本技術實施例涉及通信，尤其涉及一種天線系統及通信裝置。

背景技術：

1、第五代通信(5th?generation，5g)系統對系統容量、頻譜效率等方面有了更高的要求。在5g系統中，大規模多入多出(multiple?input?multiple?output，mimo)技術對5g系統的頻譜效率起到至關重要的作用。采用mimo技術時，基站(base?station，bs)若向用戶設備(user?equipment，ue)發送數據，則需要進行編碼調制將比特信息映射為傳輸符號，并通過預編碼將傳輸符號映射到不同的天線單元進行發送。大規模mimo天線陣列為了最大化空間信道的自由度，一般在進行天線設計時，可以將mimo天線單元(簡稱天線單元)間距設置為半波長。當天線單元間距為半波長時，天線單元之間的耦合較小，天線單元具有較高的輻射效率，天線單元的方向圖一致性較好。

2、根據mimo原理，隨著天線單元的數量增加，通信系統的空間復用能力提升，能夠帶來系統容量和頻譜效率的提升。若保持天線陣列中天線單元之間的間隔不變，當天線單元數量增多時，天線陣列的面積將隨之增大。但是，實際應用中天線陣列的面積受到各種限制，如在基站天線陣列的實際部署中由于風阻、部署難易程度等因素的影響，對天線陣列的面積有一定的限制，尤其是天線陣列的寬度。為了在有限的天線陣列面積約束下，進一步增加天線單元的數量，目前往往采用縮小天線單元之間的間距的方法。但是該方法會導致天線單元之間的耦合效應增加，導致每個天線單元的輻射效率降低且天線單元的方向圖一致性變差。

3、在有限的天線陣列面積約束下，如何進一步提升mimo系統的系統容量和頻譜效率是業界亟需解決的問題。

技術實現思路

1、本技術實施例公開了一種天線系統及通信裝置，可以在有限的天線陣列面積約束的情況下提升mimo系統的系統容量和頻譜效率。

2、下面從不同的方面介紹本技術，應理解的是，下面的不同方面的實施方式和有益效果可以互相參考。

3、第一方面，本技術提供一種天線系統，天線系統包括天線陣列；天線陣列包括沿第一方向排列的k層天線單元，k層天線單元中每層天線單元所在的平面為不同的平面，k層天線單元中至少一層天線單元中天線單元的個數大于2，k為大于1的整數。

4、本技術實施例中，天線陣列在第一方向可以排列至少兩層天線單元，在第一方向拓展了天線陣列的個數，使天線陣列的個數和天線陣列中天線單元的間距不再受限于平面面積(即每層天線單元所在平面的面積)，那么，該天線陣列可以比平面的二維天線陣列排布更多數量的天線陣列且天線單元之間的間隔可以比二維天線陣列更大，更大的間隔可以避免天線單元之間的耦合效應增加導致每個天線單元的輻射效率降低且天線單元的方向圖一致性變差，更多數量的天線陣列可以帶來mimo系統的系統容量和頻譜效率的提升。可見，該天線陣列可以在有限的天線陣列面積約束下提升mimo系統的系統容量和頻譜效率。

5、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，k層天線單元中每層天線單元所在的平面均大致垂直于第一方向。

6、其中，“大致垂直”，可以解釋為垂直、接近垂直、或者和90度存在有一定預設角度。例如，預設角度可以為5度，即“大致垂直”可以解釋天線單元所在的平面與第一方向的夾角在85度至90度之間。

7、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，天線系統還包括射頻通道，射頻通道用于驅動k層天線單元中至少兩層天線單元中的部分或全部天線單元。

8、本技術實施例可以在一定的天線陣列面積約束下，拓展利用天線陣列的深度維度(即第一方面)，部署更多的天線單元，避免天線單元之間的耦合效應影響，保持輻射效率不降低和方向圖一致性，在一定的天線陣列面積約束下大幅提升mimo頻譜效率。

9、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，射頻通道驅動的天線單元中至少兩個天線單元的類型不同。

10、在本技術實施例中，不同類型的天線單元可以帶來更大的方向圖差異性，能夠更好地匹配信道環境，提升mimo系統的頻譜效率。

11、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，天線系統還包括移相網絡，移相網絡連接射頻通道，移相網絡用于調節射頻通道驅動的天線單元接收和/或發送的射頻信號的相位。

12、在本技術實施例中，射頻通道驅動的天線單元可以為k層天線單元中至少兩層天線單元中的部分或全部天線單元(即不同層的天線單元)，也即是說，移相網絡可以用于調節不同層的天線單元接收和/或發送的射頻信號的相位。那么，該移相網絡可以從第一方向進一步改變通道級方向圖的形狀，從而匹配具體的信道環境，進一步提升mimo系統頻譜效率。

13、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，移相網絡包括第一移相器，第一移相器連接k層天線單元中至少兩層天線單元中的部分或全部天線單元。

14、在本技術實施例中，第一移相器可以用于調節k層天線單元中至少兩層天線單元中的部分或全部天線單元接收和/或發送的射頻信號的相位。那么，該第一移相器可以從第一方向進一步改變通道級方向圖的形狀，從而匹配具體的信道環境，進一步提升mimo系統頻譜效率。

15、其中，由于第一移相器可以改變通道級方向圖的形狀，那么，第一移相器還可以用于改變波束測量中模擬波束的波束形狀。

16、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，移相網絡包括多個第二移相器，多個第二移相器與天線陣列的天線單元的個數相同，多個第二移相器與天線陣列的天線單元一一對應連接。

17、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，移相網絡包括第三移相器，第三移相器連接同一層天線單元中的部分或全部天線單元，第三移相器還可以用于改變波束測量中模擬波束的波束指向。

18、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，k層天線單元包括至少兩種類型的天線單元。

19、本技術中，可以基于不同維度劃分天線單元的類型。例如基于端口數劃分天線單元，則端口數不同的天線單元即為不同類型的天線單元，端口數可以包括1端口、2端口等；又例如基于天線方向圖特征劃分天線單元，則不同方向圖的天線單元即為不同類型的天線單元，可以劃分為全向天線、定向天線等；又例如基于極化特性劃分天線單元，則不同極化方式的天線單元即為不同類型的天線單元，可以包括線極化天線、圓極化天線、橢圓極化天線等。

20、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，k層天線單元中至少兩層天線單元中天線單元的數量不同。

21、本技術實施例中，k層天線單元中每層天線單元的數量可以不同。該方法可以使陣列設計更加靈活，不需要每層都是一樣的陣列形態。

22、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，k層天線單元中每層天線單元包括m行n列天線單元，m和n均為不小于2的整數。

23、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，k層天線單元中每層天線單元中的m行n列天線的排布相同。

24、本技術實施例中，k層天線單元中每層天線單元的排布和數量可以相同。該方法可以簡化多層陣列設計，波束賦型設計更加簡單。

25、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，k層天線單元包括第一層天線單元和第二層天線單元，第一層天線單元和第二層天線單元是相鄰兩層天線單元，第一層天線單元中的第i行第j列的天線單元和第二層天線單元中的第i行第j列的天線單元在第一方向上對齊；

26、其中，i不大于m，j不大于n。

27、本技術實施例中，k層天線單元中每層天線單元的排布和數量可以相同，且在第一方向上每層天線單元對齊后可以在第一方向上形成端射子陣，提升子陣的方向性和增益。

28、結合第一方面，在一種可能的實施方式中，k層天線單元包括第三層天線單元和第四層天線單元，第三層天線單元和第四層天線單元是相鄰兩層天線單元，第三層天線單元中的第i行第j列的天線單元和第四層天線單元中的第i行第j列的天線單元在第一方向上相對位移小于第一間隔，第一間隔為同一層天線單元中同一行或同一列中相鄰兩個天線單元的間隔；

29、其中，i不大于m，j不大于n。

30、本技術實施例中，該天線陣列中相鄰層的天線單元的排布相同，將相鄰層中同行同列的天線單元在第一方向上錯開，那么，在兩層的距離為第一距離時也能使兩層的天線單元之間的距離大于第一距離，可以減少天線陣列在第一方向上的占用空間。

31、在一種可能的實施方式中，第一間隔可以為同一層天線單元中同一行或同一列中相鄰兩個天線單元的間隔的一半。該天線陣列可以在兩層距離一定時最大限度增大兩層的天線單元之間的距離。

32、第二方面，本技術提供一種通信裝置，該通信裝置可以上述第一方面或其中任一方面的任意一種可能的實現方式描述的天線系統。

33、示例性的，該通信裝置可以為網絡設備或終端設備，其中，網絡設備是用于發射或接收信號的實體，可以是用于與終端設備通信的設備，如全球移動通信(global?systemfor?mobile?communications，gsm)系統或碼分多址(code?division?multiple?access，cdma)中的基站(base?transceiver?station，bts)，也可以是寬帶碼分多址(widebandcode?division?multiple?access，wcdma)系統中的基站(nodeb，nb)，還可以是lte系統中的演進型基站(evolved?nodeb，enb或enodeb)，還可以是云無線接入網絡(cloud?radioaccess?network，cran)場景下的無線控制器，或者該網絡設備可以為中繼站、接入點、車載設備、可穿戴設備，以及，第五代(5th?generation，5g)系統中的網絡設備或新無線(newradio，nr)中的網絡設備或者未來演進的plmn網絡中的網絡設備等，如下一代基站(nextgeneration?nodeb,gnb)；終端設備用戶側的一種用于接收或發射信號的實體，如用戶設備、接入終端、用戶單元、用戶站、移動站、移動臺、遠方站、遠程終端、移動設備、用戶終端、終端、無線通信設備、用戶代理或用戶裝置。

34、本技術實施例的技術方案可以應用于各種通信系統，例如：全球移動通訊(globalsystem?of?mobile?communication，gsm)系統、碼分多址(code?divisionmultipleaccess，cdma)系統、寬帶碼分多址(wideband?code?division?multiple?access，wcdma)系統、通用分組無線業務(general?packet?radio?service，gprs)、長期演進(longtermevolution，lte)系統、lte頻分雙工(frequency?division?duplex，fdd)系統、lte時分雙工(time?division?duplex，tdd)、通用移動通信系統(universalmobiletelecommunication?system，umts)、全球互聯微波接入(worldwideinteroperabilityfor?microwave?access，wimax)通信系統、5g系統或nr以及未來的通信系統等，在此不做限制。

35、上述各個方面達到的技術效果可以相互參考或參考下文所示的實施例中的有益效果，此處不再贅述。