[发明专利]一种基于波束与多径匹配的MIMO天线阵列

说明书

本发明提供一种基于波束与多径匹配的MIMO天线阵列，所述天线阵列中的发射阵列和接收阵列均包括具有方向性的辐射阵元，所述发射阵列的发射阵元端口的波束方向与多径信道中对应的可分辨的路径匹配对准，所述接收阵列的接收阵元端口的波束方向与多径信道中对应的可分辨的路径匹配对准。本发明的上述MIMO天线阵列解决了多径信道中、具有高指向性MIMO阵元的高信道容量及高紧凑的MIMO系统的设计问题。

技术领域

本发明属于天线领域，特别地，涉及一种基于波束与多径匹配的MIMO天线阵列。

背景技术

在无线通信系统中，通过多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术，在发射端和接收端均配备多个天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线同时传送，结合空时信号处理技术，能成倍地提高通信系统的频谱效率和信道容量，因此MIMO技术已经受到人们的广泛关注，成为5G无线通信和雷达系统等系统中的核心技术。

为了满足无线高清视频会议、3D视频和虚拟现实等高流量业务的需求，与4G网络相比，5G网络的容量将提高1000倍，因此需要使用更大的带宽，然而由于低端频率资源的日益饱和，人们准备在5G中使用毫米波段(频率30GHz-300GHz，对应的波长1mm-10mm)，在此频率范围内，很容易找到上GHz的连续带宽。然而，由于电磁波的传播损耗与频率的平方成正比，对于各向同性的辐射，当工作频率越高，其相应的路径传播损耗会增加的越多。故而，现有技术中的天线设计已经无法满足MIMO技术新的应用需求。

发明内容

为了解决现有MIMO技术中存在的问题，本发明的第一方面提供一种MIMO天线阵列，所述天线阵列中的发射阵列和接收阵列均包括具有方向性的辐射阵元，所述发射阵列的发射阵元端口的波束方向与多径信道中对应的可分辨的路径匹配对准，所述接收阵列的接收阵元端口的波束方向与多径信道中对应的可分辨的路径匹配对准。

优选地，所述发射阵元端口的主波束方向角与所述多径信道中对应的可分辨的路径的出发角相等；

所述接收阵元端口的主波束方向角与所述多径信道中对应的可分辨的路径的到达角相等。

优选地，所述发射阵列中相邻的发射阵元端口间距大于等于零；和/或

所述接收阵列中相邻的接收阵元端口间距大于等于零。

优选地，所述发射阵元端口数和接收阵元端口数均与所述多径信道中可分辨的路径条数相等，且在相邻的发射阵元端口间距和相邻的接收阵元端口间距均为零时，能够获得满秩的信道矩阵。

优选地，所述具有方向性的辐射阵元是具有高增益的辐射阵元，具有高增益的辐射阵元通过数字或模拟波束成形阵列来实现。

优选地，所述MIMO天线阵列的工作频段为不小于6GHz。进一步，所述MIMO天线阵列的工作频段为30-300GHz。当然，MIMO天线阵列的工作频段还可为其他更高的光的频段。

本发明的第二方面，提供一种MIMO天线阵列，包括：

发射阵列，具有Nt个发射阵元端口，相邻发射阵元端口间距为dt，第i个发射阵元端口的波束方向为θ_t-i，其中i为整数且满足1≤i≤N_t；

接收阵列，具有Nr个接收阵元端口，相邻接收阵元端口间距为dr，第j个接收阵元端口的波束方向为θ_r-j，其中j为整数且满足1≤j≤N_r；

若多径信道中存在N条可分辨的路径，第k条路径的出发角和到达角分别为θ_AOD-k和θ_AOA-k，其中k为整数且满足1≤k≤N；