CN107431278A - 通信装置及无线通信设备 - Google Patents

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CN107431278A CN201580078821.XA CN201580078821A CN107431278A CN 107431278 A CN107431278 A CN 107431278A CN 201580078821 A CN201580078821 A CN 201580078821A CN 107431278 A CN107431278 A CN 107431278A
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张华锋
罗跃华
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Abstract

本发明实施例涉及一种通信装置及无线通信设备，通信装置包括M个子通信链路，M个子通信链路包括M个子天线阵列，其中，M子天线阵列分为至少两行，且相邻的两个子天线阵列交错排布；或者，M个子天线阵列呈直线排布，且相邻的两个子天线阵列共用n个振子；由此可以缩短子天线阵列之间的距离，这可以增大无线电波束的主瓣与栅瓣之间的距离，从而可以缓和振子数目的增加与栅瓣难以控制之间的矛盾，进而可以提高无线电波束的正交性。

Description

通信装置及无线通信设备 技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种通信装置及无线通信设备。
背景技术
随着无线通信技术的发展，无线通信设备的通信装置得到越来越多的关注和研究，而在无线通信设备的通信装置中，天线阵列形成的无线电波束之间相互干扰的问题是主要解决的问题。
现有技术中，一般通过增加天线阵列中子天线阵列(Sub Antenna Array，SAA)的振子的方式，来获得更高的天线增益和更多的正交无线电波束，从而降低无线电波束之间的相互干扰。然而，经研究表明，只有当子天线阵列间的间距不大于0.5λ，其中，λ为无线电波束的长度，天线阵列偏转时，天线阵列形成的无线电波束才没有栅瓣出现；然而随着子天线阵列中振子数目的增加，子天线阵列间的间距也会增大，当子天线阵列间的间距大于0.5λ时，天线阵列在偏转时，天线阵列形成的无线电波束就会有栅瓣出现，且随着子天线阵列间距离的增大，栅瓣离主瓣越来越近，从而使得栅瓣难以控制，这影响了无线电波束的正交性；此处，无线电波束的正交是指两个方向的无线电波束相互不干扰，一般来说除了要求方向上以外，一个无线电波束在其他方向也是有能量的，其中出现栅瓣的情况最恶劣，即其他方向能量和要求方向一样大。比如B波束指向正好和A波束的栅瓣指向重合了，那B波束完全被干扰了，这时就可以认为A波束和B波束的正交性差。
因此，如何缓和振子数目与栅瓣难以控制之间的矛盾，从而提高无线电波束的正交性就成为要解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种通信装置及无线通信设备，可以提高无线电波束的正交性。
一方面，本发明实施例提供了一种通信装置，该通信装置包括：包括M个子通信链路，每个子通信链路包括：
1个子天线阵列，每个子天线阵列包括N个振子，用于辐射或者接收空间中的无线电波束；
N个模拟移相器，每个模拟移相器与N个振子中的任一个振子相通信；N个模拟移相器用于控制N个振子辐射或者接收空间中的无线电波束的方向；
X个收发单元，与N个模拟移相器相通信，用于将数字数据流转化为无线电波束的信号或者将无线电波束的信号转化为数字数据流；和，
L个数字移相器，与X个收发单元相通信，用于形成数字数据流或者接收数字数据流，并将接收的数字数据流分解成多个数字数据流；
其中，M个子通信链路中的M子天线阵列分为至少两行，且相邻的两个子天线阵列交错排布，N，M，X，L均为正整数，且L≤M,X≤N。
在一个可能的设计中，M子天线阵列分为上下两行，且相邻的两个子天线阵列包括：第一子天线阵列和第二子天线阵列；若第一子天线阵列位于上一行，第二天线阵列位于下一行，则第二子天线阵列在第一子天线阵列的右下方；若第一子天线阵列位于下一行，第二天线阵列位于上一行，则第二子天线阵列在第一子天线阵列的右上方。由此，可以在增加振子的同时减小子天线阵列之间的距离，这在一定程度上缓解了振子数量多和子天线阵列间的距离要小的矛盾。
在一个可能的设计中，同一个子天线阵列的N个振子中相邻两个振子之间的间距为di，且相邻的子天线阵列的间距为D，其中，i＝1，2，…，N-1。
在一个可能的设计中，每个子通信链路还包括：N个功率控制单元，每个 功率控制单元连接在N个模拟移相器中的任一个模拟移相器与N个振子中与任一个模拟移相器相通信的1个振子之间；N个功率控制单元用于对发送至N个振子的无线电波束的信号或者从N个振子接收到的无线电波束的信号进行固定幅度的加权处理。由此，可以将在子天线阵列之间的距离大于0.5λ时，天线阵列偏转时产生的栅瓣控制在一定范围之内(即不产生栅瓣)，由此，可以提高无线电波束的正交性。
在一个可能的设计中，每个子通信链路的N个模拟移相器中的第J个模拟移相器注入相位(J-1)*δ,J为正整数，且J≤N。由此可以实现对通过该通信装置形成的空间中的无线电波束的方向进行控制。
在一个可能的设计中，M个子通信链路中第I个子通信链路的L个数字移相器均注入相位(I-1)*Δ，I为正整数，且I≤M。由此可以实现对通过该通信装置形成的空间中的无线电波束的方向进行控制。
另一方面，本发明实施例提供了一种通信装置，该通信装置包括M个子通信链路，每个子通信链路包括：
1个子天线阵列，每个子天线阵列包括N个振子，用于辐射或者接收空间中的无线电波束；
N个模拟移相器，每个模拟移相器与N个振子中的任一个振子相通信；N个模拟移相器用于控制N个振子辐射或者接收空间中的无线电波束的方向；
X个收发单元，与N个模拟移相器相通信，用于将数字数据流转化为无线电波束的信号或者将无线电波束的信号转化为数字数据流；和，
L个数字移相器，与X个收发单元相通信，用于形成数字数据流或者接收数字数据流，并将接收的数字数据流分解成多个数字数据流；
其中，M个子通信链路中M个子天线阵列呈直线排布，且相邻的两个子天线阵列共用n个振子，N为偶数，M，X，L，n均为正整数，且L≤M，X≤N,1≤n≤N/2。
在一个可能的设计中，相邻的两个子天线阵列包括：第一子天线阵列和 第二子天线阵列；若第一子天线阵列为在先的子天线阵列，第二子天线阵列为在后的子天线阵列，则第二子天线阵列的前n个振子与第一子天线阵列的后n个振子相同；若第一子天线阵列为在后的子天线阵列，第二子天线阵列为在先的子天线阵列，则第二子天线阵列的后n个振子与第一子天线阵列的前n个振子相同。由此，可以在增加振子的同时减小子天线阵列之间的距离，这在一定程度上缓解了振子数量多和子天线阵列间的距离要小的矛盾。
在一个可能的设计中，同一个子天线阵列的N个振子中相邻两个振子之间的间距为di，且相邻的子天线阵列的间距为D，其中，i＝1，2，…，N-1。
在一个可能的设计中，每个子通信链路还包括：N个功率控制单元，每个功率控制单元连接在N个模拟移相器中的任一个模拟移相器与N个振子中与任一个模拟移相器相通信的1个振子之间；N个功率控制单元用于对发送至N个振子的无线电波束的信号或者从N个振子接收到的无线电波束的信号进行固定幅度的加权处理。由此，可以将在子天线阵列之间的距离大于0.5λ时，天线阵列偏转时产生的栅瓣控制在一定范围之内(即不产生栅瓣)，由此，可以提高无线电波束的正交性。
在一个可能的设计中，每个子通信链路的N个模拟移相器中的第J个模拟移相器注入相位(J-1)*δ,J为正整数，且J≤N。由此可以实现对通过该通信装置形成的空间中的无线电波束的方向进行控制。
在一个可能的设计中，M个子通信链路中第I个子通信链路的L个数字移相器均注入相位(I-1)*Δ，I为正整数，且I≤M。由此可以实现对通过该通信装置形成的空间中的无线电波束的方向进行控制。
在一个可能的设计中，该通信装置还包括n*M个射频合路器和n*M个视频分路器，相邻的两个子天线阵列分别属于第一子通信链路和第二子通信链路；
每个射频合路器与n个振子中的任一个振子相连接，还连接于任一个振 子在第一子通信链路中相通信的1个模拟移相器与任一个振子在第二子通信链路中相通信的1个模拟移相器之间，用于对从两个模拟移相器接收的无线电波束的信号进行合并后发送至任一个振子；
每个射频合路器与n个振子中的任一个振子相连接，还连接于任一个振子在第一子通信链路中相通信的1个模拟移相器与任一个振子在第二子通信链路中相通信的1个模拟移相器之间，用于对从任一个振子接收的无线电波束的信号进行分路后分别发送至两个模拟移相器。
再一方面，本发明实施例还提供了一种无线通信设备，该无线通信设备包括如上一方面所述的通信装置。
又一方面，本发明实施例还提供了一种无线通信设备，该无线通信设备包括如上另一方面所述的通信装置。
本发明实施例提供的通信装置及无线通信设备，通信装置包括M个子通信链路，M个子通信链路包括M个子天线阵列，其中，M子天线阵列分为至少两行，且相邻的两个子天线阵列交错排布；或者，M子天线阵列呈直线排布，且相邻的两个子天线阵列共用n个振子；由此可以缩短子天线阵列之间的距离，这可以增大无线电波束的主瓣与栅瓣之间的距离，从而可以缓和振子数目的增加与栅瓣难以控制之间的矛盾，进而可以提高无线电波束的正交性。
附图说明
图1为本发明提供的天线阵列的一种驱动方式示意图；
图2为本发明提供的天线阵列的另一种驱动方式示意图之一；
图3为本发明提供的天线阵列的另一种驱动方式示意图之二；
图4为本发明提供的天线阵列的另一种驱动方式示意图之三；
图5为本发明实施例一提供的通信装置的示意图之一；
图6为本发明提供的相邻子天线阵列间的间距示意图；
图7为本发明实施例一提供的通信装置的示意图之二；
图8为本发明提供的相邻子天线阵列的排布方式示意图；
图9为本发明提供的通信装置形成的无线电波束示意图之一；
图10为本发明提供的通信装置形成的无线电波束示意图之二；
图11为本发明实施例二提供的通信装置的示意图之一；
图12为本发明实施例二提供的通信装置的示意图之二；
图13为本发明提供的射频合路器以及射频分路器的连接关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例进行描述。
为了解决无线电波束之间相互干扰的问题，本发明采用增大通信装置中天线阵列尺寸(即增加子天线阵列中振子的数目)的方法，然而天线阵列尺寸增大后，如何驱动这些天线阵列就成为要解决的问题，此处，天线阵列包括线阵和面阵，在此说明书中以天线阵列为线阵进行说明。图1为本发明提供的天线阵列的一种驱动方式示意图，图1的驱动方式也称基于全数字的驱动方式。图1中，基带处理单元(Base Band Unit，BBU)和拉远射频单元(Remote RF Unit，RRU)为无线通信设备中的两个单元，此处的无线通信设备可以是各种类型的基站，也可以是移动终端；其中，BBU用于对输入的数据流(如，S1和S2)进行数字波束赋型(Digital Beam-Forming，DBF)，以控制输入的数据流对应的空间中的无线电波束的方向，此处的数据流可以是从核心网接收的。在一种实现方式中，上述对输入的数据流进行数字波束赋型可以通过数字幅相加权器来实现。
图1中，θ1和θ2分别为数据流S1和S2与天线阵列的法线的夹角；RRU包括功率放大器(Power Amplifier，PA)，用于对从数字幅相加权器接收的信号进行功率放大后输出至天线阵列，A1和A2分别为两个振子，多个振子可以组成一个子天线阵列，而多个子天线阵列可以组成一个天线阵列；此外，U1和U2分别表示两个用户；而发送至U1的波束S1是通过BBU和RRU在对输入 的数据流S1进行数字波束赋型以及功率放大后形成的空间中的无线电波束，发送至U2的波束S2是通过BBU和RRU在对输入的数据流S2进行数字波束赋型以及功率放大后形成的空间中的无线电波束。
需要说明的是，作为示例，图1中只给出了驱动两个振子的方式，随着振子数目的增加，如增加至n个时，BBU的计算量就会由原来的两次运算，变为n次运算，也即随着振子数目的线性增加，BBU的运算量几何增加，其代价是比较大的，而实际应用中是希望能减少BBU的功耗。所以目前业界比较关注混合波束赋型(Hybrid Beam-Forming，HBF)。
图2为本发明提供的天线阵列的另一种驱动方式示意图之一，图2中，BBU包括数字幅相加权器，用于对输入的数据流(如，S1和S2)进行数字波束赋型，RRU包括模拟移相器，用于对经数字波束赋型后的数据流进行模拟波束赋型(Analog Beam-Forming，ABF)，当然，在进行模拟波束赋型之前，先可以将数字数据流转化为模拟信号。图2中，SAA1和SAA2分别用于表示两个子天线阵列，其中，每个子天线阵列包括4个振子：A1、A2、A3和A4，也即相比于图1，图2中振子的数目增加了，但当输入的数据流的个数不变时，BBU只输出两路信号，即BBU运算量是不变的，而只是在RRU中增加了相应的模拟通道数量(如，增加功率放大器的数量)，也即通过该天线阵列的驱动方式可以在振子的数目增加时不影响BBU的运算量，从而可以以比较小的代价获得比较高的收益。在此说明书中以采用图2所示的驱动方式驱动天线阵列。
需要说明的是，当图2中的天线阵列包括M个SAA，每个SAA包括N个振子(即整个天线阵列由N*M个振子组成)，且每N个振子由一个收发单元(Tranciever，TRX)驱动时，则图2的天线驱动方式也可以参见图3所示，图3中，圆点表示图2中的振子，TRX上方的原型+箭头符号表示模拟移相器，参与ABF；TRX下方的原型+箭头符号表示数字移相器，L*M个数字移相器构成数字福相加权器，参与DBF。
需要说明的是，图3只是作为例子进行说明，在实际应用中，每N个振 子也可以由X个收发单元驱动，其中，X≤N，通过X个收发单元驱动N个振子与通过1个收发单元驱动N个振子的原理相同，在此不复赘述；此外，每个SAA也可以包括不同的振子数目，本申请对此不作限定。
图3中，天线阵列内任意相邻振子间的间距可以相同，也可以不同，在此以天线阵列内任意相邻振子的间距相同，且将该相同的间距设为d＝0.5λ来说明现有技术中存在的问题，可以理解的是，当天线阵列内任意相邻振子的间距不相同时，其存在的问题类似。如上，当天线阵列内任意相邻振子的间距相同，且为d＝0.5λ时，则各个SAA之间的中心间距为Nd，而一般情况下，N的值是大于1的，也即Nd>0.5λ。而经研究表明，当SAA的间距大于0.5λ时，天线阵列偏转时，天线阵列形成的无线电波束就会有栅瓣出现，且随着SAA间距的增大，栅瓣离主瓣越来越近，从而使得栅瓣难以控制，这影响了无线电波束的正交性，失去了增大天线阵列尺寸的意义。
因此，本发明的目的就是为了解决在SAA的间距大于0.5λ时，由于天线阵列偏转产生栅瓣而影响无线电波束的正交性的问题。
在以实施例的方式介绍本发明的方案之前，首先对图3作出如下假设：每个SAA内部相位赋值为δ的等差序列，每个SAA的起始振子(最左边的)的相位赋值为0；每个TRX前的相位赋值为Δ的等差序列，起始TRX(最左边的)的相位赋值为0，具体可参见图4所示；之后，当图4中输入与天线阵列法线的夹角为θ的数据流后，天线阵列最终形成的无线电波束表示为公式1。
ψ＝kdsinθ+δ，Ψ＝Nkd sinθ+Δ   (公式1)
上述公式1中，K表示无线电波束的个数(也称波数)，可以通过2π/λ求解；AFSAA表示子阵列因子，也即图4中每N个振子组成的子天线阵列形成的无线电波束，从上述公式可以看出，AFSAA的值与K、d、θ、N和δ等变量相关，对不同方向的不同数据流，M个子天线阵列的上述变量均相同，M个子天线阵列形成的无线电波束相同；AFALL表示全阵列因子，即将图4中每N个振子作为一个大的振子，也即整个天线阵列包括M个大的振子形成的无线电波束，从上述公式可以看出，AFALL的值与K、d、θ、N、M和Δ等变量相关，对不同方向的不同数据流，Δ不相同，所以整个天线阵列可以形成不同的无线电波束。
结合图4和上述公式，对上文提出的天线阵列偏转产生栅瓣的问题作出如下解释：根据天线阵列扫描的原理，通常在AFALL具有最大值时，即为信号强度最强的地方，而Ψ为0时，AFALL具有最大值。根据上述公式，通过调整Δ就可以使Ψ为0，但是，θ在(0,π)之间会有多个解，因此天线阵列在配置Δ偏转无线电波束方向时，就会产生栅瓣。
以下对本发明的发明构思进行分析：
由于图4所示的天线阵列形成的无线电波束可表示为如下公式：AF＝AFSAA·AFALL，也即天线阵列最终形成的无线电波束是全阵因子与子阵因子的乘积，因此，可以通过控制子阵因子，也即通过控制子天线阵列形成的无线电波束，来控制天线阵列最终形成的无线电波束，如，可以通过将相邻的两个子天线阵列交错排布，来缩短子天线阵列之间的距离，从而控制栅瓣的位置离主瓣较远；此外，还可以对子阵列天线中振子上的无线电波束的信号进行固定的幅度加权，来控制AFSAA在AFALL产生栅瓣的位置方向图增益较低，以便将最终形成的无线电波束的栅瓣的幅度控制在一定范围之内。
具体地，本发明将通过实施例一和实施例二的方案，来提高无线电波束的正交性。
图5为本发明实施例一提供的通信装置的示意图之一，图5中，该通信装置可以包括M个子通信链路，每个子通信链路可以包括：1个子天线阵列、N个模拟移相器、X个收发单元和L个数字移相器，其中，N，M，X，L均为正整数，且L≤M，X≤N。优选地，X为1。为方便说明，图5中以N为4，X为1进行说明。
图5中，1个子天线阵列包括4个振子，用于辐射或者接收空间中的无线电波束；4个模拟移相器中的每个模拟移相器与4个振子中的任一个振子相通信；该4个模拟移相器用于控制4个振子辐射或者接收空间中的无线电波束的方向；1个收发单元，与4个模拟移相器相通信，具体地，该1个收发单元可以通过1个模拟数据流接口与4个模拟移相器相通信；该1个收发单元用于将数字数据流转化为无线电波束的信号或者将无线电波束的信号转化为数字数据流；L个数字移相器，与1个收发单元相通信，用于形成数字数据流或者接收数字数据流，并将接收的数字数据流分解成多个数字数据流。
图5中，M个子天线阵列包括：SAA1，SAA2，…，SAAM，且SAA2，SAA4，…，SAAM排布在上一行，SAA1，SAA3，…，SAAM-1排布在下一行，且SAA2位于SAA1 的右上方，SAA3位于SAA2的右下方，…，直至SAAM位于SAAM-1的右上方。
需要说明的是，作为示例，图5中M个子通信链路中的M子天线阵列分为上下两行，而在实际应用中，M个子通信链路中的M子天线阵列分为三行以上，当分为三行及以上时，M子天线阵列的排布方式可参考图5中两行子天线阵列的排布方式，本发明对此不作赘述。
优选地，当图5中同一个子天线阵列的N个振子中相邻两个振子之间的间距表示为di，则相邻的子天线阵列的间距D可以满足如下条件： i＝1，2，…，N-1；可以理解的是，当图5中任意相邻振子之间的间距相同时，di可以表示为d，相应地，D可以满足如下条件：(Nd)/2≤D<Nd，优选地，D＝(Nd)/2。在任意相邻振子之间的间距相同时，d以及D可参见图6所示,图6中，假设相邻的两个子天线阵列包括：第一子天线阵列和第二子天线阵列，则当N为偶数时，D为第一子天线阵列中第N/2个振子和第(N/2)+1个的中心位置与第二子天线中第N/2个振子和第(N/2)+1个的中心位置之间的距离；而当N为奇数时，D为第一子天线阵列中第(N+1)/2+1个振子与第二子天线中第(N+1)/2+1个振子之间的距离。
此外，图5中的每个子通信链路还可以包括：4个功率控制单元，在每个子通信链路中增加4个功率控制单元后的通信装置可参见图7所示，图7中，每个功率控制单元连接在4个模拟移相器中的任一个模拟移相器与4个振子中与该任一个模拟移相器相通信的1个振子之间；该4个功率控制单元用于对发送至4个振子的无线电波束的信号或者从4个振子接收到的无线电波束的信号进行固定幅度的加权处理。
图7中的功率控制单元可以包括：功率分配器、功率放大器以及功率衰减器等。在一个例子中，当功率控制单元用于对4个振子上的无线电波束的信号按照系数0.812，1，1和0.812进行幅度加权时，则称为对上述4个振子上的无线电波束的信号按照30dB切比雪夫幅度加权。通过对不同振子上的 无线电波束的信号按照不同的系数进行幅度加权处理之后，就可以控制AFSAA在AFALL产生栅瓣的位置方向图增益较低，以便将最终形成的无线电波束的栅瓣的幅度控制在一定范围之内。
在其它例子中，也可以对4个振子上的无线电波束信号按照其它的幅度加权方式进行幅度加权，如，凯撒(Kaiser)幅度加权，高斯(Gausswin)幅度加权等。
需要说明的是，作为示例，图5或者图7中的N为4，而在实际应用中，N也可以为其它数目，如，N可以为5，6，7，8等，本发明对此不作限定。其中，当N为偶数时，通信装置的排布方式可参考图5；而当N为奇数时，且以N为5为例来说，当任意相邻振子之间的间距相同(如，为d),且D＝(Nd)/2＝2.5d时，通信装置中相邻子天线阵列的排布方式可参见图8所示，图8中，SAA1与SAA2的间距D即为SAA1中第3个振子与SAA2中第3个振子之间的距离，即D＝2.5d。
对图7所示的通信装置，假设M＝4，N＝8，当无线通信设备中输入分别在5度和-2.163度(因为等效口径约为8λ的最小主瓣间距为7.163)两个方向的数据流S1和S2时，且在每个SAA内部N个模拟移相器中的第J个模拟移相器注入相位(J-1)*δ,J为正整数，且J≤N；且在M个子通信链路中第I个子通信链路的L个数字移相器均注入相位(I-1)*Δ，I为正整数，且I≤M，也即对全阵列因子的表达式以及子阵因子的表达式赋值后，可以形成如图9所示的无线电波束。
图9中，第一无线电波束是通信装置在对数据流S1进行相应的信号处理(包括：数字波束赋型、模拟波束赋型以及30dB的切比雪夫特加权)后，通过M个大振子(N个小振子组成)在远场形成的无线电波束，也即是数据流S1的全阵列因子的水平方向图，第二无线电波束是通信装置在对数据流S2进行上述相应的信号处理后，通过M个大振子(N个小振子组成)在远场形成的无线电波束，也即是数据流S2的全阵列因子的水平方向图，第三无线电波束 是在对数据流S1或者数据流S2进行上述相应的信号处理后，通过M组N个振子在远场形成的无线电波束，也即是数据流S1或者数据流S2的子阵列因子的水平方向图。
图9中，第一无线电波束的波峰(主方向)对应第二无线电波束的波谷(零陷位置)，或者，第二无线电波束的波峰对应第一无线电波束的波谷，也即无线电波束之间不会造成干扰。此外，因为此说明中以天线阵列为线阵为例，所以最终形成的无线电波束在垂直方向上的方向图为全向。当在实际设计时，将天线阵列设计为面阵时，垂直方向可以根据实际要求进行调节和设计。
由于天线阵列最终形成的无线电波束是全阵因子与子阵因子的乘积，因此，针对数据流S1和S2，天线阵列最终形成的两个无线电波束可参见图10所示，图10中，第四无线电波束是由通信装置对数据流S1进行上述相应的信号处理后最终形成的方向图，而第五无线电波束是由通信装置对数据流S2进行上述相应的信号处理后，最终形成的方向图。
本发明实施例一提供的通信装置，M个子通信链路中的M子天线阵列分为至少两行，且相邻的两个子天线阵列交错排布，由此，可以在增加振子的同时减小子天线阵列之间的距离，这在一定程度上缓解了振子数量多和子天线阵列间的距离要小的矛盾，如在相邻子天线阵列的间距为Nd/2时，当每个子天线阵列中振子的数目增加m个时，子天线阵列之间的距离仅增加md/2；此外，对每个子天线阵列的振子上的无线电波束信号进行固定的幅度加权，可以将在子天线阵列之间的距离大于0.5λ时，天线阵列偏转时产生的栅瓣控制在一定范围之内(即不产生栅瓣)，由此，可以提高无线电波束的正交性。
图11为本发明实施例二提供的通信装置的示意图之一，图11中，该通信装置可以包括M个子通信链路，每个子通信链路可以包括：1个子天线阵列、N个模拟移相器、X个收发单元和L个数字移相器，其中，M，X，L均为正整数，N为偶数，且L≤M，X≤N。优选地，X为1。为方便说明，图11中以N 为4，X为1进行说明。
图11中，1个子天线阵列包括4个振子，用于辐射或者接收空间中的无线电波束；4个模拟移相器中的每个模拟移相器与4个振子中的任一个振子相通信；该4个模拟移相器用于控制4个振子辐射或者接收空间中的无线电波束的方向；1个收发单元，与4个模拟移相器相通信，具体地，该1个收发单元可以通过1个模拟数据流接口与4个模拟移相器相通信；该1个收发单元用于将数字数据流转化为无线电波束的信号或者将无线电波束的信号转化为数字数据流；L个数字移相器，与1个收发单元相通信，用于形成数字数据流或者接收数字数据流，并将接收的数字数据流分解成多个数字数据流。
图11中，M个子天线阵列包括：SAA1，SAA2，…，SAAM，且SAA1，SAA2，…，SAAM呈直线排布，SAA2的前2个振子与SAA1的后2个振子相同，SAA3的前2个振子与SAA2的后2个振子相同，…，直至SAAM-1的前2个振子与SAAM的后2个振子相同。
需要说明的是，作为示例，图11中的通信装置包括4个振子，且相邻的两个子天线阵列共用2个振子，而在实际应用中，图11中的通信装置还可以包括其它数目的振子，如，8、16或者其它偶数，而相邻的两个子天线阵列共用振子的数目n也不限于2，其只需要满足条件1≤n≤N/2即可，优选地，n＝N/2。
可以理解的是，被相邻的两个子天线阵列共用的n个振子中每个振子，其既包含在第一子天线阵列所属的第一子通信链路中，也包含在第二子天线阵列所属的第二子通信链路中，也即其既可以与第一子通信链路中的一个模拟移相器相通信，也可以与第二子通信链路中的一个模拟移相器相通信。
优选地，当图11中同一个子天线阵列的N个振子中相邻两个振子之间的间距表示为di，则相邻的子天线阵列的间距D可以满足如下条件： i＝1，2，…，N-1；可以理解的是，当任意相邻振子之间的间距相同 时，di可以表示为d，相应地，D可以满足如下条件：(Nd)/2≤D<Nd，优选地，D＝(Nd)/2。
此外，图11中的每个子通信链路还可以包括：4个功率控制单元，在每个子通信链路中增加4个功率控制单元后的通信装置可参见图12所示，图12中，每个功率控制单元连接在4个模拟移相器中的任一个模拟移相器与4个振子中与任一个模拟移相器相通信的1个振子之间；该4个功率控制单元用于对发送至4个振子的无线电波束的信号或者从4个振子接收到的无线电波束的信号进行固定幅度的加权处理。
图12中的功率控制单元可以包括：功率分配器、功率放大器以及功率衰减器等。在一个例子中，当功率控制单元用于对4个振子上的信号按照系数0.812，1，1和0.812进行幅度加权时，则称为对上述4个振子上的信号按照30dB切比雪夫幅度加权。通过对不同振子上的无线电波束信号按照不同的系数进行幅度加权处理之后，就可以控制AFSAA在AFALL产生栅瓣的位置方向图增益较低，以便将最终形成的无线电波束的栅瓣的幅度控制在一定范围之内。
在其它例子中，也可以对4个振子上的信号按照其它的幅度加权方式进行幅度加权，如，凯撒(Kaiser)幅度加权，高斯(Gausswin)幅度加权等。
需要说明的是，图11或者图12所示的通信装置还可以包括n*M个射频合路器和n*M个视频分路器，在相邻的两个子天线阵列分别属于第一子通信链路和第二子通信链路时，n*M个射频合路器中的每个射频合路器的连接关系具体为：每个所述射频合路器与n个振子中的任一个振子相连接，还连接于该任一个振子在第一子通信链路中相通信的1个模拟移相器与该任一个振子在第二子通信链路中相通信的1个模拟移相器之间，用于对从两个模拟移相器接收的无线电波束的信号进行合并后发送至上述任一个振子；n*M个视频分路器中的每个射频分路器的连接关系具体为：每个射频合路器与n个振子中的任一个振子相连接，还连接于该任一个振子在第一子通信链路中相通信的1个模拟移相器与该任一个振子在第二子通信链路中相通信的1个模拟移相器 之间，用于对从该1个振子接收的无线电波束的信号进行分路后分别发送至两个模拟移相器。
以1个射频合路器以及1个射频分路器在图11或者图12中的通信装置的连接关系为例来说，如图13所示，图13中的1个振子可以为相邻的两个子天线阵列共用的n个振子中任1个振子，第一模拟移相器为该1个振子在第一通信子链路中相通信的模拟移相器，第二模拟移相器为该1个振子在第二子通信链路中相通信的模拟移相器。
对图12所示的通信装置，假设M＝4，N＝8，且在每个SAA内部N个模拟移相器中的第J个模拟移相器注入相位(J-1)*δ,J为正整数，且J≤N；且在M个子通信链路中第I个子通信链路的L个数字移相器均注入相位(I-1)*Δ，I为正整数，且I≤M，也即对全阵列因子的表达式以及子阵因子的表达式赋值后，也可以形成如图9所示的无线电波束；且其最终形成的两个无线电波束也可参见图10所示。
本发明实施例二提供的通信装置，M个子通信链路中的M个子天线阵列呈直线排布，且相邻的两个子天线阵列共用n个振子，由此，可以在增加振子的同时减小子天线阵列之间的距离，这在一定程度上缓解了振子数量多和子天线阵列间的距离要小的矛盾，如在相邻子天线阵列的间距为Nd/2时，当每个子天线阵列中振子的数目增加m个时，子天线阵列之间的距离仅增加md/2；此外，对每个子天线阵列的振子上的无线电波束信号进行固定的幅度加权，可以将在子天线阵列之间的距离大于0.5λ时，天线阵列偏转时产生的栅瓣控制在一定范围之内(即不产生栅瓣)，由此，可以提高无线电波束的正交性。
最后，本发明还提供了一种包括本发明实施一提供的通信装置的无线通信设备，具体地，该无线通信设备可以基于实施例一提供的通信装置从用户端接收无线电波束，或者向用户发送无线电波束；此外，本发明还提供了一种包括本发明实施二提供的通信装置的无线通信设备，同样地，该无线通信设备可以基于实施例二提供的通信装置从用户端接收无线电波束，或者向用 户发送无线电波束。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

  1. 一种通信装置，其特征在于，所述通信装置包括M个子通信链路，每个所述子通信链路包括：
    1个子天线阵列，每个所述子天线阵列包括N个振子，用于辐射或者接收空间中的无线电波束；
    N个模拟移相器，每个所述模拟移相器与所述N个振子中的任一个振子相通信；所述N个模拟移相器用于控制所述N个振子辐射或者接收空间中的无线电波束的方向；
    X个收发单元，与所述N个模拟移相器相通信，用于将数字数据流转化为所述无线电波束的信号或者将所述无线电波束的信号转化为数字数据流；和，
    L个数字移相器，与所述X个收发单元相通信，用于形成所述数字数据流或者接收所述数字数据流，并将接收的所述数字数据流分解成多个数字数据流；
    其中，所述M个子通信链路中的M子天线阵列分为至少两行，且相邻的两个子天线阵列交错排布，N，M，X，L均为正整数，且L≤M,X≤N。
  2. 根据权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述M子天线阵列分为上下两行，且所述相邻的两个子天线阵列包括：第一子天线阵列和第二子天线阵列；
    若所述第一子天线阵列位于上一行，所述第二天线阵列位于下一行，则所述第二子天线阵列在所述第一子天线阵列的右下方；
    若所述第一子天线阵列位于下一行，所述第二天线阵列位于上一行，则所述第二子天线阵列在所述第一子天线阵列的右上方。
  3. 根据权利要求1或2所述的通信装置，其特征在于，同一个子天线阵列的N个振子中相邻两个振子之间的间距为di，且所述相邻的子天线阵列的间距为D，其中，i＝1，2，…，N-1。
  4. 根据权利要求1-3任一项所述的通信装置，其特征在于，所述每个子通信链路还包括：N个功率控制单元，每个所述功率控制单元连接在所述N个模拟移相器中的任一个模拟移相器与所述N个振子中与所述任一个模拟移相器相通信的1个振子之间；所述N个功率控制单元用于对发送至所述N个振子的无线电波束的信号或者从所述N个振子接收到的无线电波束的信号进行固定幅度的加权处理。
  5. 根据权利要求1-4任一项所述的通信装置，其特征在于，每个所述子通信链路的所述N个模拟移相器中的第J个模拟移相器注入相位(J-1)*δ,J为正整数，且J≤N。
  6. 根据权利要求1-5任一项所述的通信装置，其特征在于，所述M个子通信链路中第I个子通信链路的L个数字移相器均注入相位(I-1)*Δ，I为正整数，且I≤M。
  7. 一种通信装置，其特征在于，所述通信装置包括M个子通信链路，每个所述子通信链路包括：
    1个子天线阵列，每个所述子天线阵列包括N个振子，用于辐射或者接收空间中的无线电波束；
    N个模拟移相器，每个所述模拟移相器与所述N个振子中的任一个振子相通信；所述N个模拟移相器用于控制所述N个振子辐射或者接收空间中的无线电波束的方向；
    X个收发单元，与所述N个模拟移相器相通信，用于将数字数据流转化为所述无线电波束的信号或者将所述无线电波束的信号转化为数字数据流；和，
    L个数字移相器，与所述X个收发单元相通信，用于形成所述数字数据流或者接收所述数字数据流，并将接收的所述数字数据流分解成多个数字数据流；
    其中，所述M个子通信链路中M个子天线阵列呈直线排布，且相邻的两个子天线阵列共用n个振子，N为偶数，M，X，L，n均为正整数，且L≤M，X ≤N,1≤n≤N/2。
  8. 根据权利要求7所述的通信装置，其特征在于，所述相邻的两个子天线阵列包括：第一子天线阵列和第二子天线阵列；
    若所述第一子天线阵列为在先的子天线阵列，所述第二子天线阵列为在后的子天线阵列，则所述第二子天线阵列的前n个振子与所述第一子天线阵列的后n个振子相同；
    若所述第一子天线阵列为在后的子天线阵列，所述第二子天线阵列为在先的子天线阵列，则所述第二子天线阵列的后n个振子与所述第一子天线阵列的前n个振子相同。
  9. 根据权利要求7或8所述的通信装置，其特征在于，同一个子天线阵列的N个振子中相邻两个振子之间的间距为di，且所述相邻的子天线阵列的间距为D，其中，i＝1，2，…，N-1。
  10. 根据权利要求7-9任一项所述的通信装置，其特征在于，所述每个子通信链路还包括：N个功率控制单元，每个所述功率控制单元连接在所述N个模拟移相器中的任一个模拟移相器与所述N个振子中与所述任一个模拟移相器相通信的1个振子之间；所述N个功率控制单元用于对发送至所述N个振子的无线电波束的信号或者从所述N个振子接收到的无线电波束的信号进行固定幅度的加权处理。
  11. 根据权利要求7-10任一项所述的通信装置，其特征在于，每个所述子通信链路的所述N个模拟移相器中的第J个模拟移相器注入相位(J-1)*δ,J为正整数，且J≤N。
  12. 根据权利要求7-11任一项所述的通信装置，其特征在于，所述M个子通信链路中第I个子通信链路的L个数字移相器均注入相位(I-1)*Δ，I为正整数，且I≤M。
  13. 根据权利要求7-12任一项所述的通信装置，其特征在于，所述通信装置还包括n*M个射频合路器和n*M个视频分路器，所述相邻的两个子天线 阵列分别属于第一子通信链路和第二子通信链路；
    每个所述射频合路器与所述n个振子中的任一个振子相连接，还连接于所述任一个振子在所述第一子通信链路中相通信的1个模拟移相器与所述任一个振子在所述第二子通信链路中相通信的1个模拟移相器之间，用于对从所述两个模拟移相器接收的无线电波束的信号进行合并后发送至所述任一个振子；
    每个所述射频合路器与所述n个振子中的任一个振子相连接，还连接于所述任一个振子在所述第一子通信链路中相通信的1个模拟移相器与所述任一个振子在所述第二子通信链路中相通信的1个模拟移相器之间，用于对从所述任一个振子接收的无线电波束的信号进行分路后分别发送至所述两个模拟移相器。
  14. 一种包括如权利要求1-6任一项所述的通信装置的无线通信设备。
  15. 一种包括如权利要求7-13任一项所述的通信装置的无线通信设备。
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