[发明专利]非均匀天线阵列及其信号处理

说明书

本公开涉及非均匀天线阵列及其信号处理。具体公开了一种发射端装置，其包括沿垂直方向布置的多个天线单元。在多个天线单元中的至少一部分天线单元中，相邻天线单元之间的间距在第一方向上逐渐增加。

技术领域

本公开一般地涉及天线及其信号处理，更具体地，涉及非均匀天线阵列及其信号处理。

背景技术

大规模多输入多输出(Massive multiple-input multiple-output，MIMO)技术近年来受到学术界与工业界的广泛关注，其能显著提高频谱效率和能量效率。在传统的MIMO技术中，通常在基站端配置线性均匀天线阵列(ULA)。但是，在大规模MIMO技术中，由于天线数量大，所以难以在基站端配置大规模的线性均匀天线阵列(ULA)。

近年来，提出了3D MIMO技术，其通过在基站配置二维均匀天线阵列(URA)来解决传统大规模MIMO的空间限制问题。图1A示例性地示出了现有的3D MIMO的天线阵列。在图1A中，每个方块代表一个天线单元(antenna element)。如图1A所示，在现有的3D MIMO的天线阵列中，沿用了均匀天线阵列，即，在水平和垂直方向，天线单元都是均匀排列的。

在Y.H.Nam,B.L.Ng,K.Sayana,Y.Li,J.Zhang,Y.Kim和J.Lee的文章“Full-dimensional MIMO(FD-MIMO)for next generation cellular technology”,IEEECommun.Mag.,vol.51,no.6,pp.172-179,2013年6月中的研究表明，大规模3D MIMO系统利用简单的线性预编码和检测算法可以显著提升频谱效率和能量效率。在Y.Song,S.Nagata,H.Jiang和L.Chen的文章“CSI-RS design for 3D MIMO in future LTE-advanced”,Proc.ICC 2014，pp.5101-5106，2014年6月中，提出利用三维信道矩阵的Kronecker积结构可以有效降低天线增多时的传统信号处理算法的复杂度。基于Kronecker积结构，已有针对3D MIMO的二维波束赋形方案和二维预编码方案。

3D MIMO天线系统提供水平方向与垂直方向的自由度。额外的垂直域自由度可以用于降低用户间干扰，提高系统性能。二维波束赋形及二维预编码方案首先在垂直方向进行波束赋形和预编码，之后在水平等效信道上进行预编码。利用垂直方向的波束赋形向量或预编码向量与水平方向的预编码向量作Kronecker乘积得到针对不同用户的预编码矩阵，有效降低了用户间干扰，且算法复杂度较低，获得了较好的性能。

发明内容

然而，本公开的发明人发现，传统3D MIMO天线系统存在缺陷。一般情况，用户的水平到达角在较大范围内呈均匀分布，水平方向天线能够通过不同用户的水平到达角进行区分。但当用户位于同样接近于地面的高度时，不同用户的垂直到达角仅在较小范围内非均匀分布，用户间干扰较大，垂直方向均匀分布的天线阵列对于不同用户的区分度较差，导致URA在垂直方向上分辨率较低。所以实际研究表明，若采用同样的天线数量，在空间条件允许的情况下，将天线排布成线性天线阵列可以获得最好的性能。相反，当将天线排布成3DMIMO天线阵列时，垂直方向的天线数目的增加带来的性能增益较低，无法弥补水平方向天线减少带来的性能损失。

此外，传统的3D MIMO天线系统的垂直方向的均匀天线阵列分布与信号处理方法不适用于一般的小区环境，在一定空间约束下，需要提出更合适的天线阵列排布模式设计和更适用于3D MIMO的信号处理方法。

因此，为了解决的上述问题的中的至少一个问题，本公开提供了如下方面。

根据本公开的一个方面，提供了一种发射端装置，其特征在于包括：沿垂直方向布置的多个天线单元，其中，在所述多个天线单元中的至少一部分天线单元中，相邻天线单元之间的间距在第一方向上逐渐增加。