CN115548680A - 一种波束赋形的方法、装置及系统 - Google Patents

一种波束赋形的方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及通信领域，特别涉及一种波束赋形的方法、装置及系统。该波束赋形的装置包括：N个与数字通道相连接的输入端口、M个与天线通道连接的输出端口、以及位于输入端口和输出端口之间的波束赋形网络，该波束赋形网络包括一种或多种器件，每种器件的数量是根据N和M、以及设定规则确定的，波束赋形网络的每个输入端口具有到达任一输出端口的回路；其中，N个输入端口中存在一个输入端口分别到M个输出端口的回路只有一条，且至少存在一个输入端口分别到M个输出端口的回路大于一条。因此，本申请可以通过波束赋形网络中的各个器件进行波束调整，实现不同的波束赋形结果，提高了多波束赋形的灵活性。

Description

一种波束赋形的方法、装置及系统
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种波束赋形的方法、装置及系统。
背景技术
波束赋形是一种基于天线阵列的信号预处理技术，波束赋形通过调整天线阵列中每个阵元的加权系数产生具有指向性的波束，从而能够获得明显的阵列增益。
目前，针对MIMO(MultipleInputMultipleOutput，多输入多输出)天线阵列的多波束赋形方案有巴特勒(Butler)矩阵、透镜等多种形式。
但是，现有的多波束赋形方案形成的波束个数有限、波束方向固定，降低了多波束赋形的灵活性。
发明内容
本申请实施例提供了一种波束赋形的方法、装置及系统，可以通过调整波束赋形网络中的器件的器件状态来实现不同的波束赋形结果，提高了波束赋形的灵活性。
第一方面，本申请实施例提供了一种波束赋形网络的实现装置，所述装置至少包括：N个与数字通道相连接的输入端口、M个与天线通道连接的输出端口、以及位于所述输入端口和所述输出端口之间的波束赋形网络，所述N和所述M均为大于1的整数；
其中，所述波束赋形网络包括一种或多种器件，所述一种或多种器件中的每种器件的数量是根据所述N和所述M、以及设定规则确定的，所述一种或多种器件中的每个器件的一端直接与N个输入端口中的一个输入端口相连接或通过所述一种或多种器件中的其他器件与所述一个输入端口相连接；所述每个器件的另一端直接与M个输出端口中的一个输出端口相连接或通过所述一种或多种器件中的另一其他器件与所述一个输出端口相连接；
所述波束赋形网络的每个输入端口具有到达任一输出端口的回路；其中，N个输入端口中存在一个输入端口分别到M个输出端口的回路只有一条，且至少存在一个输入端口分别到M个输出端口的回路大于一条；
所述波束赋形网络用于通过一种或多种器件进行波束调整。
也就是说，本申请中的波束赋形网络中包括的器件数量可以由N和M、以及设定规则来确定，波束赋形网络的每个输入端口具有到达任一输出端口的回路；其中，N个输入端口中存在一个输入端口分别到M个输出端口的回路只有一条，且至少存在一个输入端口分别到M个输出端口的回路大于一条，这样可以通过波束赋形网络的各个器件进行波束调整，比如：波束指向和/或波束宽窄的调整，从而实现不同的波束赋形结果，解决了现有的波束赋形方案形成的波束个数有限、波束方向固定的问题，提高了波束赋形的灵活性。
其中，在通过一种或多种器件进行波束调整，可以通过调整波束赋形网络中包括的各个器件的器件形态来进行波束调整，从而实现更多样的波束形态。其中，波束调整可以指的是对波束指向和/或波束宽窄进行调整。
比如：波束赋形网络中包括可调器件，可以调整这些可调器件的器件状态，从而得到多样的波束形态。其中，可调器件可以为可调的电桥、可调的功分器和可调的移相器等器件。
在一种可能的实现方式中，所述N与所述M不相等。
也就是说，该方式中的输入端口的数量和输出端口的数量可以不相等。比如：输入端口的数量小于输出端口的数量，这样在大规模天线阵列中，在保证赋形自由度的同时还可以减少馈电网络输入端口数，即减少数字通道数。
在一种可能的实现方式中，所述N与所述M相等，且不同时等于2。
也就是说，该方式中的输入端口的数量和输出端口的数量可以相等。比如：输入端口的数量和输出端口的数量均为4。
在一种可能的实现方式中，所述一种或多种器件中包括器件状态为可调的第一类型器件，或者所述第一类型器件和器件状态为不可调的第二类型器件。
也就是说，该方式中的波束赋形网络可以包括器件状态为可调的第一类型器件，还可以包括器件状态为不可调的第二类型器件，这样丰富了波束赋形网络的实现形式，提高了波束赋形的灵活性。比如：需要考虑波束赋形更灵活多样，可以优先采用可调的第一类型器件，又比如：在需要降低网络复杂度、损耗、成本时，可以将部分可调的第一类型器件更换为不可调的第二类型器件。
其中，所述第一类型器件可以包括器件状态为可调的电桥、器件状态为可调的功分器和器件状态为可调的移相器中的任意一种或多种。比如：移相器的可调范围是0到360度。又比如：当功分器的输出端口总功率视为1，功分器输出端口的功分比(功率分配比例)的可调范围是0：1到1：0之间，例如0.5:0.5。又比如：当电桥的输出端口总功率视为1，电桥输出端口的功分比(功率分配比例)的可调范围是0：1到1：0之间，例如0.5:0.5。
所述第二类型器件可以包括器件状态为不可调的电桥、器件状态为不可调的功分器和器件状态为不可调的移相器中的任意一种或多种。比如：45度移相器，其是不可调的。
在一种可能的实现方式中，所述第一类型器件和所述第二类型器件是相同器件类型的不同器件。
也就是说，该方式中的第一类型器件和第二类型器件的器件类型相同，但第一类型器件和第二类型器件的器件状态不同。比如：第一类型器件为器件状态为可调的电桥；第二类型器件为器件状态为固定的电桥。
在一种可能的实现方式中，所述第一类型器件和所述第二类型器件是不同器件类型的器件。
也就是说，该方式中的第一类型器件和第二类型器件的器件类型不同，第一类型器件和第二类型器件的器件状态也不同。比如：第一类型器件为器件状态为可调的电桥；第二类型器件为器件状态为固定的功分器。
在一种可能的实现方式中，所述一种或多种器件包括可调电桥、可调功分器和可调移相器中的任意一种或多种；
所述可调电桥的器件状态包括功率分配状态，所述可调功分器的器件状态包括功分比状态，所述可调移相器的器件状态包括移相状态。
也就是说，该方式中的波束赋形网络中的器件可以为可调电桥、可调功分器和可调移相器中的一种或多种，这样可以通过调整可调电桥、可调功分器和可调移相器的器件状态来调整输入信号的幅度和相位，从而实现了灵活可调的波束赋形网络，使得波束指向和波束形状灵活可控，按需调整。
在一种可能的实现方式中，所述波束赋形网络至少包括第一数量个可调电桥、和/或第二数量个可调功分器、和/或第三数量个可调移相器；
其中，所述第一数量是根据所述N和所述M、以及第一规则确定的；所述第二数量是根据所述N和所述M、以及第二规则确定的；所述第三数量是根据所述N和所述M、以及第三规则确定的；
所述第一规则包括所述第一数量满足：
Figure BDA0003142347780000031
所述第二规则包括所述第二数量满足：M耀N；
所述第三规则包括所述第三数量满足：
Figure BDA0003142347780000032
所述M为输出端口的数量，所述N为输入端口的数量。
也就是说，该方式中在不损失网络映射正交权值矩阵自由度的前提下，波束赋形网络可以至少包括上述第一数量个可调电桥、和/或第二数量个可调功分器、和/或第三数量个可调移相器，满足网络复杂度尽可能小。
其中，网络映射正交权值矩阵可以指的是波束赋形网络的映射关系。该矩阵自由度无损可以指的是网络映射正交权值矩阵中所有元素的幅度和相位均可调整。
比如：2驱4波束赋形网络中电桥、功分器和移相器的每一种状态组合对应一种输入与输出端口之间的映射关系，此时波束赋形网络的映射关系为4×2维权值矩阵。4对应4个输出端口，2对应2个输入端口，该矩阵的列与列之间正交，即从每个输入端口到输出端口间的映射权值正交。对于列与列正交的4×2维的权值矩阵，可通过调整波束赋形网络中的电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态实现，不会损失权值自由度。
在一种可能的实现方式中，所述波束赋形网络至少包括第四数量个由第三类型器件和/或第四类型器件组成的器件层，所述第三类型器件包括器件状态为可调的电桥和/或器件状态为固定的电桥，所述第四类型器件包括器件状态为可调的功分器和/或器件状态为固定的功分器；
每个器件层包括的所述第三类型器件和所述第四类型器件的数量之和小于或等于
Figure BDA0003142347780000033
每个器件层包括的每个器件的一端直接与N个输入端口中的一个输入端口相连接或通过所述第四数量个器件层中的其他器件层与所述一个输入端口相连接；所述每个器件的另一端直接与M个输出端口中的一个输出端口相连接或通过所述第四数量个器件层中的另一其他器件层与所述一个输出端口相连接；
其中，所述第四数量是根据所述N和所述M、以及第四规则确定的；
所述第四规则包括所述第四数量满足：
Figure BDA0003142347780000034
所述M为输出端口的数量，所述N为输入端口的数量。
也就是说，该方式中的波束赋形网络可以是分层的，通过组合可调电桥和可调功分器可以兼顾波束质量和网络自由度无损，做到网络简化，降低损耗。
其中，若一个器件层只包括第三类型器件，则该器件层包括的第三类型器件的总数量小于或等于
Figure BDA0003142347780000035
若一个器件层只包括第四类型器件，则该器件层包括的第四类型器件的总数量小于或等于
Figure BDA0003142347780000036
若一个器件层包括第三类型器件和第四类型器件，则该器件层包括的第三类型器件和第四类型器件的数量之和小于或等于
Figure BDA0003142347780000037
在一种可能的实现方式中，所述一种或多种器件中的第五类型器件位于不同器件层之间、和/或器件层与所述天线通道之间、和/或器件层与所述数字通道之间；所述第五类型器件包括器件状态为可调的移相器和/或器件状态为固定的移相器。
也就是说，该方式中的波束赋形网络的不同器件层之间、和/或器件层与所述天线通道之间、和/或器件层与所述数字通道之间，可以包括一定数量的可调的移相器和/或器件状态为固定的移相器。
在一种可能的实现方式中，所述N小于所述M；N个输入端口中每个输入端口相连接的第一个位于所述器件层里的器件均是不同的。
也就是说，该方式在不损失网络映射正交权值矩阵自由度的前提下，当输入端口的数量小于输出端口的数量时，每个输入端口相连接的第一个位于器件层里的器件可以是不同的。
在一种可能的实现方式中，所述N等于所述M；N个输入端口中包括两个输入端口分别连接的第一个位于所述器件层里的器件是相同的。
也就是说，该方式在不损失网络映射正交权值矩阵自由度的前提下，当输入端口的数量等于输出端口的数量时，存在两个输入端口相连接的第一个位于器件层里的器件可以是相同的。
在一种可能的实现方式中，所述可调电桥包括180度的可调电桥；或90度的可调电桥；或180度的可调电桥和90度的可调电桥。
也就是说，该方式中的可调电桥可以为180度可调电桥，也可以为90度的可调电桥，还可以为180度的可调电桥和90度的可调电桥，但本申请并不局限于前述180度或90度这两种状态的可调电桥，还可能是其他状态的可调电桥。
第二方面，本申请实施例提供了一种波束赋形的系统，包含上述第一方面所述的波束赋形的装置、数字通道和天线通道；其中，所述波束赋形的装置的输入端口与所述数字通道相连接，所述波束赋形的装置的输出端口与所述天线通道相连接。
第三方面，本申请实施例提供了一种波束赋形的方法，所述方法用于上述第一方面所述的波束赋形的装置，所述装置至少包括：N个与数字通道相连接的输入端口、M个与天线通道连接的输出端口、以及位于所述输入端口和所述输出端口之间的波束赋形网络；所述方法包括：通过所述波束赋形网络中的一种或多种器件进行波束调整。
第四方面，本申请实施例提供了一种天线，包括上述第一方面所述的波束赋形的装置。
也就是说，本申请提供的天线可以包括波束赋形的装置，例如，该装置可以集成在天线中，可选地，该装置与天线一体成型。
第五方面，本申请实施例提供了一种网络设备，包括上述第一方面所述的波束赋形的装置。
也就是说，本申请提供的网络设备可以包括波束赋形的装置，例如，该网络设备是远端射频单元(Remote Radio UnitRemote Radio Unit，RRU)形态的基站，波束赋形的装置应用在功率放大器(PowerAmplifier，PA)之前或之后。
第六方面，本申请实施例提供了一种网络设备，包括上述第四方面所述的天线。
也就是说，本申请提供的网络设备可以包括一种天线，该天线包括波束赋形的装置。例如，该网络设备是有源天线处理单元(ActiveAntenna Unit，AAU)形态的基站，波束赋形的装置应用在PA之前或之后。
本申请实施例提供的波束赋形的方法、装置及系统，可以通过波束赋形网络中的各个器件进行波束调整，比如：波束指向和/或波束宽窄的调整，从而实现不同的波束赋形结果，提高了波束赋形的灵活性。
附图说明
图1是一种波束赋形网络的示意图；
图2是一种波束赋形网络的示意图；
图3是本申请实施例提供的一种波束赋形网络的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种可调的2驱4波束赋形网络的结构示意图；
图5是一种波束赋形网络的应用场景示意图；
图6是一种波束赋形网络的应用场景示意图；
图7是一种波束赋形网络的应用场景示意图；
图8是一种波束赋形网络的应用场景示意图；
图9是本申请实施例提供的一种波束赋形效果示意图；
图10是本申请实施例提供的一种波束赋形效果示意图；
图11是本申请实施例提供的一种波束赋形效果示意图；
图12是本申请实施例提供的一种波束赋形效果示意图；
图13是本申请实施例提供的一种可调的2驱3波束赋形网络的结构示意图之一；
图14是本申请实施例提供另一种可调的2驱3波束赋形网络的结构示意图之二；
图15是本申请实施例提供的一种可调的2驱5波束赋形网络的结构示意图；
图16是本申请实施例提供的一种可调的2驱6波束赋形网络的结构示意图；
图17是本申请实施例提供的一种可调的2驱8波束赋形网络的结构示意图；
图18是本申请实施例提供的一种可调的4驱5波束赋形网络的结构示意图；
图19是本申请实施例提供的一种可调的4驱6波束赋形网络的结构示意图；
图20是本申请实施例提供的一种可调的4驱8波束赋形网络的结构示意图；
图21是本申请实施例提供的一种可调的3驱4波束赋形网络的结构示意图；
图22是本申请实施例提供的一种波束赋形网络的实现装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本说明书的描述中“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。
其中，在本说明书的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。
在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
MIMO是为极大地提高信道容量，在发送端和接收端都使用多根天线，在收发之间构成多个信道的天线系统。
针对MIMO天线阵列的多波束赋形方案有巴特勒(Butler)矩阵、透镜等多种形式。
图1是一种波束赋形网络的结构示意图。如图1所示，波束赋形网络的输出端口(即5、6、7、8)和输入端口(1、2、3、4)间有固定的相位关系，若输入端口(1、2、3、4)分别被激励时，波束赋形效果为4个固定指向的窄波束。
图2是一种波束赋形网络的结构示意图。如图2所示，波束赋形网络的7个输入端口分别被激励时，可以形成7个不同的波束，分别为-45°，-30°，-15°，0°，15°，30°，45°。
可见，上述波束赋形网络形成的波束个数有限，且模拟域上单个端口馈电形成的波束为固定指向，另外无法同时兼顾对波束的精细赋型，如灵活调整波宽、抑制旁瓣等。
也就是说，上述波束赋形网络难以实现对波束的精细赋型，难以保证波束质量，在一定程度上会限制系统容量的提升空间。因为波束状态固定且有限，无法根据不同用户以及不同的信道情况，较好的形成与之匹配的模拟波束。比如：在多用户-多输入多输出(Multi-User Multiple-InputMultiple-Output，MU-MIMO)多用户资源复用场景中，系统容量难以获得更大的提升。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种波束赋形的方法、装置及系统，可以通过调整波束赋形网络中各个器件的器件状态来实现不同的波束赋形结果，提高了多波束赋形的灵活性。
下面先对本申请实施例涉及的术语进行介绍：
MU-MIMO：是指在无线通信系统里，一个基站同时服务于多个移动终端，基站之间充分利用天线的空域资源与多个用户同时进行通信。
波宽：通常可以理解为波束宽度，可以指的是在最大辐射方向两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。
旁瓣：天线方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣。
功分器：将一路输入信号分成两路或多路输出的器件；其中，多路输出的能量可以相等，也可以不相等。
电桥(定向耦合器)：四端口功率分配器件。
移相器：对电路信号的相位进行调整的器件。
数字权指的是：数字通道端口馈入信号的幅度相位状态。其中，数字通道端口与波束赋形网络的输入端口相连接。
模拟权指的是：天线通道端口馈入信号的幅度相位状态。其中，天线通道端口与波束赋形网络的输出端口相连接。
波束赋形(Beam Forming，BF)：一种基于天线阵列的信号预处理技术，波束赋形通过调整天线阵列中每个阵元的加权系数产生具有指向性的波束，从而能够获得明显的阵列增益。
需要说明的是：上述移相器调整的是信号相位；而功分器和电桥调整的是信号的幅度和相位。
图3是本申请实施例提供的一种波束赋形网络的结构示意图。如图3所示，该波束赋形网络为N驱M可调网络。其中，该N驱M可调网络位于N个数字通道与M个天线通道之间，该N驱M可调网络由一定数量的可调电桥、可调功分器和可调移相器组合而成。
对有限的输入端(即数字通道端)馈电，经由N驱M可调网络，动态调整输出端(即天线通道端)的幅度相位分布状态。
N驱M可调网络由多层器件层实现，N个输入端口(即数字通道端口)，M个输出端口(即天线通道端口)，每层可调功分器和可调电桥数量最多为
Figure BDA0003142347780000061
器件层之间、器件层与输入端口(即数字通道端口)之间、器件层与输出端口(即天线通道端口)之间可以有一定数量的可调移相器。其中，器件层与输入端口间的移相器可以并入数字通道上的数字加权中。
其中，N和M可以相同，也可以不同。
下面通过赋予N和M的不同取值来具体说明波束赋形网络的结构。
图4是本申请实施例提供的一种可调的2驱4波束赋形网络的结构示意图。该可调的2驱4中的2指的是输入端口的端口数量，4指的是输出端口的数量，即：输入端口为2、输出端口为4。该2驱4波束赋形网络至少由3层器件层组成，位于同一器件层上的器件端口间没有直连关系，位于同一器件层的器件可以并排摆放，也可以拉开成两层或多层摆放，但拓扑关系是等价的。
如图4所示，I1和I2是波束赋形网络与数字通道相连接的2个输入端口，O1、O2、O3和O4是波束赋形网络与天线通道连接的4个输出端口。该2驱4波束赋形网络的接口和连接方式实现过程如下：
(1)功分器1，该功分器1包括输入端口11、输出端口12和输出端口13。其中，输入端口11与输入端口I2相连接，输出端口12与电桥1的输入端口22相连接；输出端口13与功分器2的输入端口31相连接。
(2)电桥1，该电桥1包括输入端口21、输入端口22、输出端口23和输出端口24。其中，输入端口21与输入端口I1相连接，输入端口22与功分器1的输出端口12相连接，输出端口23与电桥2的输入端口61相连接；输出端口24与电桥3的输入端口71相连接。
(3)功分器2，该功分器2包括输入端口31、输出端口32和输出端口33。其中，输入端口31与功分器1的输出端口13相连接，输出端口32与移相器1的输入端口41相连接；输出端口33与移相器2的输入端口41相连接。
(4)移相器1，该移相器1包括输入端口41和输出端口42。其中，输入端口41与功分器2的输出端口32相连接，输出端口42与电桥2的输入端口62相连接。
(5)移相器2，该移相器2包括输入端口51和输出端口52。其中，输入端口41与功分器2的输出端口33相连接，输出端口52与电桥3的输入端口72相连接。
(6)电桥2，该电桥2包括输入端口61、输入端口62、输出端口63和输出端口64。其中，输入端口61与电桥1的输出端口23相连接，输入端口62与移相器1的输出端口42相连接，输出端口63与输出端口O1相连接；输出端口64与移相器3的输入端口81相连接。
(7)电桥3，该电桥3包括输入端口71、输入端口72、输出端口73和输出端口74。其中，输入端口71与电桥1的输出端口24相连接，输入端口72与移相器2的输出端口52相连接，输出端口73与移相器4的输入端口91相连接；输出端口74与移相器5的输入端口101相连接。
(8)移相器3，该移相器3包括输入端口81和输出端口82。其中，输入端口81与电桥2的输出端口64相连接，输出端口82与输出端口O2相连接。
(9)移相器4，该移相器4包括输入端口91和输出端口92。其中，输入端口91与电桥3的输出端口73相连接，输出端口92与输出端口O3相连接。
(10)移相器5，该移相器5包括输入端口101和输出端口102。其中，输入端口101与电桥3的输出端口74相连接，输出端口102与输出端口O4相连接。
该2驱4波束赋形网络由3个可调电桥(即图4中的电桥1、电桥2、电桥3)和2个可调功分器(即图4中的功分器1和功分器2)构成，可调移相器至少5个(即图4中的移相器1、移相器2、移相器3、移相器4、移相器5)，位置不作限定。靠近输出端口的上方第三器件层，为2个可调电桥(即图4中的电桥2和电桥3)；中间第二器件层，为1个可调电桥(即图4中的电桥1)和1个可调功分器(即图4中的功分器2)；靠近输入端口的下方第一器件层，为1个可调功分器(即图4中的功分器1)和1个直连线(即图4中输入端口I1和电桥1的输入端口21之间的直通线)。这里的直连线可以指的是两个端口之间的直通线，中间不经过其他器件。其他实施例涉及到的直连线与2驱4波束赋形网络中的直连线类似，后续不再重复描述。移相器可能分布在器件层之间、器件层与输出端口之间、或器件层与输入端口之间，其中器件层与数字通道间的移相器可以并到数字加权中。
通过调整2驱4波束赋形网络中电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态，在输出端口形成不同幅度相位分布的激励，从而实现不同的波束赋形效果适配不同的信道状态。
2驱4波束赋形网络中电桥、功分器和移相器的每一种状态组合对应一种输入与输出端口之间的映射关系，此时波束赋形网络的映射关系为4×2维权值矩阵。4对应4个输出端口，2对应2个输入端口，该矩阵的列与列之间正交，即从每个输入端口到输出端口间的映射权值正交。
对于列与列正交的4×2维的权值矩阵，可通过调整波束赋形网络中的电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态实现，不会损失权值自由度。
该2驱4波束赋形网络当应用于通信系统的天线馈电网络中，如图5至图8所示的2驱4网络，不同时刻根据信道状态按需动态调整波束赋形网络中的器件状态，实现适配于当前信道状态的波束赋形效果。
具体地，如图5所示，该应用场景为天线阵列在水平上有4个天线端口自由度的场景，其中，i1、i2为数字通道信号(2驱4网络的输入端口)，o1、o2、o3、o4为物理天线通道馈入的信号(2驱4网络的输出端口)。应用可调2驱4网络可以将数字通道数降至一半(即只需要2个数字通道便可以实现对4个天线通道端口馈入信号分布的控制)，对2个数字通道端口赋数字权，并通过灵活可调2驱4网络实现可变化的模拟权(即通过可调2驱4网络实现对4个天线通道端口赋模拟权)，2级可变权值实现高自由度的波束赋形，灵活可调2驱4网络可以多个网络级联应用。值得说明的是，数字权指的是：数字通道端口(即输入端口)馈入信号的幅度相位状态；模拟权指的是天线通道端口(即输出端口)馈入信号的幅度相位状态，后续实施例涉及到的数字权和模拟权与此相同，不再赘述。
如图6所示，该应用场景为天线阵列在垂直上有4个天线端口自由度的场景，其中，i1、i2为数字通道信号(2驱4网络的输入端口)，o1、o2、o3、o4为物理天线通道馈入的信号(2驱4网络的输出端口)。应用可调2驱4网络可以将数字通道数降至一半(即只需要2个数字通道便可以实现对4个天线通道端口馈入信号分布的控制)，对2个数字通道端口赋数字权，并通过灵活可调2驱4网络实现可变化的模拟权(即通过可调2驱4网络实现对4个天线通道端口赋模拟权)，2级可变权值实现高自由度的波束赋形，灵活可调2驱4网络可以多个网络级联应用。
如图7所示，该应用场景为32T(即数字通道数为32)可调N驱M网络的场景，应用可调2驱4网络可以将数字通道数降至一半，每列天线通道连接一个可调2驱4网络，对2个数字通道端口赋数字权，并通过灵活可调2驱4网络实现可变化的模拟权，2级可变权值实现整个天线阵列高自由度的波束赋形。值得说明的是：T指的是数字通道数，每列天线对应一个2驱4网络，输入端口是2，8列天线，每列又是两个极化状态，因此一共为2×8×2＝32(即通道数)。
如图8所示，该应用场景为128T(即数字通道数为128)可调N驱M网络的场景，应用可调2驱4网络可以将数字通道数降至一半，每列天线通道连接两个可调2驱4网络，对每个网络的2个数字通道端口赋数字权，并通过灵活可调2驱4网络实现可变化的模拟权，2级可变权值实现整个天线阵列高自由度的波束赋形。
该2驱4波束赋形网络，不仅可以实现不同窄波束赋形，还可以实现宽窄波束赋形效果。如图9至图12所示的波束赋形效果，在不同时刻，可通过调整2驱4网络中电桥、功分器、移相器状态实现可变模拟权，同时结合数字权值，实现水平面或垂直面波束赋形。图9至图12的每一张子图中的2驱4网络包含的器件状态一定，基于固定的模拟权，结合不同的基带数字权实现不同的波束形态。图9至图12的不同子图中的2驱4网络包含的器件状态不同，即模拟权发生变化，基于变化后的模拟权，结合基带数字权，实现更多样的波束形态。
具体地，如图9所示，该波束赋形效果示意图是垂直面波束赋形(窄波束)，包括两种波束，分别是：优化后的波束1(即图9的beam1)、优化后的波束2(即图9的beam2)。另外，图9中的横坐标为角度(angle)，纵坐标为分贝(dB)。
如图10所示，该示意图是水平面波束赋形(窄波束)，包括四种波束，分别是：优化后的波束1(即图10的beam1)、优化后的波束2(即图10的beam2)。另外，图10中的横坐标为角度(angle)，纵坐标为分贝(dB)。
如图11所示，该示意图是垂直面波束赋形(宽窄波束)，包括两种波束，分别是：波束1(即图11的Beam1)、和宽波束(即图11的Widebeam)。另外，图11中的横坐标为角度(angle)，纵坐标为分贝(dB)。
如图12所示，该示意图是水平面波束赋形(宽窄波束)，包括两种波束，分别是：波束1(即图12的Beam1)、和宽波束(即图12的Widebeam)。另外，图12中的横坐标为角度(angle)，纵坐标为分贝(dB)。
值得说明的是，上述图9至图12，基于灵活可调2驱4网络，不仅可以实现不同窄波束赋形，还可以实现宽窄波束赋形效果。也就是说，不同时刻，调整2驱4网络中电桥、功分器、移相器状态实现可变模拟权，同时结合数字权值，实现水平面或垂直面波束更多样的赋形。
由上述实施例可见，针对2驱4波束赋形网络，可以通过调整网络中的电桥、功分器、移相器状态，实现模拟权值可调，同时结合数字权提升波束赋形自由度；可以动态调整，波束精细赋形，如波宽控制和旁瓣抑制等，提高波束质量；可以保证赋形自由度的同时减少馈电网络输入端口数，即数字通道数，降低复杂度；可以兼顾波束质量和网络自由度无损，网络简单，降低损耗和成本。
图13是本申请实施例提供的一种可调的2驱3波束赋形网络的结构示意图，图14是本申请实施例提供另一种可调的2驱3波束赋形网络的结构示意图。如图13或图14所示，该网络包括的器件和连接方式可以参考上述2驱4波束赋形网络的描述，即2驱3波束赋形网络包括的器件和连接方式实现与2驱4波束赋形网络类似，在这里不再赘述。
该可调的2驱3波束赋形网络，输入端口为2，输出端口为3，该网络至少由3层器件层组成。该2驱3波束赋形网络由2个可调电桥和1个可调功分器构成，可调移相器至少3个，位置不作限定。靠近输出端口的上方第三层，为1个可调电桥和一个直连线；中间第二层，为1个可调电桥和1个直连线；靠近输入端口的下方第一层，为1个可调功分器和1个直连线。移相器可能分布在器件层之间、器件层与输出端口之间、或器件层与输入端口之间，其中器件层与数字通道间的移相器可以并到数字加权中。
通过调整2驱3波束赋形网络中电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态，在输出端口形成不同幅度相位分布的激励，从而实现不同的波束赋形效果适配不同的信道状态。网络中电桥、功分器和移相器的每一种状态组合对应一种输入与输出端口之间的映射关系，此时2驱3波束赋形网络的映射关系为3×2维权值矩阵。3对应3个输出端口，2对应2个输入端口，该矩阵的列与列之间正交，即从每个输入端口到输出端口间的映射权值正交。
对于列与列正交的3×2维的权值矩阵，可通过调整本发明方案网络中的电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态实现，不会损失权值自由度。
该2驱3波束赋形网络当应用于通信系统的天线馈电网络中，不同时刻根据信道状态按需动态调整网络中的器件状态，实现适配于当前信道状态的波束赋形效果。
示例性地，当天线阵列水平或垂直上有3个天线端口自由度的场景下，其中每个天线端口含有的阵子数不限，应用上述灵活可调的2驱3波束赋形网络，可以将数字通道数降至2，对数字通道端口赋数字权，并通过灵活可调的2驱3波束赋形网络实现可变化的模拟权，2级可变权值，实现高自由度的波束赋形。灵活可调的2驱3波束赋形网络可以多个网络级联应用。
图15是本申请实施例提供的一种可调的2驱5波束赋形网络的结构示意图，如图15所示，该网络包括的器件和连接方式可以参考上述2驱4波束赋形网络的描述，即2驱5波束赋形网络包括的器件和连接方式实现与2驱4波束赋形网络类似，在这里不再赘述。
可调的2驱5波束赋形网络，输入端口为2，输出端口为5，该可调的2驱5波束赋形网络至少由4层器件层组成。该可调的2驱5波束赋形网络由4个可调电桥和3个可调功分器构成，可调移相器至少7个，位置不作限定。靠近输出端口的上方第四层，为2个可调电桥和一个直连线；中间第三层，为1个可调电桥和1个可调功分器和1个直连线；中间第二层，为1个可调功分器和1个可调电桥；靠近输入端口的第一层，为1个可调功分器和1个直连线。移相器可能分布在器件层之间、器件层与输出端口之间、或器件层与输入端口之间，其中器件层与数字通道间的移相器可以并到数字加权中。
通过调整可调的2驱5波束赋形网络中电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态，在输出端口出形成不同幅度相位分布的激励，从而实现不同的波束赋形效果适配不同的信道状态。网络中电桥、功分器和移相器的每一种状态组合对应一种输入与输出端口之间的映射关系，此时网络的映射关系为5×2维权值矩阵。5对应5个输出端口，2对应2个输入端口，该矩阵的列与列之间正交，即从每个输入端口到输出端口间的映射权值正交。
对于列与列正交的5×2维的权值矩阵，可通过调整2驱5波束赋形网络中的电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态实现，不会损失权值自由度。
该可调的2驱5波束赋形网络当应用于通信系统的天线馈电网络中，不同时刻根据信道状态按需动态调整网络中的器件状态，实现适配于当前信道状态的波束赋形效果。
示例性地，当天线阵列水平或垂直上有5个天线端口自由度的场景下，其中每个天线端口含有的阵子数不限，应用上述可调的2驱5波束赋形网络，可将数字通道数降至2，对数字通道端口赋数字权，并通过可调的2驱5波束赋形网络实现可变化的模拟权，2级可变权值实现高自由度的波束赋形。灵活可调2驱5网络可以多个网络级联应用。
图16是本申请实施例提供的一种可调的2驱6波束赋形网络的结构示意图，如图16所示，该网络包括的器件和连接方式可以参考上述2驱4波束赋形网络的描述，即2驱6波束赋形网络包括的器件和连接方式实现与2驱4波束赋形网络类似，在这里不再赘述。
可调的2驱6波束赋形网络，输入端口为2，输出端口为6，该可调的2驱6波束赋形网络至少由5层器件层组成。该可调的2驱6波束赋形网络由5个可调电桥和4个可调功分器构成，可调移相器至少9个，位置不作限定。靠近输出端口的上方第五层，为3个可调电桥；中间第四层，为1个可调电桥和1个可调功分器和2个直连线；中间第三层，为1个可调电桥和1个可调功分器和1个直连线；中间第二层，为1个可调功分器和2个直连线；靠近输入端口的第一层，为1个可调功分器和1个直连线。移相器可能分布在器件层之间、器件层与输出端口之间、或器件层与输入端口之间，其中器件层与数字通道间的移相器可以并到数字加权中。
通过调整2驱6波束赋形网络中电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态，在输出端口出形成不同幅度相位分布的激励，从而实现不同的波束赋形效果适配不同的信道状态。网络中电桥、功分器和移相器的每一种状态组合对应一种输入与输出端口之间的映射关系，此时网络的映射关系为6×2维权值矩阵。6对应6个输出端口，2对应2个输入端口，该矩阵的列与列之间正交，即从每个输入端口到输出端口间的映射权值正交。
对于列与列正交的6×2维的权值矩阵，可通过调整本发明方案网络中的电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态实现，不会损失权值自由度。
该2驱6波束赋形网络当应用于通信系统的天线馈电网络中，不同时刻根据信道状态按需动态调整网络中的器件状态，实现适配于当前信道状态的波束赋形效果。
示例性地，当天线阵列水平或垂直上有6个天线端口自由度的场景下，其中每个天线端口含有的阵子数不限，应用上述灵活可调2驱6网络，可将数字通道数降至2，对数字通道端口赋数字权，并通过灵活可调2驱6网络实现可变化的模拟权，2级可变权值实现高自由度的波束赋形。灵活可调2驱6网络可以多个网络级联应用。
图17是本申请实施例提供的一种可调的2驱8波束赋形网络的结构示意图，如图17所示，该网络包括的器件和连接方式可以参考上述2驱4波束赋形网络的描述，即2驱8波束赋形网络包括的器件和连接方式实现与2驱4波束赋形网络类似，在这里不再赘述。
可调的2驱8波束赋形网络，输入端口为2，输出端口为8，该网络至少由5层器件层组成。该可调的2驱8波束赋形网络由7个可调电桥和6个可调功分器构成，可调移相器至少13个，位置不作限定。靠近输出端口的上方第五层，为4个可调电桥；中间第四层，为2个可调电桥和2个可调功分器；中间第三层，为1个可调电桥和2个可调功分器；中间第二层，为1个可调功分器和2个直连线；靠近输入端口的第一层，为1个可调功分器和1个直连线。移相器可能分布在器件层之间、器件层与输出端口之间、或器件层与输入端口之间，其中器件层与数字通道间的移相器可以并到数字加权中。
通过调整可调的2驱8波束赋形网络中电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态，在输出端口出形成不同幅度相位分布的激励，从而实现不同的波束赋形效果适配不同的信道状态。网络中电桥、功分器和移相器的每一种状态组合对应一种输入与输出端口之间的映射关系，此时网络的映射关系为8×2维权值矩阵。8对应6个输出端口，2对应2个输入端口，该矩阵的列与列之间正交，即从每个输入端口到输出端口间的映射权值正交。
对于列与列正交的8×2维的权值矩阵，可通过调整本发明方案网络中的电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态实现，不会损失权值自由度。
该可调的2驱8波束赋形网络当应用于通信系统的天线馈电网络中，不同时刻根据信道状态按需动态调整网络中的器件状态，实现适配于当前信道状态的波束赋形效果。
示例性地，当天线阵列水平或垂直上有8个天线端口自由度的场景下，其中每个天线端口含有的阵子数不限，应用上述可调的2驱8波束赋形网络，可将数字通道数降至2，对数字通道端口赋数字权，并通过可调的2驱8波束赋形网络实现可变化的模拟权，2级可变权值实现高自由度的波束赋形。可调的2驱8波束赋形网络可以多个网络级联应用。
图18是本申请实施例提供的一种可调的4驱5波束赋形网络的结构示意图，如图18所示，该网络包括的器件和连接方式可以参考上述2驱4波束赋形网络的描述，即4驱5波束赋形网络包括的器件和连接方式实现与2驱4波束赋形网络类似，在这里不再赘述。
可调的4驱5波束赋形网络，输入端口为4，输出端口为5，该网络至少由6层器件层组成。该可调的4驱5波束赋形网络由9个可调电桥和1个可调功分器构成，可调移相器至少10个，位置不作限定。靠近输出端口的上方第六层，为2个可调电桥和一个直连线；中间第五层，为2个可调电桥和1个直连线；中间第四层，为2个可调电桥和1个直连线；中间第三层，为2个可调电桥和1个直连线；中间第二层，为1个可调功分器和3个直连线；靠近输入端口的第一层，为1个可调功分器和3个直连线。移相器可能分布在器件层之间、器件层与输出端口之间、或器件层与输入端口之间，其中器件层与数字通道间的移相器可以并到数字加权中。
通过调整可调的4驱5波束赋形网络中电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态，在输出端口出形成不同幅度相位分布的激励，从而实现不同的波束赋形效果适配不同的信道状态。网络中电桥、功分器和移相器的每一种状态组合对应一种输入与输出端口之间的映射关系，此时网络的映射关系为5×4维权值矩阵。5对应5个输出端口，4对应4个输入端口，该矩阵的列与列之间正交，即从每个输入端口到输出端口间的映射权值正交。
对于列与列正交的5×4维的权值矩阵，可通过调整本发明方案网络中的电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态实现，不会损失权值自由度。
该可调的4驱5波束赋形网络当应用于通信系统的天线馈电网络中，不同时刻根据信道状态按需动态调整网络中的器件状态，实现适配于当前信道状态的波束赋形效果。
示例性地，当天线阵列水平或垂直上有5个天线端口自由度的场景下，其中每个天线端口含有的阵子数不限，应用上述可调的4驱5波束赋形网络，可将数字通道数降至4，对数字通道端口赋数字权，并通过可调的4驱5波束赋形网络实现可变化的模拟权，2级可变权值实现高自由度的波束赋形。可调的4驱5波束赋形网络可以多个网络级联应用。
图19是本申请实施例提供的一种可调的4驱6波束赋形网络的结构示意图，如图19所示，该网络包括的器件和连接方式可以参考上述2驱4波束赋形网络的描述，即4驱6波束赋形网络包括的器件和连接方式实现与2驱4波束赋形网络类似，在这里不再赘述。
灵活可调4驱6网络，输入端口为4，输出端口为6，该网络至少由7层器件层组成。该可调的4驱6波束赋形网络由12个可调电桥和2个可调功分器构成，可调移相器至少14个，位置不作限定。靠近输出端口的上方第七层，为3个可调电桥；中间第六层，为2个可调电桥和2个直连线；中间第五层，为2个可调电桥和2个直连线；中间第四层，为2个可调电桥和2个直连线；中间第三层，为2个可调电桥和2个直连线；中间第二层，为1个可调电桥和1个可调功分器和2个直连线；靠近输入端口的第一层，为1个可调功分器和3个直连线。移相器可能分布在器件层之间、器件层与输出端口之间、或器件层与输入端口之间，其中器件层与数字通道间的移相器可以并到数字加权中。
通过调整可调的4驱6波束赋形网络中电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态，在输出端口出形成不同幅度相位分布的激励，从而实现不同的波束赋形效果适配不同的信道状态。网络中电桥、功分器和移相器的每一种状态组合对应一种输入与输出端口之间的映射关系，此时网络的映射关系为6×4维权值矩阵。6对应6个输出端口，4对应4个输入端口，该矩阵的列与列之间正交，即从每个输入端口到输出端口间的映射权值正交。
对于列与列正交的6×4维的权值矩阵，可通过调整本发明方案网络中的电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态实现，不会损失权值自由度。
该可调的4驱6波束赋形网络当应用于通信系统的天线馈电网络中，不同时刻根据信道状态按需动态调整网络中的器件状态，实现适配于当前信道状态的波束赋形效果。
示例性地，当天线阵列水平或垂直上有6个天线端口自由度的场景下，其中每个天线端口含有的阵子数不限，应用上述可调的4驱6波束赋形网络，可将数字通道数降至4，对数字通道端口赋数字权，并通过可调的4驱6波束赋形网络实现可变化的模拟权，2级可变权值实现高自由度的波束赋形。可调的4驱6波束赋形网络可以多个网络级联应用。
图20是本申请实施例提供的一种可调的4驱8波束赋形网络的结构示意图，如图20所示，该网络包括的器件和连接方式可以参考上述2驱4波束赋形网络的描述，即4驱8波束赋形网络包括的器件和连接方式实现与2驱4波束赋形网络类似，在这里不再赘述。
可调的4驱8波束赋形网络，输入端口为4，输出端口为8，该网络至少由8层器件层组成。该可调的4驱8波束赋形网络由18个可调电桥和4个可调功分器构成，可调移相器至少22个，位置不作限定。靠近输出端口的上方第八层，为4个可调电桥；中间第七层，为4个可调电桥；中间第六层，为4个可调电桥；中间第五层，为2个可调电桥和4个直连线；中间第四层，为2个可调电桥和1个可调功分器和2个直连线；中间第三层，为1个可调电桥和1个可调功分器和3个直连线；中间第二层，为1个可调电桥和1个可调功分器和2个直连线；靠近输入端口的第一层，为1个可调功分器和3个直连线。移相器可能分布在器件层之间、器件层与输出端口之间、或器件层与输入端口之间，其中器件层与数字通道间的移相器可以并到数字加权中。
通过调整可调的4驱8波束赋形网络中电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态，在输出端口出形成不同幅度相位分布的激励，从而实现不同的波束赋形效果适配不同的信道状态。网络中电桥、功分器和移相器的每一种状态组合对应一种输入与输出端口之间的映射关系，此时网络的映射关系为8×4维权值矩阵。8对应8个输出端口，4对应4个输入端口，该矩阵的列与列之间正交，即从每个输入端口到输出端口间的映射权值正交。
对于列与列正交的8×4维的权值矩阵，可通过调整本发明方案网络中的电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态实现，不会损失权值自由度。
该可调的4驱8波束赋形网络当应用于通信系统的天线馈电网络中，不同时刻根据信道状态按需动态调整网络中的器件状态，实现适配于当前信道状态的波束赋形效果。
示例性地，当天线阵列水平或垂直上有8个天线端口自由度的场景下，其中每个天线端口含有的阵子数不限，应用上述可调的4驱8波束赋形网络，可将数字通道数降至4，对数字通道端口赋数字权，并通过可调的4驱8波束赋形网络实现可变化的模拟权，2级可变权值实现高自由度的波束赋形。可调的4驱8波束赋形网络可以多个网络级联应用。
图21是本申请实施例提供的一种可调的3驱4波束赋形网络的结构示意图，如图21所示，该网络包括的器件和连接方式可以参考上述2驱4波束赋形网络的描述，即3驱4波束赋形网络包括的器件和连接方式实现与2驱4波束赋形网络类似，在这里不再赘述。
可调的3驱4波束赋形网络，输入端口为3，输出端口为4，该网络至少由4层器件层组成。该可调的3驱4波束赋形网络由5个可调电桥和1个可调功分器构成，可调移相器至少6个，位置不作限定。靠近输出端口的上方第四层，为2个可调电桥；中间第三层，为2个可调电；中间第二层，为1个可调电桥和2个直连线；靠近输入端口的第一层，为1个可调功分器和2个直连线。移相器可能分布在器件层之间、器件层与输出端口之间、或器件层与输入端口之间，其中器件层与数字通道间的移相器可以并到数字加权中。
通过调整可调的3驱4波束赋形网络中电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态，在输出端口出形成不同幅度相位分布的激励，从而实现不同的波束赋形效果适配不同的信道状态。网络中电桥、功分器和移相器的每一种状态组合对应一种输入与输出端口之间的映射关系，此时网络的映射关系为4×3维权值矩阵。4对应4个输出端口，3对应3个输入端口，该矩阵的列与列之间正交，即从每个输入端口到输出端口间的映射权值正交。
对于列与列正交的4×3维的权值矩阵，可通过调整本发明方案网络中的电桥和功分器的功分比以及移相器的移相状态实现，不会损失权值自由度。
该可调的3驱4波束赋形网络当应用于通信系统的天线馈电网络中，不同时刻根据信道状态按需动态调整网络中的器件状态，实现适配于当前信道状态的波束赋形效果。
示例性地，当天线阵列水平或垂直上有4个天线端口自由度的场景下，其中每个天线端口含有的阵子数不限，应用上述可调的3驱4波束赋形网络，可将数字通道数降至3，对数字通道端口赋数字权，并通过可调的3驱4波束赋形网络实现可变化的模拟权，2级可变权值实现高自由度的波束赋形。可调的3驱4波束赋形网络可以多个网络级联应用。
图22是本申请实施例提供的一种波束赋形网络的实现装置的结构示意图。如图22所示，该装置包括：N个与数字通道相连接的输入端口、M个与天线通道连接的输出端口、以及位于输入端口和输出端口之间的波束赋形网络，N和M均为大于1的整数；
其中，波束赋形网络包括一种或多种器件，一种或多种器件中的每种器件的数量是根据所述N和所述M、以及设定规则确定的，一种或多种器件中的每个器件的一端直接与N个输入端口中的一个输入端口相连接或通过所述一种或多种器件中的其他器件与所述一个输入端口相连接；所述每个器件的另一端直接与M个输出端口中的一个输出端口相连接或通过所述一种或多种器件中的另一其他器件与所述一个输出端口相连接；
波束赋形网络的每个输入端口具有到达任一输出端口的回路；其中，N个输入端口中存在一个输入端口分别到M个输出端口的回路只有一条，且至少存在一个输入端口分别到M个输出端口的回路大于一条；
波束赋形网络用于通过一种或多种器件进行波束调整。
具体地，在通过一种或多种器件进行波束调整，可以通过调整波束赋形网络中包括的各个器件的器件形态来进行波束调整，从而实现更多样的波束形态。其中，波束调整可以指的是对波束指向和/或波束宽窄进行调整。
比如：波束赋形网络中包括可调器件，可以调整这些可调器件的器件状态来改变波束赋形网络的每个输出端口上的幅度和相位，从而得到多样的波束形态。其中，可调器件可以为可调的电桥、可调的功分器和可调的移相器等器件。
波束赋形网络可以为可调N驱M网络，即具有N个输入端口和M个输出端口的可调的波束赋形网络。该可调N驱M网络可以用于图5或图6或图7或图8所示应用场景中。
示例性的，该可调N驱M网络可以包括图4所示的可调的2驱4波束赋形网络；也可以包括图13或图14所示的可调的2驱3波束赋形网络；还可以包括图15所示的可调的2驱3波束赋形网络、图16所示的可调的2驱6波束赋形网络、图17所示的可调的2驱8波束赋形网络、图18所示的可调的4驱5波束赋形网络、图19所示的可调的4驱6波束赋形网络、图20所示的可调的4驱8波束赋形网络、图21所示的可调的3驱4波束赋形网络等。
其中，波束赋形网络包括一种或多种器件，一种或多种器件中包括器件状态为可调的第一类型器件，该第一类型器件可以包括可调电桥、可调功分器和可调移相器中的任意一种或多种。所述可调电桥的器件状态包括功率分配状态，所述可调功分器的器件状态包括功分比状态，所述可调移相器的器件状态包括移相状态。
示例性的，图4中的可调的2驱4波束赋形网络包括3个可调电桥、2个可调功分器、5个可调移相器；图13或图14的可调的2驱3波束赋形网络包括2个可调电桥、1个可调功分器、3个可调移相器。与图4、图13或图14类似，图15至图21任一所示的波束赋形网络在这里不再赘述。
在一个实施例中，输入端口的数量(即N)可以与输出端口的数量(即M)可以不相等。
具体地，输入端口的数量和输出端口的数量可以不相等。比如：输入端口的数量小于输出端口的数量，这样在大规模天线阵列中，在保证赋形自由度的同时还可以减少馈电网络输入端口数，即减少数字通道数。示例性的，针对图4中的可调的2驱4波束赋形网络，N为2，M为4，二者不相等。与图4类似，图13至图21任一所示的波束赋形网络在这里不再赘述。
在一个实施例中，N与M相等，且不同时等于2。
具体地，输入端口的数量和输出端口的数量可以相等。示例性的，4驱4的波束赋形网络，N为4，M为4，二者相等。
在一个实施例中，波束赋形网络可以包括器件状态为可调的第一类型器件，或者第一类型器件和器件状态为不可调的第二类型器件。示例性的，图4中的可调的2驱4波束赋形网络除了包括3个可调电桥、2个可调功分器、5个可调移相器之外，还可以包括器件状态为不可调的第二类型器件。该第二类型器件可以器件状态为不可调的电桥、器件状态为不可调的功分器和器件状态为不可调的移相器中的任意一种或多种。
具体地，器件状态为可调的第一类型器件表明该器件在一定范围内是可调的。比如：移相器的可调范围是0到360度。又比如：当功分器的输出端口总功率视为1，功分器输出端口的功分比(功率分配比例)的可调范围是0：1到1：0之间，例如0.5:0.5。又比如：当电桥的输出端口总功率视为1，电桥输出端口的功分比(功率分配比例)的可调范围是0：1到1：0之间，例如0.5:0.5。
器件状态为不可调的第二类型器件表明该器件的器件状态只有一个固定状态，其是不可调的。比如：45度移相器，其是不可调的。
在一个实施例中，第一类型器件和第二类型器件是相同器件类型的不同器件。示例性的，波束赋形网络除了包括可调电桥之外，还包括器件状态为不可调的其他电桥。
在一个实施例中，波束赋形网络至少包括第一数量个可调电桥、和/或第二数量个可调功分器、和/或第三数量个可调移相器；
其中，第一数量是根据N和M、以及第一规则确定的；第二数量是根据N和M、以及第二规则确定的；第三数量是根据N和M、以及第三规则确定的；
第一规则包括第一数量满足：
Figure BDA0003142347780000151
第二规则包括第二数量满足：M耀N；
第三规则包括第三数量满足：
Figure BDA0003142347780000152
M为输出端口的数量，N为输入端口的数量。
示例性的，针对图4中的可调的2驱4波束赋形网络，N为2，M为4，计算得到的第一数量为3个，第二数据为2个，第三数量为5。与图4类似，图13至图21任一所示的波束赋形网络在这里不再赘述。
在一个实施例中，波束赋形网络至少包括第四数量个由第三类型器件和/或第四类型器件组成的器件层(如图3所示的第1层可调器件层，第2层可调器件层、…、第x层可调器件层)，所述第三类型器件包括器件状态为可调的电桥和/或器件状态为固定的电桥，所述第四类型器件包括器件状态为可调的功分器和/或器件状态为固定的功分器；
每个器件层包括的第三类型器件和第四类型器件的数量之和小于或等于
Figure BDA0003142347780000161
每个器件层包括的每个器件的一端直接与N个输入端口中的一个输入端口相连接或通过第四数量个器件层中的其他器件层与一个输入端口相连接；每个器件的另一端直接与M个输出端口中的一个输出端口相连接或通过第四数量个器件层中的另一其他器件层与一个输出端口相连接；
其中，第四数量是根据N和M、以及第四规则确定的；
第四规则包括第四数量满足：
Figure BDA0003142347780000162
M为输出端口的数量，N为输入端口的数量。
示例性的，针对图4中的可调的2驱4波束赋形网络，第四数量为3。第一层器件层(靠近输入端口)包括1个可调功分器；第二器件层包括1个可调电桥和1个可调功分器；第三层器件层(靠近输出端口)包括2个可调电桥。与图4类似，图13至图21任一所示的波束赋形网络在这里不再赘述。
在一个实施例中，波束赋形网络中的第五类型器件位于不同器件层之间、和/或器件层与天线通道之间、和/或器件层与数字通道之间；第五类型器件包括器件状态为可调的移相器和/或器件状态为固定的移相器。
示例性的，针对图4中的可调的2驱4波束赋形网络，第二器件层和第三器件层之间包括2个可调移相器；第三器件层与输出端口之间包括3个可调移相器。与图4类似，图13至图21任一所示的波束赋形网络在这里不再赘述。
在一个实施例中，N个输入端口中的每个输入端口与M个输出端口均有回路；
其中，N个输入端口中存在一个输入端口分别到M个输出端口的回路只有一条，且至少存在一个输入端口分别到M个输出端口的回路大于一条。
示例性的，针对图4中的可调的2驱4波束赋形网络，输入端口I1分别到输出端口O1、O2、O3、O4的回路只有一条；输入端口I2分别到输出端口O1、O2、O3、O4的回路大于一条。与图4类似，图13至图21任一所示的波束赋形网络在这里不再赘述。
在一个实施例中，N小于M；N个输入端口中每个输入端口相连接的第一个位于所述器件层里的器件均是不同的。
示例性的，针对图4中的可调的2驱4波束赋形网络，输入端口I1相连接的第一个位于器件层里的器件是第二器件层的可调电桥(即图4中的电桥1)；输入端口I2相连接的第一个位于器件层里的器件是第一器件层的可调功分器(即图4中的功分器1)。与图4类似，图13至图21任一所示的波束赋形网络在这里不再赘述。
在一个实施例中，N等于M；N个输入端口中包括两个输入端口分别连接的第一个位于器件层里的器件是相同的。
示例性的，4驱4波束赋形网络，4个输入端口中包括2个输入端口分别连接的第1个位于器件层里的器件是相同的。
在一个实施例中，可调电桥包括180度的可调电桥；或90度的可调电桥；或180度的可调电桥和90度的可调电桥。
本申请并不局限于前述180度或90度这两种状态的可调电桥，还可能是其他状态的可调电桥。
可见，波束赋形网络可以由一定数量的可调电桥、可调功分器和可调移相器组合而成，这样对有限的输入端口馈电，可以经由可调的波束赋形网络，动态调整输出端的幅度相位分布状态。并且，可调的波束赋形网络可以由多层实现(如图3所示的第1层可调器件层，第2层可调器件层、…、第x层可调器件层)，N个输入端口，M个输出端口，每层可调功分器和可调电桥数量最多M/2个，每层之间有一定数量的可调移相器。
也就是说，本申请的可调的波束赋形网络可以实现：
(1)通过组合可调电桥、可调功分器、可调移相器实现灵活可调的波束赋形网络，使得波束指向和波束形状灵活可控，按需调整；
(2)通过N端口输入M端口输出(N小于M)，在大规模天线阵列中，可以保证赋形自由度的同时减少馈电网络输入端口数；
(3)通过模拟域权值可变，结合数字域权值，波束赋形自由度高，可实现窄波束赋形(如上述图9或图10所示)或宽窄波束赋形(如上述图11或图12所示)，如波宽控制和旁瓣抑制等，提高波束质量；
(4)通过组合可调电桥、可调功分器、可调移相器兼顾波束质量和网络自由度无损，做到网络简化，降低损耗。
另外，本申请实施例还提供一种波束赋形的系统，该波束赋形的系统包含上述的波束赋形的装置、数字通道和天线通道。其中，波束赋形的装置的输入端口与数字通道相连接，波束赋形的装置的输出端口与天线通道相连接。
另外，本申请实施例还提供一种波束赋形网络的实现方法，该方法用于上述的波束赋形的装置，包括：通过波束赋形网络的各个器件进行波束调整。
另外，本申请实施例还提供一种天线，包含上述的波束赋形的装置。
另外，本申请实施例还提供一种网络设备，包含上述的波束赋形的装置。
另外，本申请实施例还提供一种网络设备，包含一种天线，该天线包括上述的波束赋形的装置。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种波束赋形的装置，其特征在于，所述装置至少包括：N个与数字通道相连接的输入端口、M个与天线通道连接的输出端口、以及位于所述输入端口和所述输出端口之间的波束赋形网络，所述N和所述M均为大于1的整数；
其中，所述波束赋形网络包括一种或多种器件，所述一种或多种器件中的每种器件的数量是根据所述N和所述M、以及设定规则确定的，所述一种或多种器件中的每个器件的一端直接与N个输入端口中的一个输入端口相连接或通过所述一种或多种器件中的其他器件与所述一个输入端口相连接；所述每个器件的另一端直接与M个输出端口中的一个输出端口相连接或通过所述一种或多种器件中的另一其他器件与所述一个输出端口相连接；
所述波束赋形网络的每个输入端口具有到达任一输出端口的回路；其中，N个输入端口中存在一个输入端口分别到M个输出端口的回路只有一条，且至少存在一个输入端口分别到M个输出端口的回路大于一条；
所述波束赋形网络用于通过所述一种或多种器件进行波束调整。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述N与所述M不相等。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述N与所述M相等，且不同时等于2。
4.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述一种或多种器件中包括器件状态为可调的第一类型器件，或者所述第一类型器件和器件状态为不可调的第二类型器件。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一类型器件和所述第二类型器件是相同器件类型的不同器件。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一类型器件和所述第二类型器件是不同器件类型的器件。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一种或多种器件包括可调电桥、可调功分器和可调移相器中的任意一种或多种；
所述可调电桥的器件状态包括功率分配状态，所述可调功分器的器件状态包括功分比状态，所述可调移相器的器件状态包括移相状态。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述波束赋形网络至少包括第一数量个可调电桥、和/或第二数量个可调功分器、和/或第三数量个可调移相器；
其中，所述第一数量是根据所述N和所述M、以及第一规则确定的；所述第二数量是根据所述N和所述M、以及第二规则确定的；所述第三数量是根据所述N和所述M、以及第三规则确定的；
所述第一规则包括所述第一数量满足：
Figure FDA0003142347770000011
所述第二规则包括所述第二数量满足：M耀N；
所述第三规则包括所述第三数量满足：
Figure FDA0003142347770000012
所述M为输出端口的数量，所述N为输入端口的数量。
9.根据权利要求1或7或8所述的装置，其特征在于，所述波束赋形网络至少包括第四数量个由第三类型器件和/或第四类型器件组成的器件层，所述第三类型器件包括器件状态为可调的电桥和/或器件状态为不可调的电桥，所述第四类型器件包括器件状态为可调的功分器和/或器件状态为不可调的功分器；
每个器件层包括的所述第三类型器件和所述第四类型器件的数量之和小于或等于
Figure FDA0003142347770000021
每个器件层包括的每个器件的一端直接与N个输入端口中的一个输入端口相连接或通过所述第四数量个器件层中的其他器件层与所述一个输入端口相连接；所述每个器件的另一端直接与M个输出端口中的一个输出端口相连接或通过所述第四数量个器件层中的另一其他器件层与所述一个输出端口相连接；
其中，所述第四数量是根据所述N和所述M、以及第四规则确定的；
所述第四规则包括所述第四数量满足：
Figure FDA0003142347770000022
所述M为输出端口的数量，所述N为输入端口的数量。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述一种或多种器件中的第五类型器件位于不同器件层之间、和/或器件层与所述天线通道之间、和/或器件层与所述数字通道之间；所述第五类型器件包括器件状态为可调的移相器和/或器件状态为不可调的移相器。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述N小于所述M；N个输入端口中每个输入端口相连接的第一个位于所述器件层里的器件均是不同的。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述N等于所述M；N个输入端口中包括两个输入端口分别连接的第一个位于所述器件层里的器件是相同的。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述可调电桥包括180度的可调电桥；或90度的可调电桥；或180度的可调电桥和90度的可调电桥。
14.一种波束赋形的系统，其特征在于，包含权利要求1至13任一项所述的波束赋形的装置、数字通道和天线通道；其中，所述波束赋形的装置的输入端口与所述数字通道相连接，所述波束赋形的装置的输出端口与所述天线通道相连接。
15.一种波束赋形的方法，其特征在于，所述方法用于权利要求1至13任一项所述的波束赋形的装置，所述装置至少包括：N个与数字通道相连接的输入端口、M个与天线通道连接的输出端口、以及位于所述输入端口和所述输出端口之间的波束赋形网络；所述方法包括：通过所述波束赋形网络中的一种或多种器件进行波束调整。
16.一种天线，其特征在于，包括权利要求1至13任一项所述的波束赋形的装置。
17.一种网络设备，其特征在于，包括权利要求1至13任一项所述的波束赋形的装置。
18.一种网络设备，其特征在于，包括权利要求16所述的天线。
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