[发明专利]一种天线装置及信号处理方法

说明书

本申请公开一种天线装置，该天线装置中包含Q层介质基板的散射体结构设置于天线阵列的上方；Q层介质基板的目标区域内包含轴对称结构的谐振元，其数目和分布满足一定的条件，其中至少有一个谐振元被天线阵列上与目标区域对应的范围内的第一天线单元和相邻的第二天线单元共用。本申请技术方案通过在天线阵列上方设置散射体结构，降低天线单元之间的空间相关性，使得到达天线阵列的波束信号能够被更好的区分，信号叠加干扰降低，MIMO性能提升。

技术领域

本申请涉及天线技术领域，具体涉及一种天线装置及信号处理方法。

背景技术

随着5G的到来，大规模多输入多输出(massive multiple-input multiple-output，M-MIMO)技术逐渐成为5G系统中最为核心的关键技术之一。M-MIMO技术通过增加天线单元的数目以求获得更高的频谱效率和能量效率。目前大量关于M-MIMO系统的研究工作都是在理想传输条件下进行的，即不考虑安置天线阵列的物理尺寸并且假设天线单元之间的距离足够大(大到相邻天线单元之间的电场和磁场互不影响)。对于传统MIMO技术，由于天线单元的数目有限，理想的传输条件可能会满足，但随着目前终端小型化的发展趋势，特别是M-MIMO技术的兴起，设计紧凑型的天线阵列已成为必然趋势，即在固定物理尺寸上配置越来越多的天线单元，天线单元之间的距离逐渐减小。

然而，M-MIMO系统的性能强烈依赖于天线阵列的性能和传输环境。其中，天线单元之间的空间相关性是M-MIMO天线阵列性能的主要限制因素之一。随着天线单元之间间距的减小，天线单元之间的空间相关性将会增大，进而会带来M-MIMO性能的下降。天线单元之间的空间相关性可以表征为任意两个天线单元的方向图的相关性，尤其是相邻两个天线单元之间的相关性。两个天线单元之间的相关性可以表示为：

其中，E_i(θ,φ)为天线单元i的3D辐射方向图。

当两个天线单元的方向图的相关性越高时，接收端天线接收到的两个天线单元发送的信号之间的差异性越低，信号与干扰加噪声比(signal to interference plus noiseratio,SINR)会降低，从而导致信道容量下降。

天线单元之间的空间相关性还可以通过两个天线单元端口之间的相位差体现。对于两条径θ1和θ2，相邻两个单元之间产生的相位差为Δφ＝Δφ1-Δφ2，其中，Δφ1＝k*d*cosθ1，Δφ2＝k*d*cosθ2，传统天线的k＝2*pi/λ₀,λ₀为中心频点在自由空间的波长。当间距d变小时，对于固定指向下的θ1和θ2，Δφ1和Δφ2会变小，且|Δφ1-Δφ2|也会变小；最终降低了阵列天线对多径信号的分辨率，使得性能降低。

天线单元之间的空间相关性与散射传播和天线特性密切相关。天线特性能够直接决定M-MIMO信道的性能，发射端天线的多个天线单元发出的信号经过散射传播，在无线信道中混合在一起，经由接收端天线接收后，发射数据通过系统的空时处理得到分离和恢复，接收端天线的各天线单元接收信号的独立程度，即天线单元之间的空间相关性直接决定了M-MIMO的性能。

因此，在实际应用过程中，如何降低有限区域内天线阵列(特别是M-MIMO天线阵列)中每对天线单元之间的空间相关性以提升MIMO性能是一个亟待解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种天线装置，该装置中的散射体结构能够增大天线阵列中相邻天线单元的方向图的相位差或改变相邻天线单元方向图的幅度指向，使得天线单元之间的空间相关性降低，从而使得经由该散射体结构牵引到达天线阵列波束信号能够被更好的区分，信号叠加的干扰降低，从而提升了MIMO性能。