[发明专利]基于虚拟天线阵列的高精度无线信道测试平台及方法有效

专利信息
申请号: 200910056427.2 申请日: 2009-08-14
公开(公告)号: CN101656971A 公开(公告)日: 2010-02-24
发明(设计)人: 刘富强;尹学锋;周毅;田力 申请(专利权)人: 同济大学
主分类号: H04W24/00 分类号: H04W24/00;H04B17/00
代理公司: 上海智信专利代理有限公司 代理人: 吴林松
地址: 200092上*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 基于 虚拟 天线 阵列 高精度 无线 信道 测试 平台 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于宽带无线通信领域,涉及一种无线信道测试平台,尤其针对下一代宽带移动 通信系统的设计与优化需求,可广泛应用于多发多收(MIMO)无线传播信道的高精度、多 维度测试与建模。

背景技术

未来的宽带无线通信网络将能够提供更高容量、更大覆盖范围以及更快的数据传输速率, 与此同时,人们对于无线信道的研究越来越深入。开发合理的MIMO无线信道模型以模拟各 种实际信道环境,是评估现有空时处理算法的性能的起点,也是开发更加稳健的空时处理算 法的前提,更是仿真与优化设计高性能MIMO通信系统的基础。自从开始探索信号的空域信 息以来,人们对空间信道的测试就特别感兴趣。MIMO通信技术发展至今,理论日渐成熟, 而现场测试亟待进行。开发测试平台进行现场测试对于MIMO通信技术迈向实用化具有重要 意义。

高精度无线信道测试平台是MIMO信道分析、建模与仿真的支撑平台。利用无线信道测 试平台能采集各种实测信道信息,对无线信道的复杂空间特性进行高精度分析,为建立准确 的信道模型提供参考和保障。现有的信道测试方法通常采用波束切换天线,又叫多波束天线。 它具有有限数目的、固定的、预定义的方向图,通过阵列天线技术在同一信道中利用多个波 束同时给多个用户发送不同的信号,它从几个预定义的固定波束中选择其一,检测信号强度。 此类天线在特定的方向上提高灵敏度,从而提高通信容量和质量。发射天线阵产生多个波束 来分别照射不同地区,特别地,在每个波束中发送的信息不同而且要互不干扰。多波束天线 利用多个并行波束覆盖整个接收区,每个波束的指向是固定的,波束宽度也随天线元数目而 确定。当接收机移动时,发射天线在不同的相应波束中进行选择,使接收信号最强。

传统波束切换天线很多不足之处,比如天线互耦、阵列架构限制、天线阵列切换速度不 够快、信道分析的复杂度高、后处理耗时大等。

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有平台的许多弊端,如天线阵列的切换速度慢、信道分析 的复杂度高、后处理耗时大导致信道解析精度不高,以及利用多个天线发送与接收造成的高 成本和低灵敏度等问题,提供一种基于虚拟天线阵列的高精度无线信道测试平台及方法,提 高切换速度,增加测量精确度。

为达到以上目的,本发明所采用的解决方案是:

一种基于虚拟天线阵列的高精度无线信道测试平台,其包括发射机系统、天线系统、接 收机系统,天线系统采用基于电控波束扫描天线的虚拟天线阵列技术,对空域进行“扫描式” 测量,采集实测信道响应,获取信道在时域和空域的细粒度特性,从而为实际信道分析和建 模提供有效的参数。

进一步,所述天线系统包括同步设备、天线控制单元、扫描天线。同步设备确保收、发 天线在切换时间上同步及切换的时间精度,天线控制单元根据电压控制信号调整天线波束方 向,实现波束在水平域及俯仰域上方向变化的虚拟天线阵列。

所述天线系统还包括旋转控制器、旋转设备,扫描天线支撑于旋转设备上,旋转控制器 控制旋转设备调整天线支撑实现扫描天线位置变化的虚拟天线阵列。

所述天线系统的扫描天线,其波束主瓣的3dB宽度为4-6度。

一种基于虚拟天线阵列的高精度无线信道测试的方法,其包括以下步骤:

1)对测试平台的系统响应校准,确保发射机系统及接收机系统同步,发射机系统发送射 频信号;

2)在发送天线的波束方向改变前,接收天线通过电压控制信号调整波束方向,对同一信 号进行不同方向上的接收;

3)通过电压控制信号改变发送天线的波束方向,重复步骤2),直至达到预期的样本采 集量,结束发送和接收,并存储数据;

4)处理存储数据,进行信道特征总结和信道统计模型的构建。

所述的存储数据的处理包括直接得到信道在空间,即波离方向和波达方向上的功率谱, 以及利用高精度参数估计算法获得信道特征。

本发明使用基于虚拟天线阵列的高精度无线信道测试平台,融合了电控波束扫描、虚拟 天线阵列等多项先进理论和技术,能有效采集MIMO无线信道的脉冲响应。同时,它用波束 扫描天线构成虚拟的天线阵列来代替实际的天线阵列,使平台的扫描切换速度、采样速率、 同步校准等参数满足可以对高速动态信道进行有效测量的要求。为宽带无线通信系统,无线 信道测试提供了一种新的思路。

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