[发明专利]一种基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置与测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信道测量装置与测量方法，尤其是涉及一种基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置与测量方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

在无线通信系统中，无线信道是信息的传输媒介，无线信道的传播特性对系统性能有着直接的影响。在设计任何无线通信系统时，必须深入了解无线信道的传播特性，以优化系统的性能。无线信道测量是了解无线信道特征的直接途径，通过信道测量可以得到真实环境中的信道数据，包括路径损耗模型、功率延迟线、信道传递函数、均方根时延扩展、相干时间、电波的离开角和到达角，等等。在此基础上，可以对各信道参数进行统计分析，并根据分析的结果，运用合理的数学方法，建立起无线信道模型。

为实现高数据速率、高频谱效率和高功率辐射效率等，在IMT-Advanced及未来移动通信系统中将采用无线MIMO传输技术，而MIMO系统的实际容量与电波传播的实际特性密切相关。随着通信系统的不断发展，人们渴望进一步提高系统的传输速率，除了对信道的时域、频域资源进行更加深入的开发外，开始对空域进行开发，尤其是MIMO和智能天线的引入，信道测量和建模也更加关注空间信息。对于MIMO系统而言，其信道模型除了考虑路径损耗和时延扩展等参数外，还需明确信道的空域特性，例如电波在发送天线上的离开角和接收天线上到达角，发送和接收功率在角度域的分布，相隔一定距离的天线阵元上发送或接收信号的相关性等。在实际的无线传输环境中，信道测量数据对于MIMO信道建模和容量分析等至关重要。而且，对于采用MIMO传输技术的移动通信系统的研发、部署、优化、以及系统性能分析等，信道测量结果、建模和系统容量的精确估计都将起到基础性与先导性的作用。

目前通过实验获取信道空域特性信息的方法主要有高增益定向天线扫描和阵列结合高分辨率DOA算法，前者的原理直观易懂，利用高增益窄波束天线在0~360°的范围内扫描，从而直接获取来波功率在角度上的分布，缺点是直接测量得到的结果受天线方向图影响较大，并且窄波束定向天线的尺寸会比较大，给制作和实验带来一些不便，实际测量时需要采用机械旋转的方式进行空间扫描，速度受限，对于时变特性明显的信道测量结果准确度下降；后者的好处在于精度高，但缺点是整个系统制作复杂，算法与测试天线阵列的形式直接相关，整个系统的校准需要很大的工作量，并且后续处理计算量大。

发明内容

发明目的：本发明为了提高无线信道的空域角度扩散特性测量的准确性和有效性，提供一种基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置与测量方法。

技术方案：一种基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置，其特征在于，包括远端机和近端机，所述的远端机包括一相控阵天线阵列，而所述的近端机则包括顺序连通的第一光端机、中频子系统、基带子系统、GPS接收机和数据管理服务器，所述的数据管理服务器中还设置有磁盘阵列，而所述的相控阵天线阵列则包括顺序连通的天线辐射单元、波束成形网络、射频子系统和第二光端机，所述的第二光端机和第一光端机通过电缆连通，其中，数据管理服务器用于记录测量的数据，并对部分参数进行实时观测和结果显示，而GPS（全球定位系统）接收机用于提供高稳定度的基准频率、基准定时，以及当前的经纬度和移动速度等信息。

进一步，所述的GPS接收机包含GPS驯服铷原子钟，为测量系统提供精确的定位和定时信息。

一种利用上述的基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置进行无线信道测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）设定发射端的相控阵天线阵列的波束指向；

（2）设定接收端的相控阵天线阵列的波束指向；

（3）利用基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置进行无线信道测量，并记录测量状态和数据；

（4）将步骤（1）所述的发射端改为接收端，而将步骤（2）所述的接收端改为发射端，然后利用基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置进行无线信道测量，并记录测量状态和数据；

（5）改变步骤（2）所述的接收端的相控阵天线阵列的波束位置，并重复步骤（3）和步骤（4），直至接收端的相控阵天线阵列的所有波束位置测量完毕；

（6）改变步骤（1）所述的发射端的相控阵天线阵列的波束位置，并重复步骤（3）、步骤（4）和步骤（5），直至发射端的相控阵天线阵列的所有波束位置测量完毕。

有益效果：本发明通过控制相控阵天线阵列的波束指向进行空间扫描，可以对无线信道的空域特性进行快速精确测量，同时结合无线信道测量装置的收发切换，可对无线信道的空域特性进行准实时双向测量，而由于采用了有源的相控阵天线，提高了测量装置的接收灵敏度。