CN112994730A - 一种通信天线系统、通讯信号的收发方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明适用于无线通信技术领域，提供了一种通信天线系统、通讯信号的收发方法、应用，该通信天线系统包括传输部，至少设置有一组，用于接收或辐射通讯信号并进行信号处理；控制部，与传输部相连接，用于接收传输部传输的通讯信号，调节传输部对通讯信号的收发时序控制；传输部之间设置为独立单元，并且控制部对每一组传输部进行独立控制；通过传输部对通讯信号进行接收并对接收的通讯信号进行信号处理，通过控制部对将外部控制信号传输至传输部，再通过控制部对传输部进行独立的收发时序控制；该系统结构简单，能够有效解决现有的通信天线功能单一的问题，能够应用于多种工作环境进行收发时序的调节，降低了通信的传输成本。

Description

一种通信天线系统、通讯信号的收发方法、应用

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种通信天线系统、通讯信号的收发方法、应用。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，集中式小型化基站通信系统逐渐应用于小区环境、室内、复杂多建筑布局区域中；所涉及的混合场景、多建筑限制、有限空间的高度适应性对通信系统天线提出了更高的要求；

现有的通信天线在通过对信号的接收和辐射，以满足固定人群或者固定环境中的应用，在需要已安装的通信天线作工作环境或者工作方式的转换时较为复杂；

原有的通信载体平台所要求的大空间、单一功能及独立占地性特点已不适应未来通信系统的需求，在有着多种工作方式提供信号接收和辐射的需求时，就必须采用多个通信天线进行协同工作，信号传输成本太高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种通信天线系统、通讯信号的收发方法、应用，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种通信天线系统，包括：

传输部，所述传输部至少设置有一组，所述传输部用于接收通讯信号并进行信号处理，所述信号处理包括对接收的通讯信号进行放大、移相和衰减中的至少一种；

控制部，所述控制部与所述传输部相连接，所述控制部用于接收所述传输部传输的通讯信号，并同时接收外部控制信号，将控制信号传输至所述传输部，以调节所述传输部对通讯信号的收发时序控制；并将所述传输部接收的通讯信号进行数据传输；

所述传输部之间设置为独立单元，每一组传输部均与所述控制部相连接，并且所述控制部对每一组传输部进行独立控制。

本发明实施例的另一目的在于提供一种通讯信号的收发方法，采用上述的一种通信天线系统，所述通讯信号的收发方法包括以下步骤：通过所述传输部对通讯信号进行接收并对接收的通讯信号进行所述信号处理，通过所述控制部对将外部控制信号传输至所述传输部，再通过所述控制部对所述传输部进行独立的收发时序控制，以调节所述传输部的收发时序状态，并通过所述控制部将已进行处理的数据信号进行传输。

本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的通讯信号的收发方法在有源通信相控阵天线中的应用中的应用。

本发明实施例的提供的上述技术方案，相比于现有技术，具有以下技术效果：

本发明实施例提供的一种通信天线系统，通过所述传输部对通讯信号进行接收，并对接收的通讯信号进行放大、移相和衰减中的至少一种，再通过将已进行信号处理的通讯信号进行辐射，通过所述控制部接收控制信号，将控制信号传输至所述传输部，通过控制部对每一组传输部进行独立控制，以调节所述传输部对通讯信号的收发时序，并通过所述控制部将已处理的数据信号进行传输；该系统结构简单，能够有效解决现有的通信天线功能单一的问题，在保证通讯信号的接收和辐射的同时，能够应用于多种工作环境进行收发时序的调节，降低了通信的传输成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种通信天线系统的结构示意框图；

图2为本发明实施例提供的传输部的连接结构示意图；

图3为图1中天线模块的结构示意图；

图4和图5均为图1中天线模块的布局结构示意图；

图6为本发明实施例提供的传输部与控制部的连接结构示意框图。

附图中：1-收发天线；2-电子基板；3-连接件；4-天线模块；5-射频模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。为了使本发明的技术方案更加清楚，本领域熟知的工艺步骤及器件结构在此省略。应理解的是，相同的符号始终代表相同的要素。进而，在附图中的各种要素和区域是概略地图示的。因此，本发明的概念不限于显示在附图中的相对大小或间隔。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1所示，为本发明一个实施例提供的一种通信天线系统的结构图，包括：

一种通信天线系统，包括：

传输部，所述传输部至少设置有一组，所述传输部用于接收通讯信号并进行信号处理，所述信号处理包括对接收的通讯信号进行放大、移相和衰减中的至少一种；

控制部，所述控制部与所述传输部相连接，所述控制部用于接收所述传输部传输的通讯信号，并同时接收外部控制信号，将控制信号传输至所述传输部，以调节所述传输部对通讯信号的收发时序控制；并通过所述控制部将已进行处理的数据信号进行传输，

所述传输部之间设置为独立单元，每一组传输部均与所述控制部相连接，并且所述控制部对每一组传输部进行独立控制；

在本发明实施例中，本发明实施例通过所述传输部对通讯信号进行接收，并对接收的通讯信号进行放大、移相和衰减中的至少一种，再通过将已进行信号处理的通讯信号进行辐射，通过所述控制部接收控制信号，将控制信号传输至所述传输部，通过控制部对每一组传输部进行独立控制，以调节所述传输部对通讯信号的收发时序，并通过所述控制部将已进行处理的数据信号进行传输；该系统结构简单，能够有效解决现有的通信天线功能单一的问题，在保证通讯信号的接收和辐射的同时，能够应用于多种工作环境进行收发时序的调节，降低了通信的传输成本。

如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，传输部包括天线模块4和射频模块5，所述天线模块4与所述射频模块5相连接，所述天线模块4用于接收通讯信号，所述射频模块5用于将所述天线模块4接收的通讯信号经过处理后输入至系统内；

天线模块4，所述天线模块4采用的是收发共形天线，也可以根据需求选择，所述天线模块4用于把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换；所述天线模块4在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件；

射频模块5，所述射频模块5优选采用的是数字式T/R组件，也可以根据需求选择，所述射频模块5通过全数字IQ调制技术，并通过数字基带上变频方式形成数字射频信号发射；零中频数字下变频技术完成数字信号接收功能；

优选的，IQ调制技术值得就是数据分为两路，分别进行载波调制，两路载波相互正交；I是in-phase（同相）, Q是quadrature（正交）；IQ调制是矢量的方向问题，同相就是矢量方向相同的信号；正交分量就是两个信号矢量正交（差90°）；IQ信号是一路是0°或180°，另一路是90°或270°，叫做I路和Q路，它们就是两路正交的信号；IQ调制技术能够便于无线发射，较少天线的尺寸；频分复用，提高通信容量；提高信号抗干扰能力；为了充分利用信道量，满足用户的不同需求，通信信号采用了不同的调制方式，这里优选采用的是将通信信号的调制方式从模拟信号转换成数字信号，也就是全数字IQ调制技术。

作为本发明的另一种优选实施例，所述天线模块4采用的是分布式相控阵布局设计，也可以根据需求选择，所述天线模块4可根据平台空间任意布局，单元间距不受半波长限制，可大于整周期波长分布；如图4和图5所述，这里优选采用的是椎台形式天线模块分布，所述天线模块4在每平面层按照环形布阵形式，各单元与椎台外表面共形安装；所述天线模块4可通过开关选择通断，波束扫描工作方式通过改进风驱动算法形成天线振元的幅度及相位分布；

优选的，风驱动算法（ wind driven optimization ，WDO）是一种新兴的基于群体的迭代启发式全局优化算法；该算法是对物理学中大气运动的简单模拟，其概念清晰，高效易实现，且可调参数较少，鲁棒性强，寻优效率高，全局搜索能力较强，适用于解决多维和多模态问题，可以处理连续和离散优化问题，通过改进风驱动算法以形成多组天线模块4的幅度及相位分布。

如图2所述，作为本发明的另一种优选实施例，所述天线模块4和所述射频模块5之间设置有连接件3，所述天线模块4和所述射频模块5之间通过所述连接件3相连接，所述连接件3用于将所述天线模块4和所述射频模块5以过度的方式一体化成形；

连接件3，所述连接件3这里优选采用的是焊球，也可以根据需求选择，通过所述连接将将所述天线模块4与所述射频模块5以过渡的方式一体化成形，使所述天线模块4和所述射频模块5进行射频信号耦合，形成收发回路；实现了T／R组件的低频连接器与基板之间、射频电路模块之间的互连，可以突破常规引线键合时焊接面可焊性要求较高的限制，可以实现高频、射频电路中金属丝、带的互连；

如图3所述，作为本发明的另一种优选实施例，所述天线模块4还包括收发天线1和电子基板2，所述电子基板2与所述射频模块5相连接，所述收发天线1设置在所述电子基板2远离所述射频模块5的一侧，所述收发天线1至少设置有两组，且对称设置在所述电子基板2上；

电子基板2，所述电子基板2这里优选采用的是介质基板，也可以根据需求选择，所述电子基板2的厚度远小于波长，所述电子基板2底部的金属薄层与用于接地的接地板相接，正面则通过蚀刻工艺制作所述收发天线1作为辐射体。

如图3所述，作为本发明的另一种优选实施例，所述收发天线1的形状采用平面蝶形；

收发天线1，所述收发天线1的形状这里优选采用的是平面蝶形，也可以根据需求选择，所述收发天线1蚀刻在所述电子基板2远离所述射频模块5的一侧。

如图1所述，作为本发明的另一种优选实施例，所述控制部包括时序控制模块和处理模块，所述时序控制模块和所述处理模块均与所述传输部相连接，所述时序控制模块与外部控制信号相连接，所述时序控制模块用于将所述传输部接收或辐射的通讯信号进行时间上的控制，并对所述传输部工作状态进行控制调节，所述处理模块用于将所述传输部接收的通讯信号进行处理；

处理模块，所述处理模块优选采用的是DBF（数字波束形成），也可以根据需求选择，所述处理模块利用所述天线模块4的孔径，通过数字信号处理在期望的方向形成接收波束，利用数字处理方法，对某一方向的入射信号，补偿由于传感器在空间位置不同而引起的传播波程差导致的相位差，实现同相叠加，从而实现该方向的最大能量接收，完成该方向上的波束形成，来接收有用的期望信号，这种把阵列接收的方向增益聚集在一个指定的方向上，相当于形成了一个“波束”；也可以通过改变权值，使得波束指向不同的方向，并实现波束的扫描；通过多通道的并行处理也可以同时形成多个波束，还可以选择合适的窗函数来降低副瓣电平；

如图1所述，作为本发明的另一种优选实施例，所述时序控制模块还包括控制逻辑调节，所述控制逻辑包括第一控制逻辑、第二控制逻辑和第三控制逻辑，所述时序控制模块通过外部控制信号对所述控制逻辑进行调节；

第一控制逻辑，所述第一控制逻辑即“相控扫描泛探”工作模式，通过所述时序控制模块调节至所述第一控制逻辑，使天线全阵面工作，通过全幅相加权进行波束赋形，以提供系统进行波束扫描功能；

第二控制逻辑，所述第二控制逻辑即MIMO工作模式，通过所述时序控制模块调节至所述第二控制逻辑，使系统提高信道容量工作，天线各通道独立工作，以提供多用户大宽带的需求；

第三控制逻辑，所述第三控制逻辑即分区工作模式，通过所述时序控制模块调节至所述第三控制逻辑，使系统按照指向需求将阵面进行分区，各分区独立波束形成，以给予系统分布分区的需求。

如图3所述，作为本发明的另一种优选实施例，所述传输部与所述控制部之间设置有光纤，所述光纤用于将所述传输部与所述控制部进行连接，形成至少1GB通信数据率的收发时序控制。

如图1-6所示，本发明的一个实施例还提供了一种通讯信号的收发方法，采用上述的一种通信天线系统，所述通讯信号的收发方法还包括以下步骤：通过所述传输部对通讯信号进行接收并对接收的通讯信号进行所述信号处理，通过所述控制部对将外部控制信号传输至所述传输部，再通过所述控制部对所述传输部进行独立的收发时序控制，以调节所述传输部的收发时序状态，并通过所述控制部将已进行处理的数据信号进行传输；

在本发明实施例中，所述通讯信号的收发方法步骤如下：

步骤1：将所述天线模块4和所述射频模块5通过所述连接件3形成收发回路；

步骤2：通过所述时序控制模块接收外部控制信号进行调节，使所述传输部进行收发时序控制调节；

步骤3：通过所述传输部将通讯信号进行接收，并通过信号处理后传输至所述控制部；

步骤4：通过所述处理模块进行再次处理后对数据信号进行传输。

本发明上述实施例中提供了一种通信天线系统，并基于该通信天线系统提供了一种通讯信号的收发方法、应用，本发明实施例提供的一种通信天线系统，通过所述传输部对通讯信号进行接收，并对接收的通讯信号进行放大、移相和衰减中的至少一种，再通过将已进行信号处理的通讯信号进行辐射，通过所述控制部接收控制信号，将控制信号传输至所述传输部，通过控制部对每一组传输部进行独立控制，以调节所述传输部对通讯信号的收发时序，并通过所述控制部将已处理的数据信号进行传输；该系统结构简单，能够有效解决现有的通信天线功能单一的问题，在保证通讯信号的接收和辐射的同时，能够应用于多种工作环境进行收发时序的调节，降低了通信的传输成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

另外，本申请的技术方案不只局限于上述的实施例，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，从而可以形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种通信天线系统，其特征在于，包括：

传输部，所述传输部至少设置有一组，所述传输部用于接收通讯信号并进行信号处理，所述信号处理包括对接收的通讯信号进行放大、移相和衰减中的至少一种；

控制部，所述控制部与所述传输部相连接，所述控制部用于接收所述传输部传输的通讯信号，并同时接收外部控制信号，将控制信号传输至所述传输部，以调节所述传输部对通讯信号的收发时序控制，并将所述传输部接收的通讯信号进行数据传输；

所述传输部之间设置为独立单元，每一组传输部均与所述控制部相连接，并且所述控制部对每一组传输部进行独立控制。

2.根据权利要求1所述的一种通信天线系统，其特征在于，所述传输部包括天线模块和射频模块，所述天线模块与所述射频模块相连接，所述天线模块用于接收通讯信号，所述射频模块用于将所述天线模块接收的通讯信号经过处理后输入至系统内，并将处理后的通讯信号传输至所述控制部。

3.根据权利要求2所述的一种通信天线系统，其特征在于，所述天线模块和所述射频模块之间设置有连接件，所述天线模块和所述射频模块之间通过所述连接件相连接，所述连接件用于将所述天线模块和所述射频模块以过渡的方式一体化成形。

4.根据权利要求2所述的一种通信天线系统，其特征在于，所述天线模块还包括收发天线和电子基板，所述电子基板与所述射频模块相连接，所述收发天线设置在所述电子基板远离所述射频模块的一侧，所述收发天线至少设置有两组，且对称设置在所述电子基板上。

5.根据权利要求4所述的一种通信天线系统，其特征在于，所述收发天线的形状采用平面蝶形。

6.根据权利要求1所述的一种通信天线系统，其特征在于，所述控制部包括时序控制模块和处理模块，所述时序控制模块和所述处理模块均与所述传输部相连接，所述时序控制模块与外部控制信号相连接，所述时序控制模块用于将所述传输部接收或辐射的通讯信号进行时间上的控制，并对所述传输部工作状态进行控制调节，所述处理模块用于将所述传输部接收的通讯信号进行处理。

7.根据权利要求6所述的一种通信天线系统，其特征在于，所述时序控制模块还包括控制逻辑调节，所述控制逻辑包括第一控制逻辑、第二控制逻辑和第三控制逻辑，所述时序控制模块通过外部控制信号对所述控制逻辑进行调节。

8.根据权利要求1所述的一种通信天线系统，其特征在于，所述传输部与所述控制部之间设置有光纤，所述光纤用于将所述传输部与所述控制部进行连接，形成至少1GB通信数据率的收发时序控制。

9.一种通讯信号的收发方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述的一种通信天线系统，所述通讯信号的收发方法包括以下步骤：通过所述传输部对通讯信号进行接收并对接收的通讯信号进行所述信号处理，通过所述控制部对将外部控制信号传输至所述传输部，再通过所述控制部对所述传输部进行独立的收发时序控制，以调节所述传输部的收发时序状态，并通过所述控制部将已进行处理的数据信号进行传输。

10.一种如权利要求9所述的一种通讯信号的收发方法在有源通信相控阵天线中的应用。

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