[发明专利]一种面向5G的多维自适应MIMO系统及其调整天线端口的辐射模式的方法

权利要求书

1.一种利用面向5G的多维自适应MIMO系统调整天线端口的辐射模式的方法，面向5G的多维自适应MIMO系统包括发射天线阵列、第一转盘、宽带矢量信号发生器、接收天线阵列、第二转盘、宽带矢量信号分析仪和数据获取终端；所述发射天线阵列与第一转盘相连，第一转盘用于控制发射天线阵列进行360度旋转；宽带矢量信号发生器与发射天线阵列相连，宽带矢量信号发生器用于产生无线信号，发射天线阵列用于发射无线信号；接收天线阵列与第二转盘相连，第二转盘用于控制接收天线阵列进行360度旋转；接收天线阵列用于接收发射天线阵列发射的无线信号；宽带矢量信号分析仪与接收天线阵列相连，用于分析接收天线阵列接收的无线信号；数据获取终端与宽带矢量信号发生器和宽带矢量信号分析仪相连，数据获取终端U6用于采集、存储和计算无线信号数据，其特征在于，方法包括以下步骤：

S1、通过优化天线元件的权重矢量，将天线端口之间的相关性表示为构成天线端口的天线元件矩阵及其相应的权重矢量函数；

S2、通过控制施加到天线元件的天线元件方位角度，天线元件仰角度和天线元件下倾角度实现天线端口的辐射模式的动态调整；天线端口的辐射模式用下式表示：

式中，是N_e×N_BP个天线元件的权重矢量矩阵，是N_e×N_BP个天线元件的辐射响应矩阵，N_BP为发射天线阵列中发射天线的个数，N_e为每个发射天线对应天线元件或权重矢量的个数；

第i个天线端口中的第j个天线元件的辐射响应表示为：

式中，d_y是天线端口之间的水平距离，d_z是天线元件之间的垂直距离，φ是天线元件方位角度，θ是天线元件仰角度；

第i个天线端口中的第j个天线元件的权重矢量表示为：

式中，θ_e是天线元件下倾角度。

2.根据权利要求1所述的利用面向5G的多维自适应MIMO系统调整天线端口的辐射模式的方法，其特征在于，所述发射天线阵列包括N_BP个发射天线U11,…,U1N_BP-1,U1N_BP，每个发射天线对应一组布置在垂直域中的天线元件，发射天线U11包括天线端口U111，权重矢量U121(β₁(θ_e)),U122(β₂(θ_e)),…,U12Ne(β_Ne(θ_e))，以及天线元件U131,U132,…,U13Ne；其他发射天线依次类推。

3.根据权利要求2所述的利用面向5G的多维自适应MIMO系统调整天线端口的辐射模式的方法，其特征在于，每个发射天线中，天线端口位于发射天线的顶端，用于发射天线的无线信号发射；权重矢量用于控制天线元件在目标方向上的辐射角度；多个天线元件构成了发射天线的列，各个天线元件携带相同的信号，根据相应的辐射角度将方向聚焦于接收天线阵列。

4.根据权利要求2所述的利用面向5G的多维自适应MIMO系统调整天线端口的辐射模式的方法，其特征在于，每个发射天线中，天线元件在发射天线内部纵向等距离放置。

5.根据权利要求1所述的利用面向5G的多维自适应MIMO系统调整天线端口的辐射模式的方法，其特征在于，所述第一转盘、第二转盘均为圆形，第一转盘、第二转盘分别控制发射天线阵列和接收天线阵列进行360度顺时针或者逆时针旋转。

6.根据权利要求1所述的利用面向5G的多维自适应MIMO系统调整天线端口的辐射模式的方法，其特征在于，所述步骤S1中天线元件的权重矢量通过数据获取终端根据自适应算法调整，自适应算法采用递归最小平方算法。