[发明专利]毫米波基地台天线系统

说明书

本发明公开了一种毫米波基地台天线系统，其包括M个天线子阵列以及一信号处理电路；其特征在于，任两个彼此相邻的天线子阵列的天线辐射场型的对准方向具有角度差：并且，在令x≧1.5而使得任两个相邻的天线辐射场型具有高度重迭的情况下，各天线子阵列在一用户设备的方向上具有一方向性增益，且通过MRC处理可使得M个天线子阵列的一等效增益为单一指向性增益的x倍。依此设计，只要用户设备进入该毫米波基地台天线系统的角度覆盖范围内，系统不需要消耗信号负载(Overhead)去搜寻和追踪该用户设备，即可让多个用户设备透过OFDMA分享相同的带宽资源，故而能够大幅简化基地台排程(Scheduling)的复杂度与限制，同时还能减少用户设备联机的时间延迟。

技术领域

本发明是关于无线通信的天线架构的有关技术领域，涉及一种毫米波基地台天线系统。

背景技术

已知，第五代行动通讯技术(5th generation mobile network，简称5G)为最新一代的行动通讯技术，其利用工作频率介于30GHz至300GHz之间的毫米波实现高数据传输速率的宽频带无线通信。目前，相控阵列天线(Phased array antenna)、采用全数字大规模多输入/输出技术(Fully digital massive MIMO)的阵列天线、以及采用混合波束成型技术(Hybrid beamforming)的阵列天线为5G基地台的主要搭配的天线架构。

就单端口相控阵列天线而言，阵列天线内的每个天线元件(Antenna element)都连接到一信号收发模块(T/R module)，且该信号收发模块包含一收发切换器(T/Rswitch)、一低噪音放大器(Low-noise amplifier，LNA)、一功率放大器(Power amplifier，PA)、以及一相移器(Phase shifter)。实务经验表明，在单端口相控阵列天线正常工作时，相移器会造成额外的插入损失(Insertion loss)及热损。需要说明的是，在一个新用户设备(User equipment，UE)出现在使用所述单端口相控阵列天线的5G基地台的毫米波覆盖范围之中以后，单端口相控阵列天线必须持续地使用信号负载(Overhead)去搜寻和追踪该用户设备。另一方面，当多个用户设备透过正交频分多址(Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access，OFDMA)在同一时间分享相同带宽资源之时，每个用户设备要在阵列天线的主波束的覆盖范围内，从而提升了系统在规划调配各个用户设备的带宽资源时的复杂度和困难度。举例而言，若所有用户设备都位于不同方位，则单端口相控阵列天线系统便无法让这些用户设备透过OFDMA在同一时间分享相同带宽资源。由此可知，单端口相控阵列天线系统在实务应用上具有许多限制。

另一方面，采用全数字大规模多输入/输出技术的阵列天线系统每一天线元素具有一信号处理电路，该信号处理电路包括一信号收发模块、一混频器(mixer)、一模拟数字转换器、以及一数字模拟转换器。此阵列天线系统的建置成本相当高。并且，当信号传输带宽提升至数百兆赫兹时，大量的数据传输会使得信号处理电路有非常重的运算负载。

再者，采用混合波束成型技术的阵列天线系统具有至少两个子阵列以及一信号处理电路。其中，各所述子阵列包含至少两个天线元件以及一个信号传输端口，且该信号处理电路包括：与该信号传输端口电性连接的一混频器、一模拟数字转换器以及一数字模拟转换器。此外，子阵列中的每个天线元件被连接至一信号收发模块，且该信号收发模块包括一收发切换器、一低噪音放大器、一功率放大器、以及一相移器，从而利用该相移器调整该子阵列的一波束形状。因此，与全数字大规模多输入/多输出的阵列天线相比此种天线系统不仅使用少量的混频器、模拟数字转换器和数字模拟转换器，同时也减少了信号传输端口的设置数量。可惜的是，此种天线系统仍旧必须持续地去搜寻和追踪用户设备。因此，当多个用户设备透过OFDMA在同一时间分享相同带宽资源之时，采用混合波束成型技术的阵列天线系统在规划调配各个用户设备的带宽资源时的复杂度和困难度仍旧是相当高。

由上述说明可知，本领域亟需一种新式的毫米波基地台天线系统。

发明内容