[发明专利]具有部分共享的宽带波束成形阵列的基站天线

说明书

本公开涉及具有部分共享的宽带波束成形阵列的基站天线。基站天线包括多列、多频带波束成形阵列，该多列、多频带波束成形阵列包括第一辐射元件的第一子阵列、第二辐射元件的第二子阵列和第三辐射元件的第三子阵列。第一辐射元件被配置为在第一频带中操作，第二辐射元件被配置为在第二频带中操作，以及第三辐射元件被配置为在所述第一频带和所述第二频带二者中操作。所述第一子阵列至所述第三子阵列中的每一个具有相同数量的列。所述第一子阵列的宽度超过所述第三子阵列的宽度，以及所述第三子阵列的宽度超过所述第二子阵列的宽度。

技术领域

本发明一般地涉及蜂窝通信，并且更具体地，涉及用于具有波束成形阵列的蜂窝通信系统的基站天线。

背景技术

蜂窝通信系统是本领域中众所周知的。在典型的蜂窝通信系统中，地理区域被划分成被称为“小区”的一系列区域，并且每个小区都被基站服务。基站可以包括被配置为提供与位于遍布小区的订户的双向射频(“RF”)通信的基站天线、无线电设备(radio)和基带装备。通常，基站天线包括辐射元件的多个相位受控制的阵列，其中当安装好天线以供使用时，这些辐射元件被布置成一个或多个垂直延伸的列。这些垂直延伸的列经常被称为线性阵列。每个线性阵列产生天线波束，或者，如果线性阵列是使用双极化辐射元件形成的，则形成在两个正交极化中的每个极化处的天线波束。

由线性阵列(或者由用于传输公共RF信号的多个线性阵列)形成的天线波束经常由这些天线波束的在所谓的方位面和仰角面(elevation plane)中的半功率波束宽度(“HPBW”)表征。方位面是指将基站天线二等分并与由水平线限定的平面平行的水平面。仰角面是指将基站天线二等分并与方位面垂直的垂直面。本文中，“水平”是指与由水平线限定的平面大体上平行的方向，并且“垂直”是指相对于由水平线限定的平面大体上垂直的方向。

随着对蜂窝服务的需求已增长，蜂窝运营商已升级它们的网络以增加容量并支持新一代的服务。当引入这些新服务时，通常必须维持现有的“旧有”服务以支持旧有的移动设备。因此，随着新服务的引入，必须部署新的蜂窝基站，或是必须升级现有的蜂窝基站以支持新服务。为了降低成本，许多蜂窝基站支持两种、三种、四种或更多种不同类型或代的蜂窝服务。然而，由于地方分区条例和/或重量和风荷载约束，经常存在对可以部署在给定基站处的基站天线的数量的限制。为了减少天线的数量，许多运营商部署了所谓的“多频带”天线，该“多频带”天线在多种频带中进行通信以支持多种不同的蜂窝服务。

蜂窝运营商当前正在部署将支持所谓的第五代蜂窝服务的装备，该第五代蜂窝服务通常被称为“5G”服务。5G服务的一个方面是部署包括一个或多个波束成形阵列的基站天线。波束成形阵列是指能够产生可以在所期望的方向上被电子地操纵的窄化的天线波束的辐射元件的多列阵列。在大多数5G实现方式中，波束成形阵列中的辐射元件的每列都连接到波束成形无线电设备的单独端口(或者，如果使用双极化辐射元件，则连接到波束成形无线电设备的两个端口)。波束成形无线电设备可以基于基带数据流来产生RF信号，并且然后可以将这个RF信号划分成多个子分量(即，与特定极化相关联的每个无线电设备端口的子分量)。RF信号的每个子分量被馈送到波束成形阵列中的辐射元件的列中的相应一列。可以在无线电设备中设置每个子分量的幅度和/或相位，使得由辐射元件的每列形成的单独的天线波束建设性地组合，以在方位面中产生具有较高增益和窄化的波束宽度的更聚焦的复合天线波束。子分量的幅度和/或相位也可以被控制，使得复合天线波束的主瓣(即，天线波束的具有最高增益的部分)将指向方位面中的所期望方向。换句话说，波束成形阵列能够产生更高聚焦、更高增益的天线波束，以及可以电子地扫描这些天线波束以指向方位面中的不同方向。此外，可以按时分双工传输方案以逐个时隙为基础改变天线波束的形状和/或指向方向，以便在每个时隙期间增加沿所选择的用户的方向上的天线增益。与传统的第四代基站天线相比，包括波束成形阵列的基站天线可以支持显著更高的吞吐量。

发明内容