天线的MIMO系统，其特征在于，所述天线阵列包括：第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线分别表示不同的天线；

所述第一天线和所述第一收发信机相连接，所述第二天线和所述第二收发信机相连接。

4.根据权利要求3所述的多天线的MIMO系统，其特征在于，所述天线阵列包括的第一天线为S个，所述天线阵列包括的第二天线为T个，所述S大于所述T，所述S、所述T均为自然数。

5.根据权利要求3或4所述的多天线的MIMO系统，其特征在于，所述第二天线通过移相器和所述第二收发信机连接。

6.根据权利要求3或4所述的多天线的MIMO系统，其特征在于，所述第二天线为无源天线。

7.根据权利要求1所述的多天线的MIMO系统，其特征在于，所述天线阵列包括：R个天线，所述R为大于1的自然数，所述R个天线分别和所述第一收发信机相连接；

所述第一收发信机包括：M个所述第一功率放大器，所述M为大于1的自然数；

所述多天线的MIMO系统，还包括：合路单元，其中，所述合路单元用于实现所述第一功率放大器输出的信号和所述第二功率放大器输出的信号进行射频合路；

所述合路单元分别和所述R个天线中的部分天线、所述M个第一功率放大器中的部分功率放大器相连接，所述合路单元还和所述第二功率放大器相连接。

8.根据权利要求7所述的多天线的MIMO系统，其特征在于，所述合路单元包括：90度电桥功分器。

9.根据权利要求1所述的多天线的MIMO系统，其特征在于，所述业务信道的输出端口的个数，大于所述控制信道的输出端口与小区导频信道的输出端口的个数之和。

10.根据权利要求1所述的多天线的MIMO系统，其特征在于，所述天线阵列分别通过馈线和所述第一收发信机、所述第二收发信机相连接。