[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

说明书

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，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；宽带矢量信号发生器、宽带矢量信号分析仪分别与发射天线阵列、接收天线阵列相连，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。方法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；通过控制施加到天线元件方位角度，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。本发明采用天线阵列结构，形状因子更灵活，提供更多分析信息，增加系统空间相关性。

技术领域

本发明涉及一种面向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，利用天线元件的数量、位置、模式和相应的权重矢量来控制天线端口的辐射模式。

背景技术

大规模多输入多输出(MIMO)基站配备大量天线(一般为几十到几百个)，以获得额外的系统增益。MIMO技术是第五代(5G)无线通信系统研究和标准化的活跃领域。MIMO技术由于能够应对无线数据业务的增长和提高无线系统的可靠性，因此在过去的二十年中一直是人们关注的课题。从旅客体验来看，除了5G的要求外，高速铁路，城市轨道交通和地铁的下一代交通系统对宽带和数据传输速率也有要求，大规模MIMO已成为下一代无线通信系统发展的必然趋势。

为了与现有的第三代合作伙伴计划(3GPP)LTE标准兼容，大多数现有MIMO在基站部署少于十个线性放置的天线，频谱效率的相应提高虽然很重要，但还可以通过将这些系统扩大到可能的数量级来大大改善数据传输效率。虽然大规模MIMO技术是下一代蜂窝系统的关键推动力，但其成功部署的道路仍然存在许多实际挑战。一个主要的挑战是基站塔顶配备的天线数量受到基站形状因素和LTE载波频率的限制。为了克服这个困难，3GPP提出了使用2D均匀平面阵列，与传统的均匀线阵(ULA)相比，可以提供更多的分析信息。除了大规模天线阵列的出现之外，在过去的十年中，基站收发信台设备位于远离无源天线元件阵列的位置，放大器和移相器的模拟部分位于无源天线元件的远程无线接口附近。与传统的LTE系统相比，多维MIMO天线的数量由基站的平面结构决定。2D平面阵列结构中的大量天线元件给用户提供了大量的空间分离传输链路。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有大规模MIMO部署存在的上述不足，提供一种面向5G的多维自适应MIMO系统，采用二维平面阵列结构，与传统的均匀线阵相比，其形状因子更灵活，可以提供更多分析信息；通过控制施加到天线元件的权重矢量实现天线辐射模式的动态调整；同时，大规模紧凑的天线阵列结构增加了测试系统的空间相关性。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种面向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，数据获取终端用于采集、存储和计算无线信道估计和接收信噪比估计参数。