CN112564753B - 一种自感知的智能天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自感知的智能天线。包括：接收机、合路器、判决器、射频选择电路、双工器、天线组和信号源，天线组中包括多个天线单元，判决器和射频选择电路电路连接；天线组接收用户终端发出的信号，一部分接收信号通过合路器传输至接收机，另一部分接收信号传输至判决器，判决器根据接收信号生成激励信号，并反馈至射频选择电路；射频选择电路根据激励信号选取对接收信号产生最大接收功率的天线单元，信号源发射的信号通过射频选择电路选取的天线单元发射出去，使用户终端成功接收。本发明能够实现多波束天线的自动波束切换特性，使用户终端始终处于电波覆盖区域，比全向天线具有更低的功耗，比定向天线更加灵活，更有利于保证通信质量。

Description

一种自感知的智能天线

技术领域

本发明涉及智能天线技术领域，尤其涉及一种自感知的智能天线。

背景技术

现有的智能天线通常采用相控阵，每一个天线单元相对独立，因此有源器件规模较大，成本较高。并且通常采用到达角估计方法确定来波方向，利用自适应波束成形算法生成向量矩阵，从而控制波束实时跟踪用户终端。因此该类智能天线属于系统级设备，复杂度较高。同时，搭载的天线阵列只可通过波束赋形网络来实现多波束，难以自动调整波束。

现有的智能天线主要应用在基站上，而在目前的常见场景当中，主要应用全向或定向天线，如果以这两类天线作为电波覆盖解决方案，则可能导致不令人满意的通信质量或者影响美观。

因此，现有的智能天线因其具有占用空间较大，复杂度较高，成本较高的特点，并不适用于诸多常见场景当中。

发明内容

本发明的实施例提供了一种自感知的智能天线，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种自感知的智能天线，包括：接收机、合路器、判决器、射频选择电路、双工器、天线组和信号源，所述天线组中包括多个天线单元，所述判决器和所述射频选择电路电路连接；

所述天线组接收用户终端发出的信号，一部分接收信号通过所述合路器传输至所述接收机，另一部分接收信号传输至所述判决器，所述判决器根据接收信号生成激励信号，将所述激励信号反馈至射频选择电路；

所述射频选择电路根据激励信号选取对接收信号产生最大接收功率的天线单元，所述信号源发射的信号通过所述射频选择电路选取的天线单元发射出去，使所述用户终端成功接收。

优选地，所述接收机、合路器、判决器、双工器和天线组依次电路连接，组成接收单元，所述信号源、射频选择电路、双工器和天线组依次电路连接，组成发射单元。

优选地，所述接收单元和所述发射单元各自独立，所述接收单元和所述发射单元处于重叠位置关系，或者处于同一平面。

优选地，所述的判决器接收各个天线单元的信号，比较出对应最大接收功率的各个天线单元，判决器生成一个激励信号，该激励信号中包含对应最大接收功率的天线单元的标识信息，判决器将激励信号反馈至射频选择电路；

射频选择电路接收到激励信号后，根据激励信号中包含的对应最大接收功率的天线单元的标识信息，选取对接收信号产生最大接收功率的天线单元，信号源发射的信号通过射频选择电路选取的天线单元发射出去，使用户终端成功接收。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明能够实现多波束天线的自动波束切换特性，该特性可以有效提高能量利用率，使用户终端始终处于电波覆盖区域，比全向天线具有更低的功耗，比定向天线更加灵活，更有利于保证通信质量。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了一种本发明实施例的智能天线的运行图。

图2示出了一种本发明实施例的智能天线的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例提供了一种具有自感知能力的多波束智能天线的设计方案。利用该方案能够实现具有环境感知能力，通过电路设计对辐射波束进行自动调整的低成本小型化智能天线。利用该方案，可以将多波束天线同时作为传感器和信号收发器，实现智能天线波束的自动调整。可以根据不同的常见环境进行多波束智能天线设计，具体的天线选型可以根据应用场景灵活确定，可以实时根据用户终端位置自动调整电波覆盖区域。

图1为本发明实施例提供的一种一维场景下自感知智能天线的运行图，将整个区域分为多个子域(这里以3个为例)，该智能天线可以产生多个不同方向的波束。当用户终端进入监控区域，自感知智能天线可以接收到用户终端发射的上行信号，并可以根据上行信号确定用户终端所在的子域，智能天线向用户终端所在的区域发射下行信号，保证智能天线产生的波束实时跟踪用户终端。图一仅仅为其中一种一维场景下的实施例，其他一维场景以及二维甚至多维场景下的自感知智能天线都可以用所述的方案来设计。

图2为本发明实施例提供的一种智能天线的结构图。如图2所示，智能天线包括接收机、合路器、判决器、射频选择电路、双工器、天线组和信号源。天线组中包括多个天线单元。接收机、合路器、判决器、双工器和天线组依次电路连接，组成接收单元，信号源、射频选择电路、双工器和天线组依次电路连接，组成发射单元。判决器还和射频选择电路电路连接。

用户终端发出的信号由智能天线的天线组中的各个天线单元接收，一部分接收信号通过合路器传输至接收机，另一部分接收信号传输至判决器，判决器接收各个天线单元的信号，可以比较出对应最大接收功率的各个天线单元。然后，判决器生成一个激励信号，该激励信号中包含对应最大接收功率的天线单元的标识信息，判决器将激励信号反馈至射频选择电路。

射频选择电路接收到激励信号后，根据激励信号中包含的对应最大接收功率的天线单元的标识信息，选取对接收信号产生最大接收功率的天线单元，信号源发射的信号通过射频选择电路选取的天线单元发射出去，使用户终端成功接收，实现波束跟踪的效果。

另外，由于无线通信存在上行链路和下行链路，二者频带不同，因此可以将智能天线的接收单元和发射单元各自独立，接收单元和发射单元处于重叠位置关系，或者处于同一平面。其中，处于重叠位置关系时，其中一面天线需要具有电磁透射能力，不阻挡另一面天线的信号发射或接收，而位于透射面的天线又不会被另一面天线的发射所影响，可以采用频率选择表面等结构实现。处于同一平面时，接收单元和发射单元错开摆放，通过去耦合的设计使得收发单元互不影响。利用这样的设计方法，发射单元可以采用多波束天线，从而提高波束扫描能力和增益。

智能天线的观测区域由辐射单元的电波覆盖范围决定，当用户处于观测范围内，用户发射出的信号将被相应的天线单元或子阵列接收，由此，智能天线将探测到用户的位置，从而通过判决器产生的激励信号驱动馈电网络，控制相应的发射天线进行辐射。当用户处于移动的状态，激励信号将根据用户位置发生变化，从而根据用户所在的位置实时驱动相应的辐射单元或子阵列，向用户所在区域提供电波覆盖，从而实现智能天线的自动波束切换。

综上所述，本发明能够实现多波束天线的自动波束切换特性，该特性可以有效提高能量利用率，使用户终端始终处于电波覆盖区域，比全向天线具有更低的功耗，比定向天线更加灵活，更有利于保证通信质量。

所述的智能天线大小与传统的多波束天线基本无异，却具备自感知能力以及自动调整波束的能力。根据应用场景设计该智能天线的构成单元，可实现一维或二维的自动波束切换，增强了实用性。

依照本发明所设计的多波束智能天线，具有原理明确、结构简单、体积较小、成本较低，复杂度较低的优点，便于加工，适用于批量生产。

解决天线自身不能实时自动调整辐射状态，实现高效电波覆盖的问题，也解决基站智能天线在一些常见场景架设难度高的问题，同时为现在或未来无线通信技术提供新的电波覆盖解决方案。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统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。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种自感知的智能天线，其特征在于，包括：接收机、合路器、判决器、射频选择电路、双工器、天线组和信号源，所述天线组中包括多个天线单元，所述判决器和所述射频选择电路电路连接；

所述天线组接收用户终端发出的信号，一部分接收信号通过所述合路器传输至所述接收机，另一部分接收信号传输至所述判决器，所述判决器根据接收信号生成激励信号，将所述激励信号反馈至射频选择电路；

所述射频选择电路根据激励信号选取对接收信号产生最大接收功率的天线单元，所述信号源发射的信号通过所述射频选择电路选取的天线单元发射出去，使所述用户终端成功接收；

接收机、合路器、判决器、双工器和天线组依次电路连接，组成接收单元，信号源、射频选择电路、双工器和天线组依次电路连接，组成发射单元；

用户终端发出的信号由智能天线的天线组中的各个天线单元接收，一部分接收信号通过合路器传输至接收机，另一部分接收信号传输至判决器，判决器接收各个天线单元的信号，比较出对应最大接收功率的各个天线单元,然后，判决器生成一个激励信号，该激励信号中包含对应最大接收功率的天线单元的标识信息，判决器将激励信号反馈至射频选择电路；

射频选择电路接收到激励信号后，根据激励信号中包含的对应最大接收功率的天线单元的标识信息，选取对接收信号产生最大接收功率的天线单元，信号源发射的信号通过射频选择电路选取的天线单元发射出去，使用户终端成功接收，实现波束跟踪的效果；

智能天线的观测区域由辐射单元的电波覆盖范围决定，当用户处于观测范围内，用户发射出的信号将被相应的天线单元或子阵列接收，智能天线将探测到用户的位置，通过判决器产生的激励信号驱动馈电网络，控制相应的发射天线进行辐射；当用户处于移动的状态，激励信号将根据用户位置发生变化，根据用户所在的位置实时驱动相应的辐射单元或子阵列，向用户所在区域提供电波覆盖，实现智能天线的自动波束切换。

2.根据权利要求1所述的智能天线，其特征在于，所述接收单元和所述发射单元各自独立，所述接收单元和所述发射单元处于重叠位置关系，或者处于同一平面。

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