用于高架和阻碍部署的蜂窝天线

摘要

在一个示例中，本公开提供了具有第一天线元件阵列和第一射频波束成形网络的相控阵天线系统，该第一射频波束成形网络被配置成将用于传输的射频信号的功率划分成包括用于第一天线元件阵列的驱动信号的第一多个分量信号，该第一射频波束成形网络进一步被配置成组合用于由相控阵天线系统从来自第一天线元件阵列的第二多个分量信号接收的射频信号，其中第一射频波束成形网络的射频功率分配被布置为朝向第一阵列的一端提供经由天线元件处理的第一多个分量信号和第二多个分量信号的加权。

权利要求

1.一种相控阵天线系统，包括：至少第一天线元件阵列；以及

至少第一射频波束成形网络，其被配置成将用于传输的射频信号的功率划分成第一多个分量信号，所述第一多个分量信号包括用于所述至少所述第一天线元件阵列的驱动信号，所述至少所述第一射频波束成形网络进一步被配置成组合用于由所述相控阵天线系统从来自所述至少所述第一天线元件阵列的第二多个分量信号接收的射频信号，其中所述至少所述第一射频波束成形网络的射频功率分配被布置为朝向所述至少所述第一阵列的一端提供经由所述至少所述第一天线元件阵列的天线元件处理的所述第一多个分量信号和所述第二多个分量信号的非线性幅度加权分布，其中所述至少所述第一阵列用于部署在建筑屋顶上，以及其中所述非线性幅度加权分布用于最小化由建筑屋顶的边缘引入的衍射传播损耗。

2.根据权利要求1所述的相控阵天线系统，其中所述至少所述第一射频波束形成网络的所述非线性幅度加权分布的幅度权重和相位权重被布置为在所述相控阵天线系统的远场中的角度范围内形成方向性波束和抑制的旁瓣，其中所述方向性波束的波束方向图适合于蜂窝移动通信网络。

3.根据权利要求1所述的相控阵天线系统，其中所述至少所述第一射频波束成形网络的所述非线性幅度加权分布的幅度权重被布置为提供所述射频功率分配，所述射频功率分配包括将至少73％的总射频功率分配给朝向所述至少所述第一阵列的所述一端的少于

50％的所述天线元件。

4.根据权利要求1所述的相控阵天线系统，其中所述至少所述第一射频波束成形网络的所述非线性幅度加权分布的幅度权重被布置为提供所述射频功率分配，所述射频功率分配包括将至少80％的总射频功率分配给朝向所述至少所述第一阵列的所述一端的50％或更少的所述天线元件。

5.根据权利要求1所述的相控阵天线系统，其中所述至少所述第一阵列被布置在垂直平面中以用于在仰角平面中进行波束成形。

6.根据权利要求1所述的相控阵天线系统，其中至少第一阵列用于远离所述建筑屋顶的边缘部署，使得当从地面水平的某点观察时，所述至少所述第一阵列的外观最小化。

7.根据权利要求1所述的相控阵天线系统，其中所述至少所述第一阵列的远场辐射方向图的上旁瓣相对于在高于主波束高达30度的范围内的所述远场辐射方向图的所述主波束被抑制15dB或更大。

8.根据权利要求1所述的相控阵天线系统，其中所述天线系统包括多个天线阵列和多个射频波束成形网络，所述多个天线阵列包括所述至少所述第一阵列，所述多个射频波束成形网络包括所述至少所述第一射频波束成形网络，所述多个天线阵列和所述多个射频波束成形网络被设计成支持以下中的至少一个：射频分集方案；

多个频谱带；或者

多阶多输入多输出应用。

9.根据权利要求1所述的相控阵天线系统，其中所述至少所述第一射频波束成形网络是无源互易波束成形网络。

10.根据权利要求1所述的相控阵天线系统，其中所述至少所述第一阵列是有源天线阵列，并且其中所述至少所述第一射频波束成形网络使用预编码矢量在基带处实现，所述预编码矢量被配置成应用于面向用户的数据以从所述天线系统形成用户特定的波束成形。

11.一种方法，包括：

将射频天线系统的至少第一天线元件阵列部署到建筑屋顶，其中所述至少所述第一天线元件阵列耦合到所述射频天线系统的至少第一射频波束成形网络，其中所述至少第一射频波束成形网络被配置成将用于传输的射频信号的功率划分成第一多个分量信号，所述第一多个分量信号包括用于所述至少所述第一天线元件阵列的驱动信号，所述至少所述第一射频波束成形网络进一步被配置成组合用于由相控阵天线系统从来自所述至少所述第一天线元件阵列的第二多个分量信号接收的射频信号，其中所述至少所述第一射频波束成形网络的射频功率分配被布置为朝向所述至少所述第一阵列的一端提供经由所述至少所述第一天线元件阵列的天线元件处理的所述第一多个分量信号和所述第二多个分量信号的非线性幅度加权分布，其中所述非线性幅度加权分布用于最小化由建筑屋顶的边缘引入的衍射传播损耗；以及

执行以下中的至少一项：

经由所述至少所述第一射频波束成形网络和所述至少所述第一阵列发射用于传输的所述射频信号；或者

经由所述至少所述第一阵列和所述至少所述第一射频波束成形网络接收用于接收的所述射频信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述部署包括远离所述建筑屋顶的边缘部署所述至少所述第一阵列，使得当从地面水平的某点观察时，所述至少所述第一阵列的外观最小化。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少所述第一射频波束形成网络的所述非线性幅度加权分布的幅度权重和相位权重被布置为在所述相控阵天线系统的远场中的角度范围内形成方向性波束和抑制的旁瓣，其中所述方向性波束的波束方向图适合于蜂窝移动通信网络。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少所述第一射频波束成形网络的所述非线性幅度加权分布的幅度权重被布置为提供所述射频功率分配，所述射频功率分配包括将至少73％的总射频功率分配给朝向所述至少所述第一阵列的所述一端的少于50％的所述天线元件。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少所述第一射频波束成形网络的所述非线性幅度加权分布的幅度权重被布置为提供所述射频功率分配，所述射频功率分配包括将至少80％的总射频功率分配给朝向所述至少所述第一阵列的所述一端的50％或更少的所述天线元件。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少所述第一阵列的远场辐射方向图的上旁瓣相对于在高于主波束高达30度的范围内的所述远场辐射方向图的所述主波束被抑制

15dB或更大。

17.根据权利要求11所述的方法，其中所述天线系统包括多个天线阵列和多个射频波束成形网络，所述多个天线阵列包括所述至少所述第一阵列，所述多个射频波束成形网络包括所述至少所述第一射频波束成形网络，所述多个天线阵列和所述多个射频波束成形网络被设计为支持以下中的至少一个：射频分集方案；

多个频谱带；或者

多阶多输入多输出应用。

18.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少所述第一射频波束成形网络是无源互易波束成形网络。

19.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少所述第一阵列是有源天线阵列，并且其中所述至少所述第一射频波束成形网络使用预编码矢量在基带处实现，所述预编码矢量被配置成应用于面向用户的数据以从所述天线系统形成用户特定的波束成形。

说明书

用于高架和阻碍部署的蜂窝天线

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2017年10月13日提交的美国临时专利申请序列号62/572,149的优先权，其通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

[0003] 本公开总体上涉及蜂窝基站天线，并且更特别地涉及具有在高架（elevated）和阻碍位置（诸如在多层建筑的屋顶上收进）的改进的性能的天线系统。

背景技术

[0004] 被设计用于在宏蜂窝网络中部署的基站天线典型地被部署在靠近在显著高于其他屋顶的周围平均高度的高度处的塔架、杆和屋顶上的移动网络业务需求（订户）。该宏蜂
窝部署使基站和订户终端之间的衍射传播损耗最小化，因此使覆盖范围和/或建筑中穿透
最大化。

发明内容

[0005] 在一个示例中，本公开提供了一种具有至少第一天线元件阵列和至少第一射频波束成形网络的相控阵天线系统，该第一射频波束成形网络被配置成将用于传输的射频信号
的功率划分成第一多个分量信号，该第一多个分量信号包括用于该至少第一天线元件阵列
的驱动信号，该至少第一射频波束成形网络进一步被配置成组合用于由相控阵天线系统从
来自第一天线元件阵列的第二多个分量信号接收的射频信号，其中该至少第一射频波束成
形网络的射频功率分配被布置为朝向至少第一阵列的一端提供经由多个天线元件中的天
线元件处理的第一多个分量信号和第二多个分量信号的加权。

[0006] 在另一示例中，本公开提供了一种方法，该方法可以包括将射频天线系统的至少第一天线元件阵列部署到建筑屋顶。在一个示例中，至少第一天线元件阵列耦合到射频天
线系统的至少第一射频波束成形网络。在一个示例中，该至少第一射频波束成形网络被配
置成将用于传输的射频信号的功率划分成第一多个分量信号，该第一多个分量信号包括用
于该至少第一天线元件阵列的驱动信号。该至少第一射频波束成形网络可以进一步被配置
成组合用于由相控阵天线系统从来自第一天线元件阵列的第二多个分量信号接收的射频
信号，其中该至少第一射频波束成形网络的射频功率分配被布置为朝向至少第一阵列的一
端提供经由多个天线元件中的天线元件处理的该第一多个分量信号和该第二多个分量信
号的加权。该方法可以进一步包括执行以下中的至少一个：经由至少第一射频波束成形网
络和至少第一阵列发射用于传输的射频信号，或者经由至少第一阵列和至少第一射频波束
成形网络接收用于接收的射频信号。

附图说明

[0007] 通过结合附图考虑以下具体实施方式，可以容易地理解本公开的教导，其中：

[0008] 图1描绘了建筑上的示例基站天线部署配置；

[0009] 图2描绘了常规的基站天线幅度和相位分布，以及在仰角平面中产生的远场辐射方向图；

[0010] 图3描绘了屋顶优化的基站天线幅度和相位分布，以及在仰角平面中产生的远场辐射方向图；

[0011] 图4描绘了部署在屋顶上并从屋顶边缘收进的常规基站天线；

[0012] 图5描绘了部署在屋顶上并从屋顶边缘收进的优化的基站天线；

[0013] 图6图示了针对没有和具有屋顶边缘衍射损耗的常规天线以及针对具有屋顶边缘衍射损耗的优化的屋顶天线的在地面上接收的信号功率；

[0014] 图7图示了针对没有和具有侵略的屋顶边缘衍射损耗的常规天线以及针对具有侵略的屋顶边缘衍射损耗的优化的屋顶天线的在地面上接收的信号功率；

[0015] 图8图示了针对没有边缘衍射的基站天线以及针对部署在30m屋顶上并且从屋顶边缘收进6m的基站天线的接收信号强度；以及

[0016] 图9描绘了根据本公开的具有馈送网络的示例天线系统。

[0017] 为了便于理解，在可能的情况下，已经使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。

具体实施方式

[0018] 本公开提出了一种用于当从屋顶边缘收进地部署天线时优化（即，最小化）部署在屋顶上的宏蜂窝网络基站天线和基于地面的订户终端之间的传播损耗的解决方案。在一个
示例中，使用具有修改的幅度分布的波束成形网络或分布馈送网络，使得将相当大比例的
RF功率分配给上部天线元件。沿着天线阵列的这种偏斜的RF功率分配增加了屋顶上方的RF
功率的有效高度，因此减小了从每个天线元件到屋顶边缘的掠射角，并且因此减少了在屋
顶边缘上的衍射损耗。对于说明性屋顶部署，当与使用跨阵列的较常规的RF功率分配分布
的基站天线进行比较时，可以实现针对在地面上的移动终端的传播损耗的高达3dB的降低。
本公开还说明了适当的相位权重可与这样的“上部过重的”加权幅度分布一起使用，以便在
适合于蜂窝网络部署的天线的远场中形成仰角平面波束方向图，诸如具有鲁棒的上旁瓣电
平抑制（USLS）。本公开不限于无源波束成形网络，并且包括利用有源天线布置的示例，其中
可以将预编码权重应用于面向用户的数据，使得可以针对各个订户终端实现用户特定的波
束成形以优化仰角平面中的路径损耗。

[0019] 被设计用于在宏蜂窝网络中部署的基站天线典型地被部署在靠近在显著高于其他屋顶的周围平均高度的高度处的塔架、杆和屋顶上的移动网络业务需求（订户）。该宏蜂
窝部署使基站和订户终端之间的衍射传播损耗最小化，因此使覆盖范围和/或建筑中穿透
最大化。对于屋顶天线部署，可以以各种方式部署天线，诸如：安装在建筑的侧面上的天线、
典型地利用电梯井道或其他维护结构来安装在建筑的非常顶部处的天线、安装在屋顶自身
上的天线以及从屋顶边缘收进安装的天线。这些不同的配置在图1中分别图示为示例110、
120和130。安装在建筑的侧面上的天线（例如，示例110）对于最大化覆盖可以是最佳的，因
为天线辐射方向图是无阻碍的。然而，该选项需要建筑的三个侧面上的天线部署，其对应于
典型的蜂窝基站站点的三个扇区。大多数建筑是四个侧面的，并且三个扇区通常需要各自
提供在方位角上跨120度的覆盖。这意味着所有天线不能安装成与建筑的侧面齐平，并且需
要添加支架。这有时是对于分区/规划许可的关注的原因，特别是在城市和郊区区域中。

[0020] 部署在建筑的最高部分上的天线（例如，示例120）对于最大化覆盖也可以是最佳的，这取决于屋顶的大小，因为达到了最大高度。此外，该选项允许所有三个扇区位于相同
位置，从而允许促进较简单的部署，但是可以呈现难看的部署解决方案。从屋顶边缘收进的
天线（例如，示例130）有助于隐藏天线的外观，尤其是从下方的街道。该部署选项在许多城
市中是流行的，并且通常是由城市规划指南所允许的屋顶部署的唯一选择。收进的屋顶部
署的缺点在于，由于屋顶边缘或栏杆，在天线和订户终端之间存在物理阻碍。该阻碍可引入
显著的衍射传播损耗。最小化这些衍射损耗将允许跨服务区域的改进的信号强度，并且因
此允许较大的建筑中穿透和总体较好的服务质量和体验。

[0021] 本公开包括当从屋顶边缘收进地部署天线时，优化（即，最小化）部署在屋顶上的宏蜂窝网络基站天线和基于地面的订户终端之间的传播损耗的示例。在一个示例中，波束
成形网络或分布馈送网络与修改的幅度分布一起使用，使得将相当大比例的RF功率被分配
给上部天线元件。沿着天线阵列的这种偏斜的RF功率分配增加了屋顶上方的RF功率的有效
高度，因此减小了从每个天线元件到屋顶边缘的掠射角，并且因此减少了在屋顶边缘上的
衍射损耗。本公开还说明了适当的相位权重可与这样的“上部过重的”加权幅度分布一起使
用，以便在适合于蜂窝网络部署的天线的远场中形成仰角平面波束方向图，诸如具有鲁棒
的上旁瓣电平抑制（USLS）。

[0022] 为宽带移动通信网络设计的基站天线典型地包括一个或多个阵列，每个阵列包括多个辐射天线元件，并且阵列能够支持一个或多个频谱带。每个阵列的天线元件连接到RF
波束成形网络、分布网络或RF馈送网络，其被设计成当考虑用于经由天线阵列传输的信号
时将RF功率分配到阵列元件。阵列的天线元件典型地被布置在垂直平面中，并且被设计成
在仰角平面中创建相对窄的（例如，10度的）辐射方向图波束。应注意，垂直平面和仰角平面
可指代相同的平面，其中前一术语更普遍地用来指代天线阵列的物理定向，为后者更普遍
地在指代辐射方向图时使用。移相器也典型地用于RF馈送网络和天线元件之间。移相器用
于沿天线阵列赋予线性变化的相位斜率，并且因此变化仰角平面中的辐射方向图的视轴方
向。这被称为可变电倾斜（VET），以便控制和优化蜂窝网络覆盖和干扰参数。

[0023] 为宽带移动通信网络设计的天线阵列可以具有RF馈送网络，其将具有某个幅度和相位分布的RF功率分配给天线元件。幅度和相位分布典型地被设计用于在仰角平面中创建
优化的辐射方向图。对于在宏蜂窝网络中部署的基站天线的优化的仰角方向图可能具有某
些特征，诸如：仰角中的窄波束宽度以最大化方向性和增益，强的上旁瓣抑制（USLS）以帮助
最小化站点间干扰、快速的上主波束滚降以帮助最小化站点间干扰，以及下旁瓣零点填充
以帮助优化靠近基站站点的覆盖。

[0024] 对于到‑30度的上旁瓣，USLS的工业规范是＞18dB，意味着上旁瓣在幅度上比主波束低＞18dB。在一个示例中，相对于在高于主波束高达30度的范围内的远场辐射方向图的
主波束，本公开提供15dB或更大的远场辐射方向图的上旁瓣抑制。帮助确保最小旁瓣的示
例幅度分布在图2的图表290中图示。如图2中所图示，基站天线（100）包括七个交叉极化天
线元件（110‑116）的阵列。天线元件（110‑116）连接到分布网络，其可以在天线的内部（未示
出），该天线元件（110‑116）具有围绕中心元件对称地渐缩的幅度分布（120‑126）。在图2中
示出了跨阵列的平坦相位分布（130），其导致图表295（将仰角与相对增益相关）中所图示的
仰角平面中的远场辐射方向图（140），其具有良好的USLS和方向性的主波束。存在实现良好
的USLS的其他实现方式。虽然未示出，但一种方法在所有元件处具有相等的幅度，但使用沿
阵列变化的特定相位分布。由于使用了从元件到元件的大的相位改变，所以这种方法被称
为“相位损坏”。这样的基站天线被设计用于部署到建筑的塔架、侧面上以及到建筑的顶部
上，其中靠近天线或在天线的近场中存在很少的阻碍或不存在阻碍。

[0025] 在一个示例中，本公开包括具有天线元件阵列的基站天线，该天线元件阵列具有幅度分布，该幅度分布具有分配给在阵列的顶端处的天线元件的显著较高的幅度权重；“上
部过重的”幅度分布。另外，仰角平面中的实际基站天线辐射方向图可以被设计为具有这样
的“上部过重的”幅度分布。在图3处图示了示例。基站天线（200）包括七个交叉极化天线元
件（210‑216）的阵列。天线元件连接到分布网络，其可以在天线的内部（未示出），该天线元
件具有“上部过重的”的幅度分布或图表390中所图示的跨阵列的幅度分布（220‑226）和相
位分布（230）。该幅度和相位分布导致图表395（将仰角与相对增益相关）中所图示的仰角平
面中的远场辐射方向图（240）。对于渐缩的中心加权分布的辐射方向图在（140）处示出，作
为参考。示例“上部过重的”幅度分布（220‑226）和相位权重分布（230）在仰角平面中创建远
场辐射方向图（240），其与具有中心加权的渐缩的幅度分布的图2的阵列（100）相比，具有良
好的USLS（例如，优于18dB）、方向性主波束和非常类似的上主波束滚降辐射方向图。在一个
示例中，可以根据基于期望的远场辐射方向图（例如，包括上旁瓣）的自优化算法来选择相
位分布（230）作为输入。然而，可以看出，相对于中心加权的渐缩的幅度分布，“上部过重的”
幅度分布倾向于损失一些方向性；在该示例中，方向性上的损失大约为0.5dB。

[0026] 然而，本公开旨在用于在天线和订户终端之间具有一些阻碍的基站天线，其中阻碍靠近基站天线，例如，诸如部署在屋顶上并从屋顶边缘收进的那些天线。在这些部署情况
下，较低的方向性不是特别的关注，因为远场辐射方向图，尤其是在低于地平线的角度处，
将被在天线阵列的近场中或附近的屋顶边缘显著干扰。事实上，本公开的示例被设计成在
低于地平线的角度处提供改进的有效增益，并且因此提供改进的蜂窝服务覆盖。

[0027] 从天线阵列辐射的功率不是从单个点辐射的，而是从若干个点（即，天线元件）辐射的。在订户终端处接收的所产生的信号功率将在天线的远场中，并且是来自每个天线元
件的各个分量信号的矢量总和加上在无线电信道中引入的任何多径反射的矢量和。在天线
阵列在屋顶上并从屋顶边缘收进的场景中，屋顶边缘在天线和订户终端之间引入衍射损
耗。较靠近屋顶和在阵列底部处的天线元件对订户具有最大的衍射损耗，而较靠近天线阵
列顶部的天线元件具有最小的衍射损耗。

[0028] 图4图示了使用部署在建筑（10）的屋顶上并且从屋顶边缘收进x的距离的常规基站天线（100）（例如，天线阵列）的示例部署场景400。基站天线（100）具有跨天线阵列的中心
加权的渐缩的幅度分布，其由幅度权重（120‑126）表示。假设由无线电信道不引入或引入非
常弱的多径反射，则在订户终端（300）处接收的功率是分别由传播路径（150‑156）表示的从
天线元件辐射的分量信号的矢量和的函数。传播路径线（150‑156）具有与来自天线元件中
的每一个的分量信号的相对功率相对应的不同厚度。

[0029] 图5图示了使用根据本公开的优化的基站天线（200）（例如，天线阵列）的示例部署场景500，该优化的基站天线部署在建筑（10）的屋顶上并且从屋顶边缘收进x的距离。基站
天线（200）具有跨天线阵列的“上部过重的”的幅度分布，其由幅度权重（220‑226）表示。假
设由无线电信道不引入或引入非常弱的多径反射，则在订户终端（300）处接收的功率是分
别由传播路径（250‑256）表示的从天线元件辐射的分量信号的矢量和。在该示例中，顶部元
件具有最强的功率并且经历最低的衍射损耗。传播路径线（250‑256）具有与来自天线元件
中的每一个的分量信号的相对功率相对应的不同厚度。这种布置优化了到达订户终端处的
总功率，同时仍然维持对于蜂窝部署的合意的仰角方向图性质。当然，使所有RF功率分配给
顶部元件并且不向其他元件分配RF功率将导致在订户终端处的最大功率，但是这可能不会
创建具有足够的USLS和主波束滚降特性的合意的仰角辐射方向图，这对于管理对于蜂窝网
络的站点间干扰可能是合意的。值得注意的是，屋顶边缘衍射对近似在地平线周围和之上
的角度处的天线仰角方向图的影响将小得多，因为相邻小区和基站天线（200）之间的角度
将是浅的并且因此在屋顶边缘上的衍射较小。因此，上旁瓣和主波束滚降将受到较少的影
响。

[0030] 本公开利用针对天线阵列部署的“上部过重的”天线阵列幅度分布，其中在天线阵列和订户终端之间存在或预期存在至少一个衍射边缘。“上部过重的”幅度分布旨在使在订
户终端处接收到的功率最大化，同时维持对于蜂窝网络部署合意的仰角平面辐射方向图，
特别是上主波束滚降和USLS。本公开还旨在在订户终端处实现比当使用较普遍的与常规天
线阵列一起的幅度分布时在订户终端处接收的功率更多的功率。

[0031] 图6示出了具有对于以dBm为单位的地面上的接收信号功率的模拟结果的图表600，并且因此示出了对于以下三种情况订户终端根据距基站天线的距离可能接收的是什
么：（1）部署在无衍射损耗的屋顶边缘上的具有中心加权的渐缩的幅度分布的常规基站天
线阵列，（2）部署在屋顶上但从屋顶边缘收进6m并因此遭受边缘衍射损失的具有中心加权
的渐缩的幅度分布的常规基站天线阵列，以及（3）部署在屋顶上但从屋顶边缘收进6m并因
此遭受边缘衍射损失的具有“上部过重的”幅度分布的屋顶优化的基站天线阵列。

[0032] 在图6的示例中，模拟天线在30m高度处并且在2.4m的长度上包括7个天线元件，其在750MHz处具有5度的仰角波束倾斜。该图表示出了针对所有相关距离使用比起常规天线
阵列来的屋顶优化的基站天线阵列来改进地面上的信号，其中看到高达3dB的信号强度改
进。虽然不能恢复所有的衍射损耗，但是在服务覆盖、宽带数据吞吐量和电池寿命方面，1‑
3dB的信号强度改进是对网络性能和用户体验有意义的改进，因为上行链路和下行链路信
道两者都受益于减少的衍射损耗。在一个示例中，为了在没有本公开的情况下实现3dB增
益，将必须使用两倍的阵列长度的天线。

[0033] 图7示出了具有对于以dBm为单位的在地面上的接收的信号功率的附加模拟结果的图表700，并且因此示出了对于与上述三种情况相同但具有更严重的衍射边缘的三种情
况，订户终端根据距基站天线的距离可能接收的是什么。在图7中，根据图6中的示例，用于
第二两个示例的天线被部署在屋顶上并且收进6m，但是也存在1m的栏杆壁。栏杆壁引入较
大的衍射损耗。图7示出了针对所有相关距离使用比起常规天线阵列来的屋顶优化的天线
阵列来改进地面上的信号，其中观察到大约4dB的一致的信号强度改进。

[0034] 图8描绘了针对在（a）没有任何阻碍（方向图800），以及（b）当基站天线被部署在屋顶上并且从屋顶边缘收进6m时（方向图810）的情况下的30m基站天线高度的根据距基站天
线的垂直高度和水平距离的仰角平面中的信号强度的变化。所模拟的基站天线在2.4m的长
度上包括7个天线元件，其在750MHz处具有5度的仰角波束倾斜。图8图示了当在屋顶边缘上
传播并且试图服务在地面上的订户终端时存在显著的信号衰减。在这种情况下，在两种情
况之间的地面上的信号强度中存在约10dB的衰减，并且涉及在图6中观察到的衰减。然而，
图8还揭示了对于朝向和高于地平线的角度，信号功率被衰减。该衰减在帮助进一步降低站
点间干扰方面可能是有用的，或者可替代地允许天线设计的上旁瓣抑制（USLS）规范的放
松，因为如果被部署在屋顶上、从屋顶边缘收进，则上旁瓣将被进一步减小。该附加的设计
自由度可以提供较优化的幅度和相位权重分布以最大化地面上的信号强度。

[0035] 部署在屋顶上并从屋顶边缘收进的基站天线通常易于受无源互调（PIM）干扰，该干扰是由被（一个或多个）天线在屋顶上辐射的外部PIM源引起的。这样的外部PIM源包括线
缆、金属管道、金属通风孔、格栅、螺钉、螺栓和其他固定件。可以具有自由连接的（loose‑
fitting）金属结的这些物件中的任何一个，特别是具有不类似的金属或具有氧化物的物件
可以是外部PIM干扰的强源。本公开的附加益处是帮助减少由屋顶上的外部PIM源生成的
PIM干扰，因为辐射最强RF信号分量的本公开的天线元件是在天线阵列的顶部处和附近的
那些元件。因此，与对于具有沿天线阵列的RF功率的中心加权的渐缩的幅度分布的常规天
线的情况相比，这些较高的功率辐射源更远离潜在的PIM源。

[0036] 适合于在蜂窝移动通信网络中部署的天线系统可以包括在相同天线罩中的并且共享相同的背板/反射器的多个阵列。附加的阵列可以用来允许利用极化分集、高阶多输入
多输出（MIMO）（例如，多阶MIMO，诸如4×4、6×6、8×8等）空间处理，以及用来支持附加的频
谱带。这些附加阵列可利用相同的RF波束成形网络或一个或多个不同的RF波束成形网络。

[0037] 本公开的示例可以包括使用无源的互易的分布网络（例如，对于上行链路和下行链路相同的分布网络部件）的天线阵列，或者可以包括有源天线阵列，其中在RF功率放大之
前在低功率RF、在中频（IF）、基带处、或者在用户特定的基带处生成幅度和相位权重。在后
一种情况下，然后可能跨天线阵列预编码旨在用于特定用户的信息，其导致用户特定的波
束成形以最小化针对各个订户终端的仰角平面中的路径损耗。

[0038] 图9描绘了根据本公开的实现无源波束成形馈送网络的示例天线系统（200）。旨在用于从基站无线电连接以用于由天线系统（200）传输和/或以用于由天线系统（200）接收的
RF信号端口（201）连接到包括RF分路器（202、203、204、205、206）的馈送网络。馈送网络连接
到7个共极化天线元件（210‑216）。可在馈送网络和天线元件（210‑216）之间使用可选的可
变移相器（270‑276）以变化辐射仰角方向图的倾斜。因此，馈送网络将旨在用于在端口
（201）处传输的RF信号的功率划分成多个分量信号，以用作对于天线元件（210‑216）的阵列
的驱动信号。在图9中示出了RF分路器的布置和特别的RF功率分路比。在该示例中，可以看
出，在端口（201）处施加的信号的总RF功率的73%被分配给顶部三个天线元件。在图表900中
图示了电压幅度项的所产生的幅度分布，其具有对应于天线元件（210‑216）的幅度（220‑
226）。可以使用线缆长度或电路板轨道长度来调谐从信号输入端口（201）到天线元件（210‑
216）的相位长度，这取决于馈送网络是如何物理地实现的。对于天线元件的预期相位权重
被描绘为相位分布（230）。因此，RF波束成形网络的幅度权重和相位权重被布置为在天线系
统（200）的远场中的角度范围内形成方向性波束和抑制的旁瓣，并且布置为因此提供适合
于蜂窝移动通信网络的方向性波束的波束方向图。

[0039] 分路器、分路比和具有与图9中所示的分支的数目不同的分支的数目的分路器的不同布置可以实现相同或类似的幅度分布。因此，本公开可以利用其他馈送网络，其具有分
配给最顶部天线元件的显著功率，但是仍然可以创建（例如，具有15dB或更好的USLS的）远
场辐射方向图。

[0040] 另外，应注意，关于上行链路通信，分布网络还配置成组合旨在用于由天线阵列从多个分量信号接收的RF信号。在一个示例中，在端口（201）处施加的信号的总RF功率的73%
被分配给朝向阵列（例如，天线元件（210、211））的一端（例如，顶部）的50%或更少的天线元
件。在另一示例中，在端口（201）处施加的信号的总RF功率的80%被分配给朝向阵列的一端
（例如，顶部）的50%或更少的天线元件。在一个示例中，天线系统（200）旨在用于在建筑屋顶
上部署，并且用于基本上远离建筑屋顶的边缘（例如，收进3m或更多（例如，6m、10m等））而部
署，使得当从地面水平观察时，相控阵天线系统的外观被最小化。

[0041] 虽然前文中描述了根据本公开的一个或多个方面的各种示例，但是在不脱离由所附（一个或多个）权利要求及其等同物确定的本公开的范围的情况下，可以设计根据本公开
的一个或多个方面的其他和进一步的（一个或多个）示例。