一种混合多波束形成方法及相关装置制造方法及图纸

本申请实施例公开了一种混合多波束形成方法及相关装置。本申请实施例提供的一种天线装置包括采用矩形阵列的平面相控阵天线；所述平面相控阵天线包括S行天线子阵，且S行天线子阵以所述天线装置的移动方向为基准排列，有利于降低波束的切换开销。

【技术实现步骤摘要】
一种混合多波束形成方法及相关装置
本专利技术涉及通信领域，尤其涉及一种混合多波束形成方法及相关装置。
技术介绍
当前运营和部署中的卫星系统多采用点波束方案，通过多波束天线可以在同一时刻形成多个点波束覆盖地面不同区域，以解决地面基站未覆盖区域的通信问题。例如，铱星系统中每颗卫星配有48个L波段固定点波束，以提供全球通信。非地球静止轨道(non-geostationaryearthorbit,NGEO)卫星系统采用高增益点波束与地面终端进行数据传输，可以提供低通信时延和高通信速率；同时，该系统可以降低单颗卫星的成本，是目前卫星通信的研究热点。但是，由于NGEO卫星系统具有相对于地面高速移动的特点，使得用户即使相对于地面没有移动，也会存在波束切换频繁的问题，增加了波束的切换开销，降低了系统性能。因此，针对NGEO卫星通信场景，如何降低波束的切换开销，提高系统性能成为待解决的问题。
技术实现思路
本申请实施例提供一种混合多波束形成方法及相关装置，有利于降低波束的切换开销。第一方面，本申请实施例提供一种天线装置，包括采用矩形阵列的平面相控阵天线，该平面相控阵天线包括S行天线子阵，S行天线子阵以天线装置的移动方向为基准排列。其中，该S行天线子阵以天线装置的移动方向为基准排列，有利于使得每行天线子阵形成的子阵波束在地面的覆盖区域在天线装置移动过程中，也沿天线装置的移动方向移动，从而有利于在天线装置相对于用户设备的过顶时长内，用户设备处于同一个子阵波束在地面的覆盖区域中，不需要调整天线子阵的移相器配置，进而降低波束的切换开销。在一种可能的设计中，天线子阵包括T列天线单元，T列天线单元均以垂直于天线装置的移动方向为基准排列。可见，该设计方式有利于使得该T列天线单元形成的阵列波束在地面的覆盖区域在天线装置移动过程中，也沿天线装置的移动方向移动，并且，有利于减少相同覆盖区域所需的阵列波束个数。在一种可能的设计中，平面相控阵天线的阵列法向指向地心，S行天线子阵以天线装置的移动方向为基准依次等距排列；和/或，T列天线单元均以垂直于天线装置的移动方向为基准依次等距排列。采用该设计，可以确定矩形阵列所在的平面与地面平行，进而确定S行天线子阵的排列方式以及每行天线子阵的T列天线单元的排列方式。可见，该设计方式使S行天线子阵的阵列结构相同，则S行天线子阵形成的子阵波束相同，有利于满足该平面相控阵天线的天线增益需求。在一种可能的设计中，S行天线子阵中相邻的天线子阵之间的间距均不大于工作频率对应的波长的一半；和/或，每行天线子阵中相邻的天线单元之间的间距均不大于工作频率对应的波长的一半。采用该设计，可以避免栅瓣的出现，降低不同波束之间的干扰。在一种可能的设计中，S行天线子阵的移相器配置在同一时刻相同。采用该设计，S行天线子阵在地面的覆盖区域相同，可以满足该平面相控阵天线的天线增益需求。在一种可能的设计中，在天线装置相对于用户设备的过顶时长内，S行天线子阵的移相器配置不变，数据流映射到所述S行天线子阵的加权系数改变。采用该设计，在天线装置相对于用户设备的过顶时长内，只调整预编码矩阵来切换波束在地面的覆盖区域，不需要重新配置移相器，可以降低波束的切换开销。第二方面，本申请实施例提供一种混合多波束形成方法，可以实现对地覆盖，该方法采用第一方面提供的天线装置，通过获取第一覆盖区域所需的子阵波束个数N以及第二覆盖区域所需的阵列波束个数M，形成N*M个点波束；其中，第一覆盖区域为垂直于天线装置的移动方向上的覆盖区域，第二覆盖区域为沿天线装置移动方向上的覆盖区域。可见，该方案使第一覆盖区域垂直于天线装置的移动方向，第二覆盖区域沿天线装置移动方向，在实现对地覆盖时可以减少移相器的切换次数，进而降低波束的切换开销。在一种可能的设计中，根据第一角度和第二角度确定第一覆盖区域所需的子阵波束个数N，例如，根据第一角度和第二角度的商确定第一覆盖区域所需的子阵波束个数N。其中，第一角度为天线阵列在垂直于所述天线装置的移动方向的半张角，第二角度为天线阵列在垂直于所述天线装置的移动方向的功率角。采用该设计，可以实现对地覆盖所需的子阵波束个数最少。在一种可能的设计中，根据第三角度和第四角度确定第二覆盖区域所需的阵列波束个数M，例如，根据第三角度和第四角度的商确定第二覆盖区域所需的阵列波束个数M。其中，第三角度为天线阵列沿天线装置的移动方向的半张角，第四角度为天线阵列在垂直于天线装置的移动方向的功率角。采用该设计，有利于实现对地覆盖所需的阵列波束个数最少。在一种可能的设计中，本申请实施例提供的混合多波束形成方法采用第一方面任一项或多项实施方式所述的天线装置。第三方面，本申请实施例提供一种混合多波束形成方法，可以实现指定用户区域的覆盖，该方法采用第一方面提供的天线装置，通过获取覆盖用户设备所在位置对应的子阵波束索引n以及阵列波束索引m，形成点波束Bnm，该点波束Bnm在地面的覆盖区域包括用户设备所在位置。其中，在天线装置相对于用户设备的过顶时长内，用户设备所在位置均处于同一子阵波束在地面形成的覆盖区域，但处于不同阵列波束在地面形成的不同覆盖区域；所述N为第一覆盖区域所需的子阵波束个数；所述M为第二覆盖区域所需的阵列波束个数；所述第一覆盖区域为垂直于所述天线装置的移动方向上的覆盖区域；所述第二覆盖区域为沿所述天线装置的移动方向上的覆盖区域。采用该方案，在天线装置相对于用户设备的过顶时长内，由于用户设备所在位置均处于同一子阵波束在地面形成的覆盖区域内，则不需要调整移相器的配置，只需要修改预编码矩阵来切换波束在地面形成的不同覆盖区域以覆盖用户设备所在区域，可以降低波束的切换开销。在一种可能的设计中，根据子阵波束索引n确定移相器配置，以及根据阵列波束索引m确定用户设备的数据流映射到所述S行天线子阵的加权系数，形成点波束Bnm，该点波束Bnm在地面的覆盖区域包括用户设备所在位置。在一种可能的设计中，根据第一角度、子阵波束索引n、相邻的天线单元之间的间距及工作频率对应的波长，确定移相器配置，其中，移相器配置包括T个移相器的移相值。例如，首先根据第一角度、子阵波束索引n与子阵波束个数N，确定第n个子阵波束与阵列法向的夹角；然后根据第n个子阵波束与阵列法向的夹角对应的余弦值、相邻的天线子阵之间的间距、移相器的索引t及工作频率对应的波长，确定第t个移相器的移相值。采用该设计，可以计算S行天线子阵对应的移相器配置，以确定S行天线子阵形成的阵列波束在地面的覆盖区域。在一种可能的设计中，根据第三角度、阵列波束索引m、相邻的天线子阵之间的间距及工作频率对应的波长，确定用户设备的数据流映射到所述S行天线子阵的加权系数。例如，首先根据第三角度、阵列波束索引m及阵列波束个数M，确定点波束Bnm的波束方向与阵列法向的夹角；然后根据点波束Bnm的波束方向与阵列法向的夹角对应的余弦值、相邻的天线子阵之间的间距、天线子阵的索引s及工作频率对应的波长，确定用户设备的数据流m映射到第s行天线子阵的加权系数。采用该设计，可以计算用户设备的数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线装置，其特征在于，所述天线装置应用于混合多波束形成方法中，所述天线装置包括采用矩形阵列的平面相控阵天线；/n所述平面相控阵天线包括S行天线子阵；/n所述S行天线子阵以所述天线装置的移动方向为基准排列。/n

【技术特征摘要】
1.一种天线装置，其特征在于，所述天线装置应用于混合多波束形成方法中，所述天线装置包括采用矩形阵列的平面相控阵天线；
所述平面相控阵天线包括S行天线子阵；
所述S行天线子阵以所述天线装置的移动方向为基准排列。


2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，每行天线子阵包括T列天线单元，所述T列天线单元均以垂直于所述天线装置的移动方向为基准排列。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述平面相控阵天线的阵列法向指向地心；所述S行天线子阵以所述天线装置的移动方向为基准排列包括：所述S行天线子阵以所述天线装置的移动方向为基准依次等距排列；
和/或，
所述T列天线单元均以垂直于所述天线装置的移动方向为基准排列包括：所述T列天线单元均以垂直于所述天线装置的移动方向为基准依次等距排列。


4.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述S行天线子阵中相邻的天线子阵之间的间距均不大于工作频率对应的波长的一半；和/或，
所述每行天线子阵中相邻的天线单元之间的间距均不大于工作频率对应的波长的一半。


5.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，所述S行天线子阵的移相器配置在同一时刻相同。


6.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，在所述天线装置相对于用户设备的过顶时长内，所述S行天线子阵的移相器配置不变，数据流映射到所述S行天线子阵的加权系数改变；
其中，所述天线装置相对于用户设备的过顶时长为所述天线装置产生的点波束在地面的覆盖区域覆盖所述用户设备所在位置的时长。


7.一种混合多波束形成方法，其特征在于，所述方法包括：
获取第一覆盖区域所需的子阵波束个数N以及第二覆盖区域所需的阵列波束个数M；所述第一覆盖区域为垂直于所述天线装置的移动方向上的覆盖区域，所述第二覆盖区域为沿所述天线装置移动方向上的覆盖区域；
根据所述子阵波束个数N和所述阵列波束个数M形成N*M个点波束。


8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取第一覆盖区域所需的子阵波束个数N，包括：
根据第一角度和第二角度确定第一覆盖区域所需的子阵波束个数N，所述第一角度为所述天线阵列在垂直于所述天线装置的移动方向的半张角，所述第二角度为所述天线阵列在垂直于所述天线装置的移动方向的功率角。


9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取第二覆盖区域所需的阵列波束个数M，包括：
根据第三角度和第四角度确定第二覆盖区域所需的阵列波束个数M，所述第三角度为所述天线阵列沿所述天线装置的移动方向的半张角，所述第四角度为所述天线阵列沿所述天线装置的移动方向的功率角。


10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据第一角度和第二角度确定第一覆盖区域所需的子阵波束个数N，包括：
根据所述第一角度和所述第二角度的商确定所述第一覆盖区域所需的子阵波束个数N。


11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据第三角度和第四角度确定第二覆盖区域所需的阵列波束个数M，包括：
根据所述第三角度和所述第四角度的商确定所述第二覆盖区域所需的阵列波束个数M。


12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1至6任一项所述的天线装置。


13.一种混合多波束形成方法，其特征在于，所述方法包括：
获取覆盖用户设备所在位置对应的子阵波束索引n以及阵列波束索引m，所述n为小于或等于N的整数，所述m为小于或等于M的整数；
根据所述子阵波束索引n以及所述阵列波束索引m形成点波束Bnm，所述点波束Bnm在地面的覆盖区域包括所述用户设备所在位置；
其中，在所述天线装置相对于用户设备的过顶时长内，所述用户设备所在位置均处于同一子阵波束在地面的覆盖区域，但处于不同阵列波束在地面的不同覆盖区域；
所述N为第一覆盖区域所需的子阵波束个数；所述M为第二覆盖区域所需的阵列波束个数；所述第一覆盖区域为垂直于所述天线装置的移动方向上的覆盖区域；所述第二覆盖区域为沿所述天线装置的移动方向上的覆盖区域。


14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述根据所述子阵波束索引n以及所述阵列波束索引m形成点波束Bnm，包括：
根据所述子阵波束索引n确定移相器配置，以及根据所述阵列波束索引m确定所述用户设备的数据流映射到所述S行天线子阵的加权系数。


15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据所述子阵波束索引n确定移相器配置，包括：
根据第一角度、所述子阵波束索引n、相邻的天线单元之间的间距及工作频率对应的波长，确定移相器配置，所述移相器配置包括T个移相器的移相值；所述第一角度为所述平面相控阵天线阵列在垂直于所述天线装置的移动方向的半张角。


16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据所述阵列波束索引m确定所述用户设备的数据流映射到所述S行天线子阵的加权系数，包括：
根据第三角度、所述阵列波束索引m、相邻的天线子阵之间的间距及工作频率对应的波长，确定所述用户设备的数据流映射到所述S行天线子阵的加权系数；所述第三角度为所述平面相控阵天线阵列沿所述天线装置的移动方向的半张角。


17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述根据第一角度、所述子阵波束索引n、相邻的天线单元之间的间距及工作频率对应的波长，确定移相器配置，包括：
根据所述第一角度、所述子阵波束索引n与所述N，确定第n个子阵波束与阵列法向的夹角；
根据所述第n个子阵波束与阵列法向的夹角对应的余弦值、相邻的天线子阵之间的间距、移相器的索引t及工作频率对应的波长，确定第t个移相器的移相值。


18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述根据第三角度、所述阵列波束索引m、相邻的天线子阵之间的间距及工作频率对应的波长，确定所述用户设备的数据流映射到所述S行天线子阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晶晶，王光健，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44