[发明专利]一种大规模MIMO阵列的天线结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种大规模MIMO阵列的天线结构，具体涉及一种大规模MIMO阵列的圆盘结构，属于阵列天线布局技术领域。

背景技术

随着低频频谱日益拥挤，人们将关注点转移至毫米波频段。由于毫米波波长达到毫米级别，因此可以在不占据更多空间的前提下，将传统MIMO天线数量大幅度增加，由几个天线增加到几十个上百个，形成大规模MIMO阵列结构。然而，在大规模MIMO阵列结构设计中，不同结构会具有不同的阵列流形，从而导致信道容量的差异。

当前，从天线归一化间距、信噪比、到达信号的角度扩展等方面考虑，基站天线阵列排布为方阵、矩形面阵情况下的信道容量性能已经得到普遍研究。虽然其信道容量相比较传统MIMO天线已经得到很大改善，但是仍然存在提高的空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种大规模MIMO阵列的天线结构，该结构是由相等数目的天线均匀分布在每一层的圆周上，在天线总数、每一层的天线数确定的情况下，可以确定天线结构的层数以及每一层圆周的半径，从而确定天线结构。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种大规模MIMO阵列的天线结构，包括多个半径不同的同心圆阵，各个圆阵包括相同数量的天线，这些天线均匀分布在对应圆阵的圆周上，相邻圆阵之间的间距相同。

作为本发明的一种优选方案，所述各个圆阵包括相同数量的天线，设为N_p，N_p为预先设定值。

作为本发明的一种优选方案，所述圆阵的半径为r_l，且

其中，l＝1,2,…,L，L为天线结构中所有圆阵的总层数，d为天线结构中最外层圆阵的直径。

作为本发明的一种优选方案，所述天线结构中，天线的总数量N＝N_p·L，其中，N_p为天线结构中各个圆阵的天线数量，L为天线结构中所有圆阵的总层数。

作为本发明的一种优选方案，所述天线结构中，天线的总数量与天线结构中所有圆阵的总层数之间为整除关系。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明大规模MIMO圆盘阵列结构，具有较低的到达角选择性，能识别范围更广的来波信号。

2、本发明大规模MIMO圆盘阵列结构相较于方形、矩形阵列结构获得更好的信道容量。

3、本发明大规模MIMO圆盘阵列结构，为大规模MIMO阵列的研究增添新的阵列形式。

附图说明

图1是本发明大规模MIMO阵列的天线结构的布局示意图。

图2是现有大规模MIMO阵列结构布局示意图，其中，(a)为方形阵列、(b)为矩形阵列。

图3是圆盘阵列结构与方形阵列、矩形阵列结构的信道容量随天线间距变化的对比图。

图4是圆盘阵列的信道容量随天线间距的变化曲线。

图5是圆盘阵列的信道容量随信噪比的变化曲线。

图6是圆盘阵列的信道容量随角度扩散范围的变化曲线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明设计一种大规模MIMO阵列的天线结构布局，相比传统MIMO天线具有翻倍甚至几十倍的天线单元数量。该结构的天线单元总数为N＝N_p·L，其中N_p为每一层的天线单元数目，L为层数。最外层的圆周半径为d/2，逐层递减，每一层的半径为：

一、方向矢量

首先以单个均匀圆阵为单位进行考虑，假设有N_p个相同的全向阵列天线均匀分布一个半径r_l的圆周上：

其中，γ_n＝2πn/N_p，n＝0,1,…,N_p-1，r_l为第l个圆周的半径，l＝1,2,…,L。θ和φ分别为信源信号的仰角和方位角，λ为载波波长。

若存在K个用户，则方向矩阵为：