[发明专利]基于多普勒信道特性的天线辐射方向图自适应方法

摘要

本发明涉及一种基于多普勒信道特性的天线辐射方向图自适应方法，包括：步骤S1：初始设置天线的辐射方向图有两个对称的主波瓣，实时检测天线是否接收到高铁上用户发送的信号；步骤S2：基于多普勒信道特性和几何数学模型获得高铁运行速度估计值、铁轨与基站的最小距离估计值和高铁以最小距离经过基站的时间估计值；步骤S3：重构和预测高铁移动轨迹，获得任意给定时刻的高铁位置；步骤S4：自适应设置天线的辐射方向图，使得辐射方向图有一个实时跟踪覆盖高铁的主波瓣；步骤S5：当此次高铁离开，跳转步骤S1，等待下一次高铁经过。与现有技术相比，本发明使得天线辐射方向实时跟踪覆盖高铁，提高QoS，减少功率损耗，实用性强。

主权项

1.一种基于多普勒信道特性的天线辐射方向图自适应方法，用于控制与高铁上用户无线通信的天线，所述天线设于铁轨旁的基站上，其特征在于，包括：步骤S1：基站初始设置天线的辐射方向图有两个对称的主波瓣，每个主波瓣覆盖铁轨的两侧，基站实时检测天线是否接收到高铁上用户发送的信号；步骤S2：当天线接收到高铁上用户发送的信号时，有高铁经过，基于多普勒信道特性和几何数学模型获得高铁运行速度估计值、铁轨与基站的最小距离估计值和高铁以最小距离经过基站的时间估计值；步骤S3：根据高铁运行速度估计值、铁轨与基站的最小距离估计值和高铁以最小距离经过基站的时间估计值重构和预测高铁移动轨迹，获得任意给定时刻的高铁位置；步骤S4：基站根据任意给定时刻的高铁位置自适应设置天线的辐射方向图，使得辐射方向图有一个实时跟踪覆盖高铁的主波瓣；步骤S5：当天线不再接收到高铁上用户发送的信号，此次高铁离开，跳转步骤S1，等待下一次高铁经过；所述步骤S2具体为：21：根据多普勒信道特性和几何数学模型，建立LOS径的多普勒频率公式，如下：式中，υLOS(t)表示LOS径的多普勒频率，v表示高铁运行速度，d表示铁轨与基站的最小距离，t0表示高铁以最小距离经过基站的时间，θ(t)表示在t时刻观察到的基站和高铁之间直射路径与高铁移动方向的夹角，fc表示载波频率，c表示光速；22：当天线接收到高铁上用户发送的信号Q，有高铁经过，根据信号Q获得与用户对应的多普勒频率轨迹在该多普勒频率轨迹上取多个不同时刻的多普勒频率经验值；23：采用最小二乘法由多个不同时刻的多普勒频率经验值获得估计的高铁运行速度估计值铁轨与基站的最小距离估计值高铁以最小距离经过基站的时间估计值满足以下公式：式中，下标LS表示最小二乘结果，arg min f(v,t₀,d)表示使f(v,t₀,d)取得最小值时的取值，|·|表示两个给定变量之间的欧几里得距离，t∈[t₁,t_M]表示获取多普勒频率经验值的M个观测时间，υ(t)表示t时刻的多普勒频率经验值。