[发明专利]一种微波天线阵列通信系统及通信方法

说明书

本发明实施例提供的微波天线阵列通信系统及通信方法，通过相控阵天线阵列替代现有的双面双极性天线，直接将微波传输设备中的各水平极化射频信号传输设备分别与相控阵天线阵列中对应水平极化天线阵列中的各子阵列连接以向对端发送水平极化射频信号，将各垂直极化射频信号传输设备分别与对应垂直极化天线阵列中的各子阵列连接以向对端发送垂直极化射频信号；对一个水平极化天线阵列和垂直极化天线阵列所发出的多射频信号之间的相位之间的关系，则直接通过相控阵天线阵列的控制器控制水平极化天线阵列各子阵列以及垂直极化天线阵列各子阵列的移相器进行配置，不依赖于天线阵列之间的物理距离以及安装精度，可降低成本及安装难度，提升可靠性。

技术领域

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种微波天线阵列通信系统及通信方法。

背景技术

现今，无线数据传输的需求增长迅猛，无线通信技术也随之迅速发展。目前常用的用以提高无线通信系统传输容量和传输速率的几种方式为频率分集，空间分集以及使用极化天线。为了说明本方案的技术背景，这里以微波LoS MIMO系统作为实例进行说明。

微波传输具有高速率，高稳定性以及土地资源占用少等优点。微波传输通常采用视距传输(Light of Sight，英文简称为LoS)。微波空间复用主要采用多天线技术(也称为多输入多输出技术，英文为Multiple Input Multiple Output，简称为MIMO)，区别于一般的MIMO，微波系统的多天线技术称为LoS MIMO(Line of Sight MIMO，简称为LoS MIMO)。LoS MIMO技术在现有带宽下极大地提升了系统的吞吐量。目前厂商做的最多的是2x2 LoSMIMO(此处2x2可以理解为广义的单极性天线阵列，对于双极性天线阵列狭义讲则为4x4MIMO)。随着技术的加强，逐渐应用4x4(对于双极性天线阵列狭义讲为8x8MIMO)至NxN LoSMIMO。

根据Shannon定理得到MIMO系统的传输容量C为：

上式(1)中：ρ是接收侧的信噪比，H′是信道传输特性的归一化矩阵，为n_R阶单位阵，(·)^H代表Hermitian变换。系统传输容量最大等效为最大化H'H'^H的行列式，即系统最大容量情况下，信道矩阵需要满足范德蒙矩阵，其任意的酉变换，都可以保证最大传输容量。以2x2微波LoS MIMO为例，其信道矩阵范德蒙表示为：

使用两次酉变换得到：

对于上述的2x2 MIMO说明，即任一路Tx会向对端的一个接收端Rx发送一路对应的Tx信号，并向另一接收端Rx发送相位延迟90°的Tx信号。例如参见图1所示，发射端Tx1同时分别向接收端Rx1和Rx2发送Tx信号和Tx'信号，Tx'信号相对送Tx信号相位延迟90°。推广到其他NxN LoS MIMO，在实现链路传输容量最大化过程中，最终都表现为对于收发天线之间的布局间距要求，还是以图1中2x2 LoS MIMO为例，在已知通信距离D的情况下，针对h进行精确的测量并天线布局，用以实现对应的移相角度确定，h与D的对应关系如下：