專利名稱：天線與基站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種天線與基站。
背景技術(shù)：
目前移動通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展到了第三代(即，3G)，3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)大規(guī)模部署并商用，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及移動互聯(lián)網(wǎng)的不斷普及和推廣，國際通信標(biāo)準(zhǔn)組織正在制定移動通信長期演進(jìn)(Long Time Evolution，LTE)及4G等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和服務(wù)能力的不斷發(fā)展。由于多天線技術(shù)通?？梢猿浞掷脽o線信號的空間傳播特性來大大提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)速率和鏈路性能，因此成為LTE及未來4G技術(shù)的核心技術(shù)之一。目前2G及3G網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)使用低頻段資源，例如，GSM使用900MHz、cdma使用800MHz，而LTE未來將很可能使用2GHz以上的頻段，這樣2G和3G網(wǎng)絡(luò)的信號傳播將優(yōu)于LTE系統(tǒng)，在目前基站站址很難增加的情況下，運(yùn)營商一般會采用多系統(tǒng)共基站建設(shè)方案來·部署LTE網(wǎng)絡(luò)，這樣LTE系統(tǒng)就需要通過多天線技術(shù)來增強(qiáng)覆蓋以達(dá)到與2G/3G基站同覆蓋水平，從而最終保證LTE網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)覆蓋。在多天線技術(shù)中，可以用來增強(qiáng)覆蓋的技術(shù)主要有分集技術(shù)和波束形成(BeamForming,BF)技術(shù)，可以用來提升系統(tǒng)容量的技術(shù)主要有空間復(fù)用技術(shù)。這幾種多天線技術(shù)對于基站天線的設(shè)計要求存在一定的差異性，例如，BF技術(shù)要求各個天線之間存在強(qiáng)相關(guān)性，以保證最終發(fā)射波束的方向性，所以一般要求天線間距在1/3 λ到4/5λ(其中，λ為天線支持頻段中心頻點(diǎn)波長)，通常選取1/2λ為天線間距；而分集與空間復(fù)用的MIMO技術(shù)則是利用空間信道的多徑特性，要求天線間距盡可能的大，以保證各個天線空間傳播路徑之間的弱相關(guān)性，具體天線間距大小與傳播波束擴(kuò)散角有關(guān)。以手機(jī)為例，由于周圍布滿散射體，傳播波束的擴(kuò)散角較大，天線間距甚至達(dá)到1/2 λ到1λ即可保證天線之間的弱相關(guān)性，而對于基站，由于一般部署在建筑物的頂部，周圍散射體沒有那么多，所以天線間距一般要求在4 λ到12 λ才能保證天線之間的弱相關(guān)性。從上述分析可以看出，多天線技術(shù)中的各種技術(shù)方案對于基站天線的設(shè)計要求存在差異，如何在同一天線上融合BF和MMO覆蓋增強(qiáng)技術(shù)以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力成為產(chǎn)業(yè)界曬待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題是提供一種天線與基站，能夠有效融合BF和MIMO技術(shù)以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出了一種天線，包括上天線部分和下天線部分，上天線部分與下天線部分均由雙極化線陣構(gòu)成，每個雙極化線陣均由多個線性排列的陣子構(gòu)成，上天線部分與下天線部分在垂直方向上相互隔離，上天線部分的最下一個陣子與下天線的最上一個陣子之間的間距由上下天線的端口隔離度和空間信道隔離度決定，上天線部分和下天線部分中同一極化方向的線陣間距由天線陣元間的相關(guān)性決定。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提出了一種基站，包括前述實(shí)施例中的天線。本發(fā)明提供的天線與基站，綜合考慮了 BF和MMO技術(shù)，利用天線結(jié)構(gòu)中兩組不同極化天線執(zhí)行發(fā)射分集算法，可以獲得發(fā)射分集增益。上天線部分和所述下天線部分中同一極化的線陣被配置為執(zhí)行基于碼本的波束賦型算法，以獲得波束賦形增益從而提升鏈路覆蓋能力。如果兩組極化天線之間發(fā)射不同的數(shù)據(jù)流，執(zhí)行空間復(fù)用算法則可以提升系統(tǒng)的吞吐量和容量。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分。在附圖中圖I是本發(fā)明天線的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述，其中說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例。本發(fā)明的示例性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。以下對至少一個示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。首先通過下述實(shí)施例介紹本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)圖I是本發(fā)明天線的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，該實(shí)施例的天線10可以包括上天線部分11和下天線部分12，這兩個部分相互獨(dú)立，上天線部分與下天線部分均由雙極化線陣構(gòu)成，每個雙極化線陣均由多個線性排列的陣子構(gòu)成，上天線部分與下天線部分在垂直方向上相互隔離(即，上天線部分與下天線部分之間采用上下擺放的方式，形成上天線部分與下天線部分之間的空間信道獨(dú)立性，從而形成天線之間的隔離，因?yàn)槭谴怪钡纳舷赂綦x方式，所以稱為垂直隔離)，上天線部分的最下一個陣子與下天線的最上一個陣子之間的間距由上下天線的端口隔離度和空間信道隔離度決定，上天線部分和下天線部分中同一極化方向的線陣間距由天線陣元間的相關(guān)性決定。該實(shí)施例相對于現(xiàn)有的多天線實(shí)現(xiàn)方案，通過雙極化和垂直方向隔離等天線隔離方式實(shí)現(xiàn)LTE的多天線結(jié)構(gòu)，基于此多天線結(jié)構(gòu)，以及此多天線結(jié)構(gòu)中各天線之間的相關(guān)性提出了波束賦形與多入多出技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)方案，可以提升LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力。此夕卜，該實(shí)施例的覆蓋增強(qiáng)多天線結(jié)構(gòu)并不會增加對基站天面空間大小的要求，有利于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和降低投資。在一個實(shí)施例中，為了保證上天線部分和下天線部分的空間信道隔離度和端口隔離度(通常要求天線端口之間的隔離度達(dá)到30dB左右)，可以將上天線部分的最下一個陣子與下天線的最上一個陣子之間的間距d設(shè)置為O. 5 λ以上，根據(jù)天線長度的限制，可以將該間距設(shè)置為O. 5λ 2λ，優(yōu)選地，可以為0.7λ 1λ，從而既可以滿足隔離度要求，同時也不增大天線的長度。假設(shè)LTE天線所使用頻段的中心頻點(diǎn)為2GHz，按照圖I所示的結(jié)構(gòu)，則可以計算出該多天線結(jié)構(gòu)的總長度約為18λ (假設(shè)上下天線部分各自有10個陣子，陣子之間間距為O. 9 λ，則天線的總高度大約為20 * O. 9 = 18 λ )，即天線總長度約為2. 7米。假設(shè)LTE天線所使用頻段的中心頻點(diǎn)為2. 6GHz,同理可以計算出天線總長度為2. I米，相對于850MHz的CDMA同增益天線長度，都在工程上可以接受的范圍內(nèi)。隨著LTE天線使用頻點(diǎn)的升高，將會進(jìn)一步縮短天線的總長度，因此本發(fā)明更適用于高頻段系統(tǒng)。本發(fā)明與傳統(tǒng)的橫向排列的雙極化2+2天線的寬度相比，由于其將多個天線排列在垂直方向上，在天線長度滿足要求的情況下寬度基本上可以減半。再如圖I所示，上天線部分和下天線部分均可以由兩組雙極化線陣構(gòu)成，即，上下天線部分均可以為傳統(tǒng)的雙極化2+2 (第一個2代表兩根物理天線，第二個2代表是每根物理天線里面包含2個雙極化陣元)小間距天線，考慮到天線陣元間的強(qiáng)相關(guān)性，上天線部分和下天線部分中同一極化方向的線陣間距t可以介于O. 5 λ與O. 8 λ之間；每組雙極化線陣均采用±45度的極化方式，每組雙極化線陣中陣子的個數(shù)由天線增益決定。為了保證天線的高集成度和小體積，在天線的封裝方式上，可以將上天線部分和·下天線部分封裝在一個天線罩中，以實(shí)現(xiàn)多天線的集成化。同時，由于封裝在一個外罩里，并且在垂直方向上排列，所以可以用一根抱桿進(jìn)行架設(shè)與安裝，比較容易地保持所有天線都有一樣的下傾角和方位角，保證了 MMO天線中每根天線參數(shù)的一致性，進(jìn)一步提高了MIMO的性能。此外，這種天線封裝方式在天線外形上可以看成是一根天線，有利于運(yùn)營商的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署、便于運(yùn)營商對基站的選址，同時一體化的結(jié)構(gòu)也給天線的安裝帶來極大的便利性。接下來，通過下述實(shí)施例介紹本發(fā)明天線的工作原理在另一實(shí)例中，可以將本發(fā)明的上述天線應(yīng)用于諸如LTE或4G等系統(tǒng)的基站中。本發(fā)明上述實(shí)施例中的天線結(jié)構(gòu)可以支持BF、分集、空間復(fù)用等多天線技術(shù)組合的工作模式。從BF算法性能的分析結(jié)果可以看出，BF在2天線配置下性能較差，在4天線配置下性能較理想，因此可以選擇多天線結(jié)構(gòu)中的4根天線用來執(zhí)行BF算法。由于上天線部分或下天線部分中同一極化方向的2根天線之間間距為
O.5 λ -O. 8 λ，因此天線之間具有強(qiáng)相關(guān)特性，而上下天線間的垂直隔離和雙極化隔離都使得上下天線和不同極化方向的天線間為弱相關(guān)性。根據(jù)波束賦形算法對天線相關(guān)性要求的研究結(jié)果，盡量選擇強(qiáng)相關(guān)特性的天線，而對于弱相關(guān)性的天線可以采用基于碼本的波束賦形算法來保證BF性能。從實(shí)際測試結(jié)果表明，不同極化天線之間的弱相關(guān)性更為穩(wěn)定，同時根據(jù)天線相關(guān)性分析和BF對天線結(jié)構(gòu)的要求，本發(fā)明可以配置上天線和下天線中同一極化方向的4天線執(zhí)行BF算法，以獲得波束賦形增益從而提升鏈路覆蓋能力。由于本發(fā)明的多天線結(jié)構(gòu)中的天線存在兩個極化方向，因此可以構(gòu)成兩組天線，兩組天線各自執(zhí)行BF算法。對于LTE系統(tǒng)，存在MIMO的七種工作模式，目前這七種工作模式無法同時應(yīng)用，在某一時刻只能工作于其中一種模式，即，很難同時獲得波束賦形增益和發(fā)射分集增益。但是，從對LTE的七種MIMO工作模式的分析可以看出，模式二的發(fā)射分集模式是通過空頻編碼來實(shí)現(xiàn)發(fā)射分集增益，這種工作模式可以在信道矩陣秩為I的場景下保證獲得發(fā)射分集增益。而對于本發(fā)明，可以采用極化分集來獲得發(fā)射分集增益。極化分集技術(shù)要求不同極化方向的發(fā)射天線之間存在弱相關(guān)性，并且不同極化天線都發(fā)送同樣的信息內(nèi)容，不做空頻編碼或者空時編碼處理。此外，由于上天線或下天線部分中同一極化天線陣元間的強(qiáng)相關(guān)性可以獲得波束賦型增益。本發(fā)明的這種天線結(jié)構(gòu)可以兼容現(xiàn)有LTE國際標(biāo)準(zhǔn)，對國際標(biāo)準(zhǔn)不做修改，同時可以獲得波束賦形增益和發(fā)射分集增益，最大化地提升了 LTE的覆蓋能力。根據(jù)上述分析可以看 出，本發(fā)明采用多天線結(jié)構(gòu)中兩組不同極化天線組來執(zhí)行發(fā)射分集算法，從而獲得發(fā)射分集增益。在該多天線結(jié)構(gòu)中，由于雙極化天線中不同極化方向之間的弱相關(guān)性保證了系統(tǒng)可以獲得發(fā)射分集增益，并提升了 LTE的覆蓋增強(qiáng)能力。如果兩組極化天線之間發(fā)送不同的數(shù)據(jù)流，則可以執(zhí)行空間復(fù)用算法，以提升系統(tǒng)吞吐量和容量。此外，根據(jù)波束賦型增益的大小，還可以設(shè)置多根MMO天線，例如，在天線寬度允許的情況下，可以在圖I所示的天線右側(cè)或左側(cè)再設(shè)置2根或4根物理天線。本發(fā)明不對MMO物理天線的根數(shù)進(jìn)行限制，具體天線的根數(shù)由波束賦型增益大小決定。綜上所述，在基站中，可以將上天線部分和下天線部分中同一極化的線陣被配置為執(zhí)行基于碼本的波束賦型算法，不同極化線陣之間被配置為執(zhí)行發(fā)射分集算法，使得鏈路同時獲得波束賦型增益和發(fā)射分集增益，從而實(shí)現(xiàn)LTE覆蓋增強(qiáng)；也可以將上天線部分和下天線部分中同一極化的線陣被配置為執(zhí)行基于碼本的波束賦型算法，不同極化線陣之間被配置為執(zhí)行空間復(fù)用算法，從而在提升覆蓋能力的同時有效提升LTE容量。雖然已經(jīng)通過示例對本發(fā)明的一些特定實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上示例僅是為了進(jìn)行說明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對以上實(shí)施例進(jìn)行修改。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種天線，其特征在于，包括上天線部分和下天線部分，上天線部分與下天線部分均由雙極化線陣構(gòu)成，每個雙極化線陣均由多個線性排列的陣子構(gòu)成，上天線部分與下天線部分在垂直方向上相互隔離，上天線部分的最下一個陣子與下天線的最上一個陣子之間的間距由上下天線的端口隔離度和空間信道隔離度決定，上天線部分和下天線部分中同一極化方向的線陣間距由天線陣元間的相關(guān)性決定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，上天線部分的最下一個陣子與下天線的最上一個陣子之間的間距大于O. 5波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線，其特征在于，上天線部分的最下一個陣子與下天線的最上一個陣子之間的間距介于O. 7波長與I波長之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，上天線部分和下天線部分中同一極化方向的線陣間距介于O. 5波長與O. 8波長之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，上天線部分和下天線部分均由兩組雙極化線陣構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其特征在于，每組雙極化線陣均采用±45度的極化方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其特征在于，每組雙極化線陣中陣子的個數(shù)由天線增益決定。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，上天線部分與下天線部分封裝在一個天線罩中。
9.一種基站，其特征在于，包括權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的天線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基站，其特征在于，所述上天線部分和所述下天線部分中同一極化的線陣被配置為執(zhí)行基于碼本的波束賦型算法，不同極化線陣之間被配置為執(zhí)行發(fā)射分集算法。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的天線，其特征在于，所述上天線部分和所述下天線部分中同一極化的線陣被配置為執(zhí)行基于碼本的波束賦型算法，不同極化線陣之間被配置為執(zhí)行空間復(fù)用算法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種天線與基站。其中，該天線包括上天線部分和下天線部分，上天線部分與下天線部分均由雙極化線陣構(gòu)成，每個雙極化線陣均由多個線性排列的陣子構(gòu)成，上天線部分與下天線部分在垂直方向上相互隔離，上天線部分的最下一個陣子與下天線的最上一個陣子之間的間距由上下天線端口的隔離度決定，上天線部分和下天線部分中同一極化方向的線陣間距由天線陣元間的相關(guān)性決定。本發(fā)明利用天線結(jié)構(gòu)中兩組不同極化天線執(zhí)行發(fā)射分集算法，可以獲得發(fā)射分集增益。上天線部分和所述下天線部分中同一極化的線陣被配置為執(zhí)行基于碼本的波束賦型算法，以獲得波束賦形增益從而提升鏈路覆蓋能力。
文檔編號H01Q21/24GK102916260SQ201110221720
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者謝偉良, 畢奇 申請人:中國電信股份有限公司