[發(fā)明專利]一種遮擋躲避的60GHz多天線系統(tǒng)及其信號處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010161887.4
• 申請日: 2010-05-04
• 公開（公告）號: CN101867401A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董可;廖學文;朱世華;任品毅
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種60GHz的多天線系統(tǒng)，包含遮擋檢測器、發(fā)射機和接收機，其特征在于：所述發(fā)射機和接收機均包含首選天線選擇模塊和備用天線選擇模塊；所述首選天線選擇模塊用于選擇高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x天線子陣列；所述備用天線選擇模塊用于選擇對抗遮擋的備用天線子陣列；所述遮擋檢測器用以檢測障礙物并且量化其對天線陣列產(chǎn)生的影響；所述首選天線選擇模塊由天線索引管理器、開關(guān)控制、目標函數(shù)估算邏輯、迭代更新控制器等子模塊構(gòu)成；所述天線索引管理器控制當前所選的天線陣元的索引號的生成和維護；所述開關(guān)控制決定了收發(fā)兩端各個射頻鏈路具體與那些天線陣元相連接。所述目標函數(shù)估算邏輯一股位于接收端，通過接收訓練序列直接估算出當前天線子集對應(yīng)的目標函數(shù)；所述迭代更新控制器一股位于接收端，對天線選擇模塊中實現(xiàn)的迭代過程做出自適應(yīng)更新；所述遮擋檢測器探測遮擋通信鏈路的障礙物并將其在整個天線陣列上產(chǎn)生的遮擋效果量化為繞射比矩陣；所述備用天線選擇模塊由選擇歷史維護和評分器結(jié)合構(gòu)成；所述選擇歷史維護子模塊收集記錄首選天線選擇迭代過程中已評估過的天線子集及其目標函數(shù)，并隨著迭代的進行不斷擴充；評分器則根據(jù)設(shè)計的評分函數(shù)和探測得到的遮擋情況為選擇歷史中的每個元素評分，并選擇評分最高的元素作為備用天線子集；所述多天線系統(tǒng)收發(fā)兩端的天線陣列大小分別為N_r和N_t，獨立的射頻鏈路數(shù)目分別為n_r和n_t，且n_r≤N_r，n_t≤N_t；所述無線信道為60GHz無線信道。

2.基于權(quán)利要求1所述多天線系統(tǒng)的信號處理方法，其特征在于：

(一)判斷發(fā)射機和接收機是否有遮擋發(fā)生；如果沒有遮擋發(fā)生，轉(zhuǎn)入步驟(二)；如果有遮擋發(fā)生，轉(zhuǎn)入步驟(三)；

(二)無遮擋發(fā)生時的首選天線選擇過程，獲得信道的最優(yōu)性；

(三)當發(fā)生遮擋時的備用天線選擇過程，獲得信道的最優(yōu)性。

3.如權(quán)利要求2所述多天線系統(tǒng)的信號處理方法，其特征在于，所述步驟(二)無遮擋發(fā)生時的首選天線選擇過程是：

(1)初始化過程：收發(fā)兩端的天線索引管理器隨機生成一組天線子集作為初始狀態(tài)和已選天線子集；初始化迭代控制器中的概率向量；為選擇歷史維護向量寫入初始值；

(2)采樣和估算過程；進入迭代循環(huán)體，每個迭代循環(huán)體又分為n_t+n_r個子循環(huán)，在第k(1≤k≤n_t+n_r)個子循環(huán)中；

a)天線索引管理器隨機的產(chǎn)生一個未選擇的天線索引號，并用其替換當前已選天線子集中的一個元素，以生成一個僅有第k個元素不同于當前已選天線子集中對應(yīng)元素的新子集；

b)分別用這兩個天線子陣列的每一個發(fā)射天線陣元獨立的發(fā)射訓練序列，通過信道后在接收端合并獲得相應(yīng)的標量輸出；

c)利用這些標量輸出，目標函數(shù)估算邏輯分別估算出與這兩個天線子陣列對應(yīng)的目標函數(shù)；

(3)動態(tài)更新與自適應(yīng)濾波處理：比較步驟2得到的兩個目標函數(shù)大小，對迭代更新控制器中的概率向量做出動態(tài)更新；首先為目標函數(shù)較大但尚未在概率矢量中記錄的天線子集追加記錄，其次為矢量中的每個記錄按下式更新概率估計值：

π⁽ⁿ⁺¹⁾＝[1-μ(n+1)]π⁽ⁿ⁾????(1)

π⁽ⁿ⁺¹⁾(ω)＝π⁽ⁿ⁺¹⁾(ω)+μ(n+1)

式中，π⁽ⁿ⁺¹⁾表示π⁽ⁿ⁾更新一次之后的概率矢量；π⁽ⁿ⁾(ω)表示天線子集ω在概率矢量中的記錄；μ(n)＝1/n是自適應(yīng)過程的遺忘因子，反映一次更新的強度；

(4)選擇判決過程：在每次迭代結(jié)束之前，從當前的概率向量中，選擇出概率估計值最大的一個天線子集作為本次迭代的天線選擇結(jié)果；將這個天線子集與其對應(yīng)的目標函數(shù)估計值追加寫入選擇歷史維護向量；同時，這一結(jié)果將由迭代更新控制器通過反饋鏈路通知發(fā)端天線索引管理器更新當前已選天線子集的索引信息；收端天線索引管理器按照同樣方法通過內(nèi)部通道獲得該信息執(zhí)行索引更新；

(5)子循環(huán)繼續(xù)直到k＞n_t+n_r；

(6)迭代循環(huán)繼續(xù)直到收斂條件滿足，若算法已收斂，當前已選擇的天線子集即為近似全局最優(yōu)的天線子陣列；選擇歷史維護向量中記錄了該次迭代收斂過程中所有被選擇過的天線子集與其目標函數(shù)估計值。