CN109412668A - 阵列天线波束调节设备、系统及调节方法 - Google Patents

Abstract

本申请是一种阵列天线波束调节设备、系统及调节方法，所述系统包括成型多个波束的阵列天线，通过阵列天线进行通信数据传送/接收的收发器，测量通信品质的品质测量单元，处理通信数据的处理模块与波束选择器。所述波束选择器依据所述品质数据，选取所述多个波束中至少一者作为所述波束群组，使得收发器与阵列天线协同作业而成型对应数量、方向的波束，因应不同条件的通信环境。

Description

阵列天线波束调节设备、系统及调节方法

技术领域

本申请涉及通信领域，特别是涉及阵列天线波束调节设备、系统及调节方法。

背景技术

信息化的高速发展，无线智能终端的大规模普及，以及迅猛增长的各类数据业务对包括移动数据通信和无线局域网在内的下一代无线通信系统的通信速率提出了更高的要求。在5G第五代通信即将商用的时代，千兆级(Gbps)比特速率的高速无线通信研究也已经成为学术界和工业界的热点。大规模MIMO技术、异构网络、能效通信和自组织网络等各项新技术已成为提高下一代无线通信系统速率的关键技术，也都是未来5G通信领域的重要研究方向。5G通信系统是在更高频率(mmWave)频带(例如，60GHz频带)中实现的，以便实现更高的数据速率。为了减少无线电波的传播损耗并增加传输距离，阵列天线和波束形成必然在5G通信系统使用，然而，现行技术对于波束控制判断，以及波束控制的灵活性都不理想。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种阵列天线波束调节设备、系统及调节方法，通过通信品质而调节阵列天线，以成型适当的天线波束进行通信。

本申请的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本申请提出的一种阵列天线波束调节设备，包括：多个阵列天线，通过波束成型以形成多个波束，及所述多个阵列天线依据波束群组进行多输入多输出传送及接收；多个收发器，分别通过所述多个阵列天线以进行通信数据的传送及接收；品质测量单元，测量所述通信数据的品质数据；波束选择器，连接所述品质测量单元与所述阵列天线，所述波束选择器依据所述品质数据，选取所述多个波束中至少一者作为所述波束群组；以及，处理模块，进行所述通信数据的处理。

本申请的另一目的一种阵列天线波束调节方法，包括：通过多个阵列天线形成多个波束；由收发器通过所述多个阵列天线进行通信数据的传送及接收；通过品质测量单元测量所述通信数据的品质数据；波束选择器依据所述品质数据，选取所述多个波束中至少一者作为所述波束群组；以及，通过所述多个阵列天线依据波束群组进行多输入多输出传送及接收。

本申请解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

在本申请的一实施例中，所述波束选择器选取所述多个阵列天线中其一、局部或全部，对应产生所述波束群组。

在本申请的一实施例中，每一收发器与所述处理模块之间设置有路径切换开关，所述路径切换开关受控于所述波束选择器，以连接或断开收发器与所述处理模块之间的数据路径，及/或与相邻阵列天线的数据路径相连接。

在本申请的一实施例中，所述路径切换开关为数字开关。

在本申请的一实施例中，所述处理模块通过多个数据路径耦接所述多个收发器，所述波束选择器调节所述多个数据路径与所述多个收发器之间的连接，使所述多个收发器中其一、局部或全部耦接至所述多个数据路径中的一指定路径。

在本申请的一实施例中，所述处理模块通过多个数据路径耦接所述多个收发器，所述波束选择器调节所述多个数据路径与所述多个收发器之间的连接，使所述多个收发器中至少其二、局部或全部，分别的耦接到所述多个数据路径中的至少二指定路径。

在本申请的一实施例中，所述波束群组包括一个指定波束，所述波束选择器选取所述多个阵列天线中其一、局部或全部，对应成型所述指定波束。

在本申请的一实施例中，所述波束群组包括至少二指定波束，所述波束选择器将所述多个阵列天线中其二、局部或全部，划分多个子阵列天线集合，以分别的对应成形所述至少二指定波束。

在本申请的一实施例中，每一阵列天线包括多个天线，所述多个天线分别连接移相器，所述波束选择器选取所述多个天线中其一、局部或全部，对应产生所述波束群组。

在本申请的一实施例中，所述波束群组包括一个指定波束，所述波束选择器选取所述多个天线中其一、局部或全部，对应成型所述指定波束。

在本申请的一实施例中，所述品质数据包括通信的信道质量、载波频率与对向设备提出的一个以上的请求信息中至少一者。

在本申请的一实施例中，每一阵列天线包括的天线数量为相同或相异。

在本申请的一实施例中，所述收发器包括发射电路与接收电路。

在本申请的一实施例中，所述发射电路的信号输出端连接功率放大器。

在本申请的一实施例中，所述接收电路的信号输入端连接低噪音放大器。

在本申请的一实施例中，所述天线与收发器之间设置有切换器，用以切换所述连接所述发射电路或所述接收电路。

在本申请的一实施例中，所述切换器为单刀双掷开关。

在本申请的一实施例中，所述切换器包含于所述波束选择器，或所述切换器受控于所述波束选择器。

在本申请的一实施例中，所述收发器包括无线射频组件、一个或多个天线形成的射频收发器电路和用于处理RF无线信号的其他电路。

在本申请的一实施例中，所述收发器选择性的包括GPS接收器、WIFI/BT收发器与蜂窝通信收发器。

在本申请的一实施例中，蜂窝通信收发器是可以对毫米波(60GHZ频带)进行发送和接收，WIFI也可包含802.11ad功能。

在本申请的一实施例中，阵列天线选择性的包含毫米波阵列天线与6GHZ以下频段的普通天线(如PIFA,IFA,monopole天线等)的天线组件。

在本申请的一实施例中，所述发射电路与处理模块之间设置有数模转换器，所述数模转换器将所述处理模块提供的通信数据由数字信号类型转换成模拟信号类型。

在本申请的一实施例中，所述发射电路的信号输入端设置有中频电路，所述中频电路选择性的包括混频器、放大器、振荡器、滤波器等电路，所述中频电路将模拟信号进行上变频(up conversion)达到中频。

在本申请的一实施例中，所述发射电路将中频信号再进行一次上变频达到发射频率，如60GHz，所述发射电路选择性的包括包含混频器，放大器，振荡器，滤波器等电路。

在本申请的一实施例中，所述接收电路与所述处理模块之间设置有模数转换器，所述模数转换器将接收的通信数据由模拟信号类型转换成数字信号类型。

在本申请的一实施例中，阵列天线波束调节设备为基站设备或便携式电子通信设备。

本申请的又一目的的一种阵列天线波束调节系统，包括：第一通信设备，包括：第一组阵列天线，形成多个第一波束；第一收发器，通过所述第一组阵列天线以进行通信数据的传送及接收；及，第一处理模块，提供所述通信数据；以及，第二通信设备，无线连接第一通信设备，包括：第二组阵列天线，接收所述多个第一波束，及形成至少一第二波束进行多输入多输出传送及接收；第二收发器，通过所述第二组阵列天线以进行所述通信数据的接收与传送；品质测量单元，测量所述通信数据的品质数据；波束选择器，连接所述品质测量单元与所述第二组阵列天线，所述波束选择器依据所述品质数据令所述阵列天线配置形成所述至少一第二波束；及，第二处理模块，处理所述通信数据。

本申请让含有阵列天线的通信设备依据通信品质，选择性的形成单一或多个不同的天线波束来进行通信，通过单一天线波束利于在高增益却弱信号时较能维持稳定通信，通过多天线波束利于强信号下进行大数据通信。本申请能应用于便携式电子通信设备或者基站设备，具备较高的适用性。

附图说明

图1a为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备结构示意图；

图1b为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备单一波束示意图；

图1c为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备结构多波束示意图；

图2a为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备的相关电路简示图；

图2b为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备的路径指定示意图；

图3a为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备的相关电路简示图；

图3b为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备的路径指定示意图；

图4为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备的数据路径示意图；

图5为本申请一实施例的阵列天线波束调节流程示意图；

图6a为本申请一实施例的阵列天线波束调节系统示意图；

图6b为本申请一实施例的系统波束调节示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

附图和说明被认为在本质上是示出性的，而不是限制性的。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。另外，为了理解和便于描述，附图中示出的每个组件的尺寸和厚度是任意示出的，但是本发明不限于此。

在附图中，为了清晰、理解和便于描述，夸大设备、系统、组件、电路的配置范围。将理解的是，当组件被称作“在”另一组件“上”时，所述组件可以直接在所述另一组件上，或者也可以存在中间组件。

另外，在说明书中，除非明确地描述为相反的，否则词语“包括”将被理解为意指包括所述组件，但是不排除任何其它组件。此外，在说明书中，“在......上”意指位于目标组件上方或者下方，而不意指必须位于基于重力方向的顶部上。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施例，对依据本发明提出的一种阵列天线波束调节设备、系统及调节方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1a为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备结构示意图。图1b为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备单一波束示意图。图1c为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备结构多波束示意图。图4为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备的数据路径示意图。请配合参阅图1a至图1c与图4以利于理解。在本申请的一实施例中，一种阵列天线波束调节设备100，包括：多个阵列天线110，通过波束成型以形成多个波束，及所述多个阵列天线110依据波束群组进行多输入多输出传送及接收；多个收发器120，分别通过所述多个阵列天线110以进行通信数据的传送及接收；品质测量单元130，测量所述通信数据的品质数据；波束选择器140，连接所述品质测量单元130与所述阵列天线110，所述波束选择器140依据所述品质数据，选取所述多个波束中至少一者作为所述波束群组；以及，处理模块150，进行所述通信数据的处理。

在本申请的一实施例中，所述波束选择器140选取所述多个阵列天线110中其一、局部或全部，对应产生所述波束群组。

如图1b所示，在本申请的一实施例中，所述波束群组包括一个指定波束，所述波束选择器140选取所述多个阵列天线110中其一、局部或全部，对应成型所述指定波束。

如图1c所示，在本申请的一实施例中，所述波束群组包括至少二指定波束，所述波束选择器140将所述多个阵列天线110中其二、局部或全部，划分多个子阵列天线110集合，以分别的对应成形所述至少二指定波束。

在本申请的一实施例中，每一收发器120与所述处理模块150之间设置有路径切换开关160，所述路径切换开关160受控于所述波束选择器140，以连接或断开收发器120与所述处理模块150之间的数据路径，及/或与相邻阵列天线110的数据路径相连接。

在本申请的一实施例中，所述路径切换开关160为数字开关。

在本申请的一实施例中，所述处理模块150通过多个数据路径耦接所述多个收发器120，所述波束选择器140调节所述多个数据路径与所述多个收发器120之间的连接，使所述多个收发器120中其一、局部或全部耦接至所述多个数据路径中的一指定路径。

图2a为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备的相关电路简示图。图2b为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备的路径指定示意图。请配合参阅图2a、图2b与图4以利于理解。在本申请的一实施例中，阵列天线110具有m个，每一阵列天线110对应一个数据路径，全部或局部的数据路径上，或者数据路径之间设置有路径切换开关160，依据设计的不同而具有不同数量的路径切换开关160。

如图2a绘示，数据路径1未设置路径切换开关160，其它数据路径皆设置路径切换开关160。如图2b绘示，所述波束选择器140控制所有的路径切换开关160断开其所属数据路径的连接，使得所有收发器120皆耦接至数据路径1。如此，所有阵列天线110与收发器120皆配合数据路径1进行信号的发送与接收，让所有的阵列天线110形成单一方向的波束，拥有相对较强的方向性和增益。

在本申请的一实施例中，所述处理模块150通过多个数据路径耦接所述多个收发器120，所述波束选择器140调节所述多个数据路径与所述多个收发器120之间的连接，使所述多个收发器120中至少其二、局部或全部，分别的耦接到所述多个数据路径中的至少二指定路径。

图3a为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备的相关电路简示图。图3b为本申请一实施例的阵列天线波束调节设备的路径指定示意图。请配合参阅图3a、图3b与图4以利于理解。如图3a绘示，数据路径1与数据路径3未设置路径切换开关160，其它数据路径皆设置路径切换开关160。如图3b绘示，所述波束选择器140控制所有的路径切换开关160断开其所属数据路径的连接，使得所有收发器120分别的耦接至数据路径1与数据路径3，例如数据路径2对应的阵列天线110与收发器120会耦接至数据路径1，其它数据路径对应的阵列天线110与收发器120会耦接至数据路径3。如此，所有阵列天线110与收发器120皆配合第一数据路径与第三数据路径进行信号的发送与接收，让所有的阵列天线110形成限定数量与方向的波束，一定程度的增强波束的方向性和增益。

如图4绘示，在本申请的一实施例中，每一阵列天线110包括多个天线111，所述多个天线111分别连接移相器170，所述波束选择器140选取所述多个天线111中其一、局部或全部，对应产生所述波束群组。

在本申请的一实施例中，所述波束群组包括一个指定波束，所述波束选择器140选取所述多个天线111中其一、局部或全部，对应成型所述指定波束。

在本申请的一实施例中，所述品质数据包括通信的信道质量、载波频率与对向设备提出的一个以上的请求信息中至少一者。

在本申请的一实施例中，每一阵列天线110包括的天线111数量为相同或相异。

在本申请的一实施例中，所述收发器120包括发射电路121与接收电路122。

在本申请的一实施例中，所述发射电路121的信号输出端连接功率放大器181。

在本申请的一实施例中，所述接收电路122的信号输入端连接低噪音放大器182。

在本申请的一实施例中，所述天线111与收发器120之间设置有切换器183，用以切换所述连接所述发射电路121或所述接收电路122。

在本申请的一实施例中，所述切换器183为单刀双掷开关。

在本申请的一实施例中，所述切换器包含于所述波束选择器140，或所述切换器受控于所述波束选择器140。

在本申请的一实施例中，所述收发器120包括无线射频组件、一个或多个天线形成的射频收发器120电路和用于处理RF无线信号的其他电路。

在本申请的一实施例中，所述收发器120选择性的包括GPS接收器、WIFI/BT收发器与蜂窝通信收发器。

在本申请的一实施例中，蜂窝通信收发器是可以对毫米波(60GHZ频带)进行发送和接收，WIFI也可包含802.11ad功能。

在本申请的一实施例中，阵列天线110选择性的包含毫米波阵列天线与6GHZ以下频段的普通天线(如PIFA，IFA，monopole天线等)的天线组件。

在本申请的一实施例中，所述发射电路121与处理模块150之间设置有数模转换器191，所述数模转换器191将所述处理模块150提供的通信数据由数字信号类型转换成模拟信号类型。

在本申请的一实施例中，所述发射电路121的信号输入端设置有中频电路184，所述中频电路184选择性的包括混频器、放大器、振荡器、滤波器等电路，所述中频电路184将模拟信号进行上变频(up conversion)达到中频。

在本申请的一实施例中，所述发射电路121将中频信号再进行一次上变频达到发射频率，如60GHz，所述发射电路121选择性的包括包含混频器，放大器，振荡器，滤波器等电路。

在本申请的一实施例中，所述接收电路122与所述处理模块150之间设置有模数转换器192，所述模数转换器192将接收的通信数据由模拟信号类型转换成数字信号类型。

在本申请的一实施例中，阵列天线波束调节设备100为基站设备或便携式电子通信设备。

图5为本申请一实施例的阵列天线波束调节流程示意图。请同时配合图1a至图4以利于理解。在本申请的一实施例中，阵列天线波束调节方法包括：

步骤S510，通过多个阵列天线形成多个波束；

步骤S520，由收发器通过所述多个阵列天线进行通信数据的传送及接收；

步骤S530，通过品质测量单元测量所述通信数据的品质数据；

步骤S540，波束选择器依据所述品质数据，选取所述多个波束中至少一者作为所述波束群组；

步骤S550，通过所述多个阵列天线依据波束群组进行多输入多输出传送及接收。

图6a为本申请一实施例的阵列天线波束调节系统示意图。图6b为本申请一实施例的系统波束调节示意图。在本申请的一实施例中，一种阵列天线波束调节系统，包括：第一通信设备300，包括：第一组阵列天线310，形成多个第一波束710；第一收发器320，通过所述第一组阵列天线310以进行通信数据的传送及接收；及，第一处理模块350，提供所述通信数据；以及，第二通信设备400，无线连接第一通信设备300，包括：第二组阵列天线410，接收所述多个第一波束710，及形成至少一第二波束进行多输入多输出传送及接收；第二收发器420，通过所述第二组阵列天线410以进行所述通信数据的接收与传送；品质测量单元430，测量所述通信数据的品质数据；波束选择器440，连接所述品质测量单元430与所述第二组阵列天线410，所述波束选择器440依据所述品质数据令所述阵列天线410配置形成所述至少一第二波束；及，第二处理模块450，处理所述通信数据。

在一些实施例中，开始通信时，双方设备需要确定波束的数量，第二通信设备400可以基于通信的信道质量，通信的载波频率和对方设备的请求中的一个或多个信息来确定波束的数量。之后是配置天线波束，第二通信设备400可以通过配置不同的阵列天线以及天线单元来形成所需要的天线波束。例如，第二通信设备400可以通过只配置一个、多个或者所有阵列天线来形成一个波束。当波束的数量等于或大于2时，第二通信设备400可以将天线阵列划分为两个或更多个子集，每个子集包含的阵列天线可根据实际的波束方向以及增益要求来配置，并以此来配置第二处理模块450和第二组阵列天线410之间的数据路径，进而形成不同的波束。反过来说，第一通信设备300也可以设置对应的组件，以同样的方式调节波束，并不以单方设备调节为限。

本申请让含有阵列天线的通信设备依据通信品质，选择性的形成单一或多个不同的天线波束来进行通信，通过单一天线波束利于在高增益却弱信号时较能维持稳定通信，通过多天线波束利于强信号下进行大数据通信。本申请能应用于便携式电子通信设备或者基站设备，具备较高的适用性。

“在一些实施例中”及“在各种实施例中”等用语被重复地使用。此用语通常不是指相同的实施例；但它也可以是指相同的实施例。“包含”、“具有”及“包括”等用词是同义词，除非其前后文意显示出其它意思。

以上所述，仅是本申请的具体实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以具体实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种阵列天线波束调节设备，其特征在于，包括：

多个阵列天线，通过波束成型以形成多个波束，及所述多个阵列天线依据波束群组进行多输入多输出传送及接收；

多个收发器，分别通过所述多个阵列天线以进行通信数据的传送及接收；

品质测量单元，测量所述通信数据的品质数据；

波束选择器，连接所述品质测量单元与所述阵列天线，所述波束选择器依据所述品质数据，选取所述多个波束中至少一者作为所述波束群组；以及

处理模块，进行所述通信数据的处理。

2.如权利要求1所述阵列天线波束调节设备，其特征在于，所述波束选择器选取所述多个阵列天线中其一、局部或全部，对应产生所述波束群组。

3.如权利要求2所述阵列天线波束调节设备，其特征在于，所述波束群组包括一个指定波束，所述波束选择器选取所述多个阵列天线中其一、局部或全部，对应成型所述指定波束。

4.如权利要求2所述阵列天线波束调节设备，其特征在于，所述波束群组包括至少二指定波束，所述波束选择器将所述多个阵列天线中其二、局部或全部，划分多个子阵列天线集合，以分别的对应成形所述至少二指定波束。

5.如权利要求1所述阵列天线波束调节设备，其特征在于，每一阵列天线包括多个天线，所述多个天线分别连接移相器，所述波束选择器选取所述多个天线中其一、局部或全部，对应产生所述波束群组。

6.如权利要求5所述阵列天线波束调节设备，其特征在于，所述波束群组包括一个指定波束，所述波束选择器选取所述多个天线中其一、局部或全部，对应成型所述指定波束。

7.一种阵列天线波束调节方法，其特征在于，包括：

通过多个阵列天线形成多个波束；

由收发器通过所述多个阵列天线进行通信数据的传送及接收；

通过品质测量单元测量所述通信数据的品质数据；

波束选择器依据所述品质数据，选取所述多个波束中至少一者作为所述波束群组；以及

通过所述多个阵列天线依据波束群组进行多输入多输出传送及接收。

8.如权利要求7所述阵列天线波束调节方法，其特征在于，所述波束选择器选取所述多个阵列天线中其一、局部或全部，对应产生所述波束群组。

9.如权利要求7所述阵列天线波束调节方法，其特征在于，每一阵列天线包括多个天线，所述多个天线分别连接移相器，所述波束选择器选取所述多个天线中其一、局部或全部，对应产生所述波束群组。

10.一种阵列天线波束调节系统，其特征在于，包括：

第一通信设备，包括：

第一组阵列天线，形成多个第一波束；

第一收发器，通过所述第一组阵列天线以进行通信数据的传送及接收；及

第一处理模块，提供所述通信数据；以及

第二通信设备，无线连接第一通信设备，包括：

第二组阵列天线，接收所述多个第一波束，及形成至少一第二波束进行多输入多输出传送及接收；

第二收发器，通过所述第二组阵列天线以进行所述通信数据的接收与传送；

品质测量单元，测量所述通信数据的品质数据；

波束选择器，连接所述品质测量单元与所述第二组阵列天线，所述波束选择器依据所述品质数据令所述阵列天线配置形成所述至少一第二波束；及

第二处理模块，处理所述通信数据。