CN109586774A - 一种5g阵列天线的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种5G阵列天线的控制系统包括：控制器.通信单元.天线阵列组.控制单元，通信单元控制天线阵列以形成具有多个不同偏振特性的波束，控制器通过通信单元和天线阵列发送或接收信号，含有至少一个处理器和开关，进行发送信号接收信号处理信号，执行转换信号的功能，在传输中，通信单元通过编码和调制来生成复杂符号传输比特流，在接收数据时，通信单元调节解码基带信号恢复接收的比特流，通过天线元件间隔调整的波束变化，控制缩放载波频率，天线元件之间的间隔的两倍可以对应于载波频率的一半，通信单元通过天线阵列组发送和接收的信号，可以执行波束成形，调整相位和大小。

Description

一种5G阵列天线的控制系统

技术领域

本发明属于无线通讯技术领域，尤其涉及一种5G阵列天线控制系统。

背景技术

各种新的用户需求和业务形态已经发生了巨大改变：低频频谱资源已非常拥挤，很难满足未来5G通信的需求，因此，5G技术将在毫米波频段进行，因为毫米波的带宽较宽。但毫米波由于波长短，几近于直线传播，在空气中会产生大的衰减，这使得其传播距离短。所以在进行5G基站布置时，需要在各方向有更多的发射基站以防单个基站发出的电磁波被物体阻挡而影响通信。

随着通信技术的不断发展，近年对天线的要求也越来越高，在某些阵列天线系统中控制系统能根据阵列天线阵元接收到的信号或天线发出的定位信号，获得通信目标的位置，但此类天线需要较多的阵元数提供接收信号的信息，运用较复杂的运算才能完成目标估计。对系统硬件处理平台有这较高的要求，系统比较复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种5G阵列天线的控制系统，可以控制波束的形成，数量变化，特性等等，通过通信单元控制天线阵列以形成具有多个不同偏振特性的波束， 控制器通过通信单元和天线阵列发送或接收信号，同时处理信号执行转换信号的功能，在传输中，通信单元通过编码和调制来生成复杂符号传输比特流，在接收数据时，通信单元调节解码基带信号恢复接收的比特流，通过天线元件间隔调整的波束变化，控制缩放载波频率，通信单元通过天线阵列组发送和接收的信号，可以执行波束成形，调整相位和大小。

针对上述现有判别方法中的不足之处，本发明公开了一种5G阵列天线的控制系统包括：控制器，通信单元，天线阵列组，控制单元。

进一步天线阵列包含多个天线元件，并且一个天线阵列包括具有不同的子单元，子单元包括具有水平偏振的第一类型子单元，垂直偏振的第二类型子单元。

进一步通信单元进行控制天线阵列以形成具有多个不同偏振特性的波束。

进一步控制器通过通信单元和天线阵列发送或接收信号，含有至少一个处理器和开关，可以确定波束图案进行信号传输或接收，波束图案包括波束的数量、特性。

进一步通过天线元件间隔调整的波束变化，控制缩放载波频率，天线元件之间的间隔的两倍可以对应于载波频率的一半。

进一步通信单元进行发送信号接收信号处理信号，执行转换信号的功能，在传输中，通信单元通过编码和调制来生成复杂符号传输比特流，在接收数据时，通信单元调节解码基带信号恢复接收的比特流。

进一步通信单元将基带信号变频为射频频带信号，发送信号，转换通过天线阵列组接收的射频频带信号，通信单元可以包括发送滤波器，接收滤波器，放大器，混频器，振荡器，数字转换器，模拟转换器和模数转换器，通信单元还可包括多个射频链。

进一步通信单元通过天线阵列组发送和接收的信号，可以执行波束成形，调整相位和大小。

附图说明

图1为本发明在控制系统中形成波束图案的视图。

图2为本发明图一中的装置的配置视图。

图3为本发明天线元件的结构视图。

图4为本发明通过开关控制波束发送和接收切换的视图。

图5为本发明通过开关控制偏振波束发送和接收的切换视图。

图6为本发明通过开关控制波束发送和接收切换的视图。

图7为本发明装置101的操作视图。

图8为本发明通过天线元件间隔调整的波束变化。

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。

实施例1

如图1所示，包括信号处理单元（102）和天线阵列（103.104），（103）和（104）用于处理发送信号和接收信号，装置（101）通过所有天线阵列（103）和（104）形成一个波束（105）或者同时形成两个波束（106）和（107）。

由于每个天线阵列中包括的天线元件（103）和（104）的数量不改变，它用于形成波束，形成的波束（105）相比波束（106）和（107）的波束较窄，

装置（1）可以使用整个天线阵列（103.104）形成一个波束，也可以分别使用天线阵列（103.104）形成多个波束。

装置（101）可以作为有多个波束形成输出的发射器操作端口或作为具有多个输入端口的接收器，也可以作为有一个波束形成输出的发射器操作端口或作为具有一个输入端口的接收器，装置（101）可以执行形成波束的多输入多输出传输或接收，或单输入单输出传输或接收。

该装置包括三个或更多个天线阵列也可以形成三个或多个波束。

实施例2

如图2所示，图2为装置（101）的配置，可以通过硬件软件或组合来组成，包括控制器（210）通信单元（220）天线阵列组（230）控制单元（222）控制单元（222），

进一步通信单元可以包括图1的信号处理单元，天线阵列组可以包括图1的天线阵列。

进一步控制器控制装置的整体操作，控制器通过通信单元和天线阵列发送或接收信号，含有至少一个处理器，可以确定波束图案进行信号传输或接收，光束图案包括光束的数量，特性（例如，波束宽度，光束功率，偏振等），控制器包含至少一个开关。

进一步通信单元进行发送信号接收信号处理信号，执行转换信号的功能，在传输中，通信单元通过编码和调制来生成复杂符号传输比特流，在接收数据时，通信单元调节解码基带信号恢复接收的比特流。

进一步通信单元将基带信号变频为射频频带信号，发送信号，转换通过天线阵列组接收的射频频带信号，通信单元可以包括发送滤波器，接收滤波器，放大器，混频器，振荡器，数字转换器，模拟转换器和模数转换器，通信单元还可包括多个射频链。

进一步通信单元通过天线阵列组发送和接收的信号，可以执行波束成形，调整相位和大小。

进一步通信单元包括天线控制单元，控制单元控制中间的映射关系。

进一步。天线阵列组包括多个天线阵列（230-1）至（230-N）。其中N是大于或等于2的整数，可以通过多个天线阵列形成一个波束

也可以通过多个天线阵列形成多个波束。

实施例3

如图3所示天线阵列的结构包括天线阵列（230-1）天线元件（340）第一类型子单元（342）第二类型子单元（344），天线阵列包括多个天线元件，并且一个天线阵列包括具有不同的子单元，子单元包括具有水平偏振的第一类型子单元，垂直偏振的第二类型子单元。

进一步形成两个波束时， 激活具有水平偏振特性的第一类型子单元同时激活具有垂直偏振特性的第二类型子单元，可以形成具有不同偏振特性的两个波束。

进一步第一类型子单元和第二类型子单元可以同时或单独启用，发射信号或接收信号。消除或减少通过每个天线形成的波束之间的干扰，通过控制天线元件激活不同的子单元。

实施例4

如图4所示通过开关控制波束发送和接收切换，如（a）所示，开关462-1可以将第一类型子单元342-1耦合到传输路径，可以发送由功率放大器472-1放大的发送信号，通过移相器452-1让第一类型子单元342-1到相位的水平偏振特性。

如（b）所示，放大器474-1通过移相器452-2，开关462-1可以连接第一类型子单元342-1到接收路径，接收信号含有水平偏振，通过第一类型子单元342-1接收的特性可以通过低噪声放大。

实施例5

如图5所示通过开关控制偏振波束发送和接收的切换，如（a）所示，开关462-1可以将第一类型子单元342-1耦合到传输路径，可以发送由功率放大器472-1放大的发送信号，通过移相器452-1让第一类型子单元342-1到相位的水平偏振特性。

进一步如（b）中那样，开关462-1可以将第二类型子单元344-1耦合到传输路径，由功率放大器472-1放大传输信号，通过移相器454-1和第二类型子单元344-1以垂直偏振特性传输。

如（c）所示，开关462-1可以连接两者，第一类型子单元342-1和第二类型子单元344-1耦合到传输路径，功率放大器472-1放大的信号通过相位发送，移相器452-1和第一类型子单元342-1以水平偏振特性传输，同时，移相器454-1和第二类型子单元344-1以垂直偏振特性传输，也就是说，通过将传输路径连接到两者，子单元342-1和344-1中，开关462-1可以形成双极化特性的波束（垂直特性和水平特性）。

实施例6

如图6所示通过开关控制波束发送和接收切换，开关462-1可以不是将发送和接收路径耦合到子单元342-1和344-1中的任何一个。在这种情况下，天线元件的子单元342-1和344-1的可以处于非激活状态。

如果信号质量足够好，或者有一些天线元件用于其他目的，可以通过此控制停用一些天线元件。

实施例7

如图7所示装置110的操作方法，

步骤1001中确定光束的数量，可以基于信号质量，载波频率来确定波束的数量，该装置还可以确定每个波束的特性（例如，波束宽度，波束功率，极化等）。

步骤1003中装置在信号处理电路和天线子集之间建立路径，进一步该装置将多个天线阵列划分为至少一个天线子集，并设置该路径，使得要通过每个波束发送的发送信号被提供给每个天线子集。例如，设备可以通过控制至少一个开关来设置路径，一个天线子集包括至少一个天线阵列，步骤1005发送信号。

根据步骤1003中的路径设置，可以形成与在步骤1001中确定的波束数对应的波束，该装置可以将移相值应用于通过每个天线子集发送的信号，该装置可以将移相值乘以通过每个天线子集发送的信号。移相值可以被称为相位矢量，波束形成矢量等，在设计天线阵列时，发送/接收信号的频率影响天线元件之间的间隔，一旦确定了天线阵列的物理形状，就确定了最佳频率。然而，根据本发明实施例的装置可以通过使用如上所述的天线阵列的结构根据载波频率调整天线元件之间的间隙。

实施例8

如图8所示根据天线元件间隔调整的波束变化，天线控制缩放载波频率，（a）公布了天线元件之间的间隔对应的载波频率的情况，（b）公布了天线元件之间的间隔的两倍相对应的载波频率的情况,体现出间隔的两倍可以对应于载波频率的一半，（a）对应于载波频率是60GHz的情况，并且（b）对应于载波频率是30GHz的情况。

所有天线元件形成一个光束，如果信号质量较好，则设备可以通过停用某些天线元件来降低功耗，图（b）中，一半天线元件形成一个波束，另一半天线元件形成另一个波束，但一半的天线元件不包括相邻的天线元件，而是包括具有大约两倍的间隔的天线元件，一个接一个。

此时，可以控制两个光束以具有不同的偏振特性。如果信号质量较好，该装置可以通过激活两个光束来操作，或者可以通过仅激活一个光束来操作。

为了便于描述，本发明不受限制单数或复数构成元素，可以由单数，偶数构成，表达的组件可以由多个组件组成。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种5G阵列天线的控制系统，其特征在于，包括：控制器，通信单元，天线阵列组，控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种5G阵列天线的控制系统，其特征在于，天线阵列组包含多个天线元件，并且一个天线阵列包括具有不同的子单元，子单元包括具有水平偏振的第一类型子单元，垂直偏振的第二类型子单元。

3.根据权利要求1所述的一种5G阵列天线的控制系统，其特征在于，通信单元进行控制天线阵列以形成具有多个不同偏振特性的波束。

4.根据权利要求1所述的一种5G阵列天线的控制系统，其特征在于，控制器通过通信单元和天线阵列发送或接收信号，含有至少一个处理器和开关，可以确定波束图案进行信号传输或接收，波束图案包括波束的数量、特性。

5.根据权利要求1所述的一种5G阵列天线的控制系统，其特征在于，通过天线元件间隔调整的波束变化，控制缩放载波频率，天线元件之间的间隔的两倍可以对应于载波频率的一半。

6.根据权利要求1所述的一种5G阵列天线的控制系统，其特征在于，通信单元进行发送信号接收信号处理信号，执行转换信号的功能，在传输中，通信单元通过编码和调制来生成复杂符号传输比特流，在接收数据时，通信单元调节解码基带信号恢复接收的比特流。

7.根据权利要求1所述的一种5G阵列天线的控制系统，其特征在于，通信单元将基带信号变频为射频频带信号，发送信号，转换通过天线阵列组接收的射频频带信号，通信单元可以包括发送滤波器，接收滤波器，放大器，混频器，振荡器，数字转换器，模拟转换器和模数转换器，通信单元还可包括多个射频链。

8.根据权利要求1所述的一种5G阵列天线的控制系统，其特征在于，通信单元通过天线阵列组发送和接收的信号，可以执行波束成形，调整相位和大小。