一种MIMO‑相控阵天线装置、系统及其实现方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种MIMO‑相控阵天线装置、系统及其实现方法，该天线装置包括：微带阵列天线模块、功率分配模块和移相器模块，微带阵列天线模块用于通过多个宽带贴片阵元形成的阵列以预定频率和预定的数据带宽向周围空间辐射电磁场能量；功率分配模块用于通过馈线回路在预定范围内动态调整阵元的辐射功率；移相器模块用于通过调整阵元的相位，完成对通信空间中所有终端的扫描后，建立扫描成功的终端与基站之间的基于MIMO信道的数据通信连接。

【技术实现步骤摘要】
—种MIMO-相控阵天线装置、系统及其实现方法
本专利技术涉及一种天线系统，特别是一种MIMO-相控阵天线装置、系统及基于该天线系统实现的基站和终端间相互工作的原理和流程。
技术介绍
无线通信是当今世界最活跃的科研领域之一。目前无线通信面临的主要问题是如何提高数据传输速率和保证无线通信的安全性，而频率带宽和发射功率这两个传统的提高数据传输速率的资源几近饱和，因此，基于MMO的无线通信技术应运而生，如何高效的应用MIMO技术是今后一段时间内无线通信发展的重要方向。 现有的天线系统可优化的方面有:(I)天线系统多采用固定方式的MMO通信信道，这样想实现空间全覆盖必然需要MIMO信道的数量成倍增加，导致功耗增加。(2)天线系统在空间实时发射电磁场能量，对于环境污染和无用功率损耗较大。(3)天线系统几乎全部为全向通信，信道可能被侦听、监测，数据可能被篡改。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种MMO-相控阵天线装置、系统及其实现方法，以解决现有技术中存在的全向天线带来的安全隐患问题，无线电辐射生活空间造成的污染和资源浪费问题，以及通信功耗大，通信效率低的问题。 为达上述目的，本专利技术提供一种MMO-相控阵天线装置，所述天线装置应用于终端与基站之间进行终端扫描和数据通信连接建立，所述MIMO-相控阵天线装置包括: 微带阵列天线模块:用于通过多个宽带贴片阵元形成的阵列以预定频率和预定的数据带宽向周围空间辐射电磁场能量； 功率分配模块:用于通过馈线回路在预定范围内动态调整所述阵元的辐射功率； 移相器模块:用于通过调整所述阵元的相位，完成对通信空间中所有所述终端的扫描后，建立扫描成功的所述终端与所述基站之间的基于MIMO信道的数据通信连接。 上述MMO-相控阵天线装置，所述功率分配模块还包括: 功率分配网络模块:用于实时扫描所述终端的阵列的功率分配情况，通过不均等功率分配电路，进行所述阵列的功率动态分配； 功率分配网络控制模块:用于通过控制所述功率分配网络模块，实现所述阵列的功率动态分配。 上述MMO-相控阵天线装置，所述移相器模块还包括: 移相器网络模块:包含多个移相器，用于调整所述阵列的相位； 移相器网络控制模块:用于控制所述移相器网络模块，实现通过波束信号对空间进行扫描和定位。 上述MMO-相控阵天线装置，所述移相器模块的工作方式包括: 扫描定位方式:通过调整所述阵列中所述阵元的相位，使所述阵元形成的波束信号的方向在空间内连续变换，实现相控阵天线扫描定位所述终端； 通信连接方式:扫描到所述终端目标后，调整所述阵元的相位，使所述阵元形成方向固定的波束信号，进行基于MIMO信道的通信。 上述MMO-相控阵天线装置，所述阵元的大小和间距由所述天线系统的频率范围决定，所述阵元的数量由所述天线系统所需功耗决定。 本专利技术还提供一种MMO-相控阵天线系统，采用如所述MMO-相控阵天线装置，所述天线装置用于终端与基站之间进行终端扫描和数据通信，所述天线系统包含: 相控阵天线扫描模块:用于通过相控阵天线的多路径一次扫描进行整个通信空间扫描后，通过所述相控阵天线的单路径实时扫描进行新终端扫描，完成对通信空间中所有所述终端的扫描； MMO天线通信模块:针对扫描发现的所述终端，采用相控阵天线实时定位所述终端后，建立所述终端与所述基站之间的数据通信连接，并将所述天线系统的状态切换为MIMO天线通信方式。 本专利技术还提供一种MMO-相控阵天线系统的实现方法，应用于如所述MMO-相控阵天线系统，包括: 相控阵天线扫描步骤:用于通过相控阵天线的多路径一次扫描进行整个通信空间扫描后，通过所述相控阵天线的单路径实时扫描进行新终端扫描，完成对通信空间中所有所述终端的扫描； MMO天线通信步骤:针对完成扫描的所述终端，采用相控阵实时定位所述终端后，建立所述终端与所述基站之间的数据通信连接，并将所述天线系统的状态切换为MMO天线通信方式。 上述MMO-相控阵天线系统的实现方法，所述相控阵天线扫描步骤包括: 多路径一次扫描步骤:通过调整所述阵元的相位，形成多路相控阵扫描波束，每路所述波束负责在一定空间范围内扫描，所述整个通信空间扫描完成后，多路径一次扫描结束； 单路径实时扫描步骤:进行所述通信步骤的同时，系统预留一路相控阵扫描波束实时扫描空间内新的所述终端，发现所述终端后，与所述终端建立通信连接。 上述MMO-相控阵天线系统的实现方法，所述MMO天线通信步骤包括: 通信范围内通信步骤:所述终端在所述天线系统的通信范围内移动，并且已建立通信连接，则所述天线系统针对所述终端实时调整阵列阵元相位，以控制通信波束的方向，并保持与所述终端的正常通信； 通信范围外通信步骤:所述终端移动到所述天线系统的通信范围外，则所述天线系统释放该目标的通信资源，并上报统计信息。 终端固定通信步骤:所述天线系统分配通信带宽资源，计算基站与终端之间的通信距离，并检测无线信号的状态与强度，在视距环境下，所述基站与所述终端建立SISO信道通信，在非视距环境下，所述基站与所述终端之间建立MMO信道相互通信。 上述MIMO-相控阵天线系统的实现方法，所述多路径一次扫描步骤包括: 启动步骤:系统上电启动后，所述移相器网络控制模块将所述阵列调整为多路相控阵波束，每路所述波束独立，且具有互相不重叠的扫描空间范围，每路所述波束的扫描空间范围叠加构成整个通信空间； 多路波束扫描步骤:每路所述波束在各自的扫描空间发现新的所述终端，则通过应答机制建立与所述终端的通信连接，同时为所述终端分配通信资源，并完成整个所述扫描空间的扫描； 多路扫描结束步骤:所述多路波束扫描步骤结束后，统计系统资源，并启动所述单路径实时扫描步骤。 上述MMO-相控阵天线系统的实现方法，所述单路径实时扫描步骤包括: 扫描波束建立步骤:建立相控阵扫描波束，并启动所述波束扫描，所述波束覆盖所述天线系统的全部通信空间； 快速扫描步骤:在所述相控阵扫描波束扫描过程中发现新的所述终端，所述天线系统统计自身剩余的MIMO信道资源，如果资源充足，则调整扫描间隙并进行所述相控阵波束快速扫描，如果所述资源耗尽，则终止所述相控阵波束扫描； 天线调整步骤:被发现的所述终端由全向天线模式转换为定向MMO天线模式，所述天线系统分配通信资源，并与所述终端建立通信连接； 实时扫描结束步骤:所述相控阵扫描波束完成所述天线系统的通信空间扫描，并判断如果有新释放的通信资源时，则根据设定的扫描时隙，继续执行扫描波束建立步骤，否则扫描终止。 与现有技术相比 ，本专利技术的有益效果在于: (I)减小由基站全向天线带来的安全隐患，提高无线通信的安全性； (2)避免无线电辐射生活空间造成的污染和资源浪费问题； (3)降低终端的功耗、提高通信效率、使终端更专注其业务功能。 【附图说明】 图1为本专利技术天线装置结构示意图； 图2为本专利技术实施例天线装置结构示意图； 图3为本专利技术天线系统结构示意图； 图4为本专利技术实施例天线系统结构示意图； 图5为本专利技术实施例天线系统状态转移图； 图6为本专利技术实现方法示意图； 图7为本专利技术实现方法详细步骤示意图； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MIMO‑相控阵天线装置，所述天线装置应用于终端与基站之间进行终端扫描和数据通信连接建立，其特征在于，所述MIMO‑相控阵天线装置包括：微带阵列天线模块：用于通过多个宽带贴片阵元形成的阵列以预定频率和预定的数据带宽向周围空间辐射电磁场能量；功率分配模块：用于通过馈线回路在预定范围内动态调整所述阵元的辐射功率；移相器模块：用于通过调整所述阵元的相位，完成对通信空间中所有所述终端的扫描后，建立扫描成功的所述终端与所述基站之间的基于MIMO信道的数据通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种MIMO-相控阵天线装置，所述天线装置应用于终端与基站之间进行终端扫描和数据通信连接建立，其特征在于，所述MMO-相控阵天线装置包括: 微带阵列天线模块:用于通过多个宽带贴片阵元形成的阵列以预定频率和预定的数据带宽向周围空间辐射电磁场能量； 功率分配模块:用于通过馈线回路在预定范围内动态调整所述阵元的辐射功率； 移相器模块:用于通过调整所述阵元的相位，完成对通信空间中所有所述终端的扫描后，建立扫描成功的所述终 端与所述基站之间的基于MIMO信道的数据通信连接。2.根据权利要求1所述MMO-相控阵天线装置，其特征在于，所述功率分配模块还包括: 功率分配网络模块:用于实时扫描所述终端的阵列的功率分配情况，通过不均等功率分配电路，进行所述阵列的功率动态分配； 功率分配网络控制模块:用于通过控制所述功率分配网络模块，实现所述阵列的功率动态分配。3.根据权利要求1所述MMO-相控阵天线装置，其特征在于，所述移相器模块还包括: 移相器网络模块:包含多个移相器，用于调整所述阵列的相位； 移相器网络控制模块:用于控制所述移相器网络模块，实现通过波束信号对空间进行扫描和定位。4.根据权利要求1或3所述的MMO-相控阵天线装置，其特征在于，所述移相器模块的工作方式包括: 扫描定位方式:通过调整所述阵列中所述阵元的相位，使所述阵元形成的波束信号的方向在空间内连续变换，实现相控阵天线扫描定位所述终端； 通信连接方式:扫描到所述终端目标后，调整所述阵元的相位，使所述阵元形成方向固定的波束信号，进行基于MIMO信道的通信。5.根据权利要求1所述的MIMO-相控阵天线装置，其特征在于，所述阵元的大小和间距由所述天线系统的频率范围决定，所述阵元的数量由所述天线系统所需功耗决定。6.一种MMO-相控阵天线系统，采用如权利要求1-5中任一项所述MMO-相控阵天线装置，所述天线装置用于终端与基站之间进行终端扫描和数据通信，其特征在于，所述天线系统包含: 相控阵天线扫描模块:用于通过相控阵天线的多路径一次扫描进行整个通信空间扫描后，通过所述相控阵天线的单路径实时扫描进行新终端扫描，完成对通信空间中所有所述终端的扫描； MMO天线通信模块:针对扫描发现的所述终端，采用相控阵天线实时定位所述终端后，建立所述终端与所述基站之间的数据通信连接，并将所述天线系统的状态切换为MMO天线通信方式。7.一种MMO-相控阵天线系统的实现方法，应用于如权利要求6所述MMO-相控阵天线系统，其特征在于，所述实现方法包括: 相控阵天线扫描步骤:用于通过相控阵天线的多路径一次扫描进行整个通信空间扫描后，通过所述相控阵天线的单路径实时扫描进行新终端扫描，完成对通信空间中所有所述终端的扫描；MMO天线通信步骤:针对完成扫描的所述终端，采用相控阵实时定位所述终端后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张力，苏威积，裴彦杰，林秀春，肖鹏，钟松延，黄敏君，董一伯，杜丽，邓超，刘攀，孟飞，董博，赵薇，牛坤，张健，刘雨睿，王东东，张春杰，黄传鹤，
申请(专利权)人：北京计算机技术及应用研究所，北京航天爱威电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11