天線系統和天線重構方法與流程
2023-10-09 06:44:04 1
本發明涉及移動通信領域，特別涉及一種天線系統和天線重構方法。
背景技術：
移動通信基站通常採用三扇區蜂窩配置，在頻譜資源有限的情況下，通常會使用增加扇區(如六扇區)蜂窩配置來提高系統容量。而該配置在絕大多數應用場景和在時間上存在容量不平衡現象，由於在白天的話務量和數據業務大，所以在全部時間內都採用六扇區蜂窩配置，六套設備同時運行能夠滿足白天的大容量需求。然而在夜間由於用戶數量急劇減少，六套設備同時開啟將浪費大量資源。如果晚上能夠關掉一部分設備，這將大幅降低運營商的OPEX(OperatingExpense，日常支出)，但是，在部分設備被關閉時，無法保證與全部設備共同工作時相同的覆蓋和服務質量。
技術實現要素：
為了在節約資源的同時保證設備的相同覆蓋和服務質量，本發明實施例提供了一種天線系統和天線重構方法。所述技術方案如下：一種天線系統，所述天線系統包括：天線、天線饋電網絡以及至少兩個信號源，所述的天線饋電網絡包括與所述信號源之間進行信號傳輸的第一埠以及與所述天線之間進行信號傳輸的第二埠，所述的天線系統還包括：開關網絡，所述開關網絡連接在所述天線饋電網絡的第一埠或者第二埠處，用以根據信號源的工作狀態來重構天線系統的扇區，以使所述天線系統能夠在相同的蜂窩拓撲的基礎上實現多波束覆蓋及全區域波束覆蓋兩種狀態間的自由切換，其中，所述全區域波束覆蓋包括所述的多波束覆蓋的部分或者全部。一種天線系統，所述天線系統包括：天線、天線饋電網絡以及至少兩個信號源，所述天線、天線饋電網絡以及至少兩個信號源依次連接形成一個信號傳輸鏈路，所述天線系統還包括：開關網絡，所述開關網絡連接在所述信號傳輸鏈路中，所述開關網絡至少包括兩種工作狀態，其中，在第一種工作狀態下所述開關網絡將所述至少兩個信號源通過所述天線饋電網絡與所述天線相連通以使所述天線系統形成多波束覆蓋，所述多波束覆蓋包括所述至少兩個信號源中的各個信號源所構成的波束覆蓋；在第二工作狀態下所述開關網絡將所述至少兩個信號源中的一個信號源通過所述天線饋電網絡與所述天線相連通以使所述天線系統形成與所述多波束覆蓋區域重疊的全區域波束覆蓋，其中，所述全區域波束覆蓋包括在所述的第一種工作狀態下所述至少兩個信號源中的的各個信號源所構成的波束覆蓋的部分或者全部。一種天線系統，所述天線系統包括：天線、天線饋電網絡和至少兩個信號源，所述天線饋電網絡中包括有用以進行信號傳輸的信號通道，所述天線系統還包括：開關網絡，所述開關網絡與所述天線、天線饋電網絡和至少兩個信號源電連接，所述開關網絡用於當所述至少兩個信號源中的任一個信號源停止工作時，則根據所述天線饋電網絡中各信號通道的相位延遲關係調整所述各信號通道的相位延遲，使得所述天線在相同的蜂窩拓撲的基礎上形成全區域覆蓋波束，其中所述的全區域覆蓋波束同時覆蓋在所述至少兩個信號源中的任一個信號源在停止工作前所述至少兩個信號源各自構成的波束覆蓋的區域的部分或者全部。一種天線重構方法，所述天線系統包括：天線、天線饋電網絡、至少兩個信號源和開關網絡，所述開關網絡與所述天線、天線饋電網絡和至少兩個信號源電連接，所述天線饋電網絡中包括有用以進行信號傳輸的信號通道，所述方法包括：當所述至少兩個信號源中的任一個信號源停止工作時，所述開關網絡根據所述天線饋電網絡中各信號通道的相位延遲關係調整所述各信號通道的相位延遲，使得所述天線在相同的蜂窩拓撲的基礎上形成全區域覆蓋波束，其中所述的全區域覆蓋波束同時覆蓋在所述至少一個信號源在停止工作前所述至少兩個信號源各自構成的波束覆蓋的區域的部分或者全部。本發明實施例提供的技術方案的有益效果是：在移動通信基站容量下降的情況下，天線系統的兩個或多個信號源自動關閉、系統其餘設備工作時，利用開關網絡調整相位，使得天線陣列保持相同的覆蓋和服務，並在用戶規模較大時，通過扇區重構技術得到網絡容量提升，CAPEX(CapitalExpenditure，固定資產投入)支出更加均衡和有效，避免了資源浪費，保證了在低耗能的情況下的覆蓋範圍和服務質量。附圖說明圖1a是本發明實施例提供的一種天線系統的結構示意圖；圖1b是本發明實施例提供的一種天線系統的結構示意圖；圖1c是本發明實施例提供的一種天線系統的另一種結構示意圖；圖2a是本發明實施例提供的一種天線的優選結構示意圖；圖2b是本發明實施例提供的一種天線饋電網絡的優選結構示意圖；圖2c是一個天線饋電網絡的優選結構示意圖；圖2d是本發明實施例提供的一種開關網絡的優選結構示意圖；圖2e是本發明實施例提供的一種常規三扇區的天線系統的結構示意圖；圖2f是本發明實施例提供的一個實例的波束覆蓋圖；圖3a是本發明實施例提供的一種劈裂六扇區的天線系統的結構示意圖；圖3b是本發明實施例提供的一個實例的波束覆蓋圖；圖4a是本發明實施例提供的一種常規三扇區的天線系統的結構示意圖；圖4b是本發明實施例提供的一種開關網絡的結構示意圖；圖4c是本發明實施例提供的一個實例的波束覆蓋圖；圖5是本發明實施例提供的一種劈裂六扇區的天線系統的結構示意圖；圖6是本發明實施例提供的一種天線系統的結構示意圖；圖7是本發明實施例提供的一種天線系統的結構示意圖；圖8是本發明實施例提供的一種基於上述天線系統的天線重構方法的流程圖。具體實施方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。圖1a是本發明實施例提供的一種天線系統的結構示意圖，該天線系統包括：天線101、天線饋電網絡102以及至少兩個信號源103，該的天線饋電網絡102包括與該信號源103之間進行信號傳輸的第一埠A以及與該天線之間進行信號傳輸的第二埠B，該的天線系統還包括：開關網絡104，該開關網絡104連接在該天線饋電網絡102的第一埠A或者第二埠B處，用以根據信號源103的工作狀態來重構天線系統的扇區，以使該天線系統能夠在相同的蜂窩拓撲的基礎上實現多波束覆蓋及全區域波束覆蓋兩種狀態間的自由切換，其中，該全區域波束覆蓋包括多波束覆蓋的部分或者全部。當所述至少兩個信號源103全部工作時，所述開關網絡104使所述天線系統形成多波束覆蓋，當所述至少兩個信號源103中的部分停止工作時，所述開關網絡使所述天線系統形成全區域波束覆蓋。該全區域波束覆蓋是指同時覆蓋所述部分信號源停止工作前所有的信號源各自構成的波束覆蓋的部分或者全部。具體地，該天線系統有圖1b和圖1c所示的連接方式，參見圖1b，天線101通過第二埠B與天線饋電網絡102連接，開關網絡104的一端埠C通過第一埠A與天線饋線網絡102連接，另一端埠D與至少兩個信號源103連接。參見圖1c，天線101通過埠D與開關網絡104連接，開關網絡104的另一端埠C通過第二埠B與天線饋電網絡102連接，天線饋電網絡102通過第一埠A與至少兩個信號源103連接。基於圖1b，所述開關網絡104連接在天線饋電網絡102和至少兩個信號源103之間。在基站處於高容量時，該至少信號源103都正常工作，天線形成兩個分裂波束，每個信號源103各激勵一個波束，形成多波束覆蓋。當該至少兩個信號源103中的任一個信號源停止工作時，僅由一個信號源103激勵波束，則該開關網絡104根據當前天線饋電網絡中各通道的相位延遲關係調整信號源發出的信號的相位，從而將天線饋電網絡中所述各通道的相位調整至預設相位，使得所述天線101形成與所述任一個信號源停止工作之前多波束覆蓋的部分或者全部。基於圖1c，在本實施例中，開關網絡104連接在所述天線饋電網絡102和所述天線101之間。當該至少兩個信號源中的任一個信號源103停止工作時，則該開關網絡104根據當前天線饋電網絡中各通道的相位延遲關係將天線饋電網絡中所述各通道的相位調整至預設相位，使得所述天線101形成與所述任一個信號源停止工作之前多波束覆蓋的部分或者全部。上述的預設相位為技術人員根據系統的各個參數等進行設置的，本發明實施例不做具體限定。優選地，所述開關網絡包括移相開關，該移相開關用於進行相位調整或相位補償。由開關網絡改變饋電網絡輸出給天線的相位(有的實施例中包括電壓幅度)，從而達到波束重構(或扇區重構)的目的。進一步地，所述天線系統還包括控制裝置，所述控制裝置用以控制所述開關網絡的工作狀態以實現所述的根據信號源的工作狀態來重構天線系統的扇區。具體地，該控制裝置根據信號源的工作狀態控制開關網絡的工作狀態，以重構天線系統的扇區，使得當多個信號源中的任一個或任幾個停止工作時，天線系統形成與多波束覆蓋區域重疊的全區域波束覆蓋。所述控制裝置為手動控制裝置或者電調控制裝置。在天線系統中增加一個開關網絡，該開關網絡能夠根據信號源的工作狀態來重構天線系統的扇區以使該天線系統能夠在具有重疊的覆蓋區域的多波束覆蓋或全區域波束覆蓋兩種狀態間自由切換，避免了資源浪費，保證了在低耗能的情況下的覆蓋範圍和服務質量。進一步地，以基於圖1b的天線系統為例進行說明：本領域技術人員可以獲知，天線系統各組成部分的結構可以如下：參見圖2a，圖2a是本發明實施例提供的一種天線的優選結構示意圖。天線101可以為由多個能夠產生獨立波束的天線陣列組成，優選地，該天線101由兩個能夠產生獨立波束的天線陣列組成。參見圖2b，圖2b是本發明實施例提供的一種天線饋電網絡的優選結構示意圖。該天線饋電網絡102由至少兩個天線饋電網絡102a組成，參見圖2c，圖2c是一個天線饋電網絡的優選結構示意圖。典型的天線饋電網絡102a由兩個不等分功分器、兩個90°電橋和兩個固定移相元組成，構成輸入與輸出埠的幅相分配關係。表1是天線饋電網絡102a的輸入輸出信號電壓表。在本實施例中，圖2c中的a/b＝0.4。表1(3)參見圖2d，圖2d是本發明實施例提供的一種開關網絡的優選結構示意圖。該實施例中的開關網絡為相位補償控制開關，下表2為相位補償控制開關狀態對應輸出埠間的相對相位表。表2圖2e是本發明實施例提供的一種常規三扇區的天線系統的結構示意圖。參見圖2e，常規三扇區中，該天線系統包括：天線101、天線饋電網絡102、信號源103和開關網絡104，其中，該天線101為一劈裂天線，信號源103為BTS或RRU等基站設備，開關網絡104為相位補償狀態控制開關。信號源103的兩個極化收發通道103a和103b，其中103a連接天線1的一個極化通道，103b連接另外一個極化通道，由於兩個極化通道的連接關係和功能模塊完全相同，因此以下以圖2d中的左側極化通道說明其信號流向。常規三扇區工作時，開關網絡104通過埠6的控制裝置手動或遠端程序控制相位補償狀態為-15/+75/-90/0度，來自103a的信號輸入211經過天線饋電網絡102後，信號從201、202、203、204輸出進入開關網絡104的401、402、403、404埠，每個通道的相位得到補償，輸出到對應的天線埠，參見表4的輸出幅相，天線可以得到圖2f所示的水平面方向圖，其中，表4為常規三扇區經過相位補償控制開關的相位輸出表。表4圖3a是本發明實施例提供的一種劈裂六扇區的天線系統的結構示意圖。參見圖3a，劈裂六扇區中，該天線系統包括：天線101、天線饋電網絡102、信號源103和開關網絡104，其中，該天線101為一劈裂天線，信號源103為BTS或RRU等基站設備，開關網絡104為相位補償狀態控制開關，與常規三扇區工作時內部組成和連接關係完全一致。信號源1(如BTS或RRU等基站設備)的兩個極化收發通道為103a和103b，其中103a連接天線101的一個極化通道，103b連接另外一個極化通道，信號源2(如BTS或RRU等基站設備)的兩個極化收發通道為103c和103d，其中103c連接天線101的一個極化通道，103d連接另外一個極化通道，由於兩個極化通道的連接關係和功能模塊完全相同，因此以下以圖3a中的左側極化通道說明其信號流向。劈裂六扇區工作時，開關網絡104通過埠6的控制裝置手動或遠端程序控制相位補償狀態為0/0/0/0度，來自103a的信號輸入211經過天線饋電網絡102後，信號從201、202、203、204輸出進入開關網絡104的401、402、403、404埠，每個通道間的相對相位補償為0度，輸出到對應的天線埠，參見表1序號2的輸出幅相，天線可以得到圖3b所示的水平面方向圖其中的一個波束，來自103b的信號輸入212經過天線饋電網絡102後，信號從201、202、203、204輸出進入開關網絡104的401、402、403、404埠，每個通道間的相對相位補償為0度，輸出到對應的天線埠，參見表1序號2的輸出幅相，天線可以得到圖3b所示的水平面方向圖其中另一個波束。這樣，信號源1和2經過一個極化的天線饋電網絡102，分別形成了兩個獨立通道(211、212)的雙波束。進一步地，基於圖1c的常規三扇區工作為例進行說明：參見圖4a，該天線系統包括：天線101、天線饋電網絡102、信號源103和開關網絡104，其中，該天線101為一劈裂天線，信號源103為BTS或RRU等基站設備，開關網絡104為移相控制開關。信號源103的兩個極化收發通道103a和103b，其中103a連接天線1的一個極化通道，103b連接另外一個極化通道，由於兩個極化通道的連接關係和功能模塊完全相同，因此以下以圖4a中的左側極化通道說明其信號流向。常規三扇區工作時，開關網絡104通過埠6的控制裝置手動或遠端程序控制的311(見圖4b)相位狀態為+90度，來自103a的信號輸入301經過開關網絡104後，信號從305、306輸出進入天線饋電網絡102的211、212埠，通過天線饋電網絡102的信號幅度和相位合成輸出到對應的天線埠，參見表1序號3的輸出幅相，天線可以得到圖4c所示的水平面方向圖。參見圖5，劈裂六扇區中，該天線系統包括：天線101、天線饋電網絡102、信號源103和開關網絡104，其中，該天線101為一劈裂天線，信號源103為BTS或RRU等基站設備，開關網絡104為移相控制開關，與常規三扇區工作時內部組成和連接關係完全一致。信號源1(如BTS或RRU等基站設備)的兩個極化收發通道為103a和103b，其中103a連接天線101的一個極化通道，103b連接另外一個極化通道，信號源2(如BTS或RRU等基站設備)的兩個極化收發通道為103c和103d，其中103c連接天線101的一個極化通道，103d連接另外一個極化通道，由於兩個極化通道的連接關係和功能模塊完全相同，因此以下以圖3a中的左側極化通道說明其信號流向。劈裂六扇區工作時開關網絡104通過埠6的控制裝置手動或遠端程序控制的311相位狀態為180度，對於信號源1，來自103a的信號輸入301經過開關網絡104後，信號從305輸出進入天線饋電網絡102的211埠，通過天線饋電網絡102的信號幅度和相位合成輸出到對應的天線埠，參見表1序號1的輸出幅相，天線可以得到圖3b所示的水平面方向圖其中的一個波束；對於信號源2，來自103b的信號輸入301經過開關網絡104後，信號從306輸出進入天線饋電網絡102的212埠，通過天線饋電網絡102的信號幅度和相位合成輸出到對應的天線埠，參見表1序號2的輸出幅相，天線可以得到圖3b所示的水平面方向圖其中的另一個波束；這樣，信號源1和2經過一個極化的天線饋電網絡102，分別形成了兩個獨立通道(301、302)的雙波束。圖6是本發明實施例提供的一種天線系統的結構示意圖，該天線系統包括：天線101、天線饋電網絡102以及至少兩個信號源103，所述天線101、天線饋電網絡102以及至少兩個信號源103依次連接形成一個信號傳輸鏈路，所述天線系統還包括：開關網絡104，所述開關網絡104連接在所述信號傳輸鏈路中，所述開關網絡104至少包括兩種工作狀態，其中，在第一種工作狀態下所述開關網絡104將所述至少兩個信號源103通過所述天線饋電網絡102與所述天線101相連通以使所述天線系統形成多波束覆蓋；所述多波束覆蓋包括所述至少兩個信號源中的各個信號源所構成的波束覆蓋；在第二工作狀態下所述開關網絡104將所述至少兩個信號源103中的一個信號源通過所述天線饋電網絡102與所述天線101相連通以使所述天線系統形成與所述多波束覆蓋區域重疊的全區域波束覆蓋。其中，所述全區域波束覆蓋包括在所述的第一種工作狀態下所述至少兩個信號源中的的各個信號源所構成的波束覆蓋的部分或者全部。其中，開關網絡104可位於該信號傳輸鏈路的兩種位置上，第一種位置是該開關網絡104連接在所述天線饋電網絡102和所述至少兩個信號源103之間。當開關網絡104位於第一種位置時，在第一種工作狀態下，開關網絡104將所述至少兩個信號源103通過所述天線饋電網絡102與所述天線101相連通以使所述天線系統形成多波束覆蓋；在第二種工作狀態下，假設一個信號源關閉，開關網絡104將另一信號源的信號相位調整至預設相位，並將該另一個信號源與天線饋電網絡102與所述天線101相連通，使天線系統形成與第一種工作狀態下的多波束覆蓋區域重疊的全區域波束覆蓋。第二種位置是該開關網絡104連接在所述天線饋電網絡102和所述天線101之間。當開關網絡104位於第一種位置時，在第一種工作狀態下，開關網絡104將所述至少兩個信號源103a和103b通過所述天線饋電網絡102與所述天線101相連通以使所述天線系統形成多波束覆蓋；在第二種工作狀態下，假設一個信號源關閉，開關網絡104將天線饋電網絡102各通道的信號相位調整至預設相位，並將另一信號源與天線饋電網絡102與所述天線101相連通，使天線系統形成與第一種工作狀態下的多波束覆蓋區域重疊的全區域波束覆蓋。進一步地，所述天線系統還包括控制裝置，所述控制裝置用以控制所述開關網絡的工作狀態。所述控制裝置為手動控制裝置或者電調控制裝置。進一步地，所述開關網絡包括移相開關。進一步地，所述天線由能夠產生獨立波束的天線陣列組成。該實施例提供的天線系統跟圖1所示的天線系統工作方式相同，在此不再贅述。圖7是本發明實施例提供的一種天線系統的結構示意圖，所述天線系統包括：天線101、天線饋電網絡102和至少兩個信號源103，所述天線饋電網絡102中包括有用以進行信號傳輸的信號通道，所述天線系統還包括：開關網絡104，所述開關網絡104與所述天線101、天線饋電網絡102和至少兩個信號源103電連接，所述開關網絡104用於當所述至少兩個信號源103中的任一個信號源停止工作時，則根據所述天線饋電網絡102中各信號通道的相位延遲關係調整所述各信號通道的相位延遲，使得所述天線101在相同的蜂窩拓撲的基礎上形成全區域覆蓋波束，其中所述的全區域覆蓋波束同時覆蓋在所述至少一兩個信號源103中的任一個信號源在停止工作前所述至少兩個信號源103各自構成的波束覆蓋的區域的部分或者全部。進一步地，該天線系統還包括控制裝置，所述控制裝置用以控制所述開關網絡的工作工作以實現所述的當所述至少兩個信號源中的任一個信號源停止工作時，則根據所述的天線饋電網絡中的各信號通道的相位延遲關係調整所述各信號通道的相位延遲，使得所述天線在相同的蜂窩拓撲的基礎上形成全區域覆蓋波束。所述控制裝置為手動控制裝置或者電調控制裝置。所述開關網絡連接在所述天線饋電網絡和所述至少兩個信號源之間。所述開關網絡連接在所述天線饋電網絡和所述天線之間。所述開關網絡包括移相開關。所述天線由能夠產生獨立波束的天線陣列組成。該實施例提供的天線系統跟圖1所示的天線系統工作方式相同，在此不再贅述。圖8是本發明實施例提供的一種基於上述天線系統的天線重構方法的流程圖，所述天線系統包括：天線、天線饋電網絡、至少兩個信號源和開關網絡，所述開關網絡與所述天線、天線饋電網絡和至少兩個信號源電連接，所述天線饋電網絡中包括有用以進行信號傳輸的信號通道，該方法包括：801、當所述至少兩個信號源中的任一個信號源停止工作時，所述開關網絡根據所述天線饋電網絡中各信號通道的相位延遲關係調整所述各信號通道的相位延遲，使得所述天線在相同的蜂窩拓撲的基礎上形成全區域覆蓋波束。其中，所述的全區域覆蓋波束同時覆蓋在所述至少一個信號源在停止工作前所述至少兩個信號源各自構成的波束覆蓋的區域的部分或者全部。其中，所述開關網絡連接在所述天線饋電網絡和所述至少兩個信號源之間，或所述開關網絡連接在所述天線饋電網絡和所述天線陣列之間，或所述天線陣列由兩個能夠產生獨立波束的天線陣列組成。本實施例提供的方法，在移動通信基站容量下降的情況下，天線系統的兩個或多個信號源自動關閉、系統其餘設備工作時，利用開關網絡調整相位，使得天線陣列保持相同的覆蓋和服務，避免了資源浪費，保證了在低耗能的情況下的覆蓋範圍和服務質量。本發明實施例可以利用軟體實現開關網絡的切換，相應的軟體程序可以存儲在可讀取的存儲介質中，例如，計算機的硬碟、緩存或光碟中。以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。