[發明專利]一種遮擋躲避的60GHz多天線系統及其信號處理方法

有效

• 申請號: 201010161887.4
• 申請日: 2010-05-04
• 公開（公告）號: CN101867401A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 董可;廖學文;朱世華;任品毅
• 申請（專利權）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

技術領域：

本發明屬于通信領域，涉及一種多用于對抗輕量級遮擋的多天線系統及其信號處理方法，尤其是一種60GHz系統中基于備選天線子集選擇的對抗輕量級遮擋的快速方法。

背景技術：

在60GHz通信系統中，無線鏈路的連通性極易受障礙物遮擋影響。有些遮擋發生在較長時間和較大空間范圍內(如室內家具擺放不當或墻壁阻隔造成的遮擋)，而其他遮擋的發生則相對較為短暫且范圍較小(如人員或寵物的移動造成的暫時性遮擋)。在某些應用中短暫的信號中斷是不能被接收的，如點對點的非壓縮高清電視信號傳輸，遮擋會導致高速信號流暫時中斷，影響媒體流的連貫性，大大降低服務質量。針對這一問題，一種解決方案是部署多個中繼器，實現信號的臨時跳轉。二是應用智能天線技術，實現波束的自適應控制。三是利用天線子陣列的選擇方法，盡量選擇受障礙物影響較小的天線子陣列進行傳輸。由于60GHz系統通常配備較大規模的天線陣列，這種方法只能通過多次的迭代獲得近似最優的結果。以上方法在遮擋發生時均執行某種自適應過程來減弱遮擋影響：或者選擇合適的中繼器來執行多跳處理，或者調整天線陣列的發射波束方向，或者迭代的選擇一組更好的天線子集進行收發。雖然他們均能有效地對抗發生在較大尺寸和較為靜止的遮擋效果。然而在某些場景下，特別是輕量級遮擋頻發的情況下采用上述方法將付出過大的成本。因此，研究一種能快速有效對抗輕量級遮擋的多天線系統是有實際意義的。

發明內容：

本發明所解決的技術問題是提供一種既能自適應的選擇收發天線子陣列來優化系統，又能以較低的成本有效地對抗頻發的、小范圍的、暫時性的輕量級遮擋的多天線系統及其信號處理方法。解決了現有方法在對抗頻發的輕量級遮擋時成本較高而效率較低這一問題。所提出的多天線系統在沒有遮擋的情況下可以優化選擇出最優的天線子集用于高速數據傳輸。當最優的天線子集受到障礙物遮擋時，又可以快速方便的切換到一組備用天線子集以防止嚴重的鏈路衰減，維持鏈路的連通性。

本發明針對上述方法中存在的問題，基于隨機優化的天線選擇算法，提出了一種60GHz的多天線系統，包含遮擋檢測器、發射機和接收機，所述發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據傳輸的首選天線子陣列；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生的影響；所述首選天線選擇模塊由天線索引管理器、開關控制、目標函數估算邏輯、迭代更新控制器等子模塊構成；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；所述開關控制決定了收發兩端各個射頻鏈路具體與那些天線陣元相連接。所述目標函數估算邏輯一般位于接收端，并通過接收訓練序列直接估算出當前天線子集對應的目標函數；所述迭代更新控制器一般位于接收端，對天線選擇模塊中實現的迭代過程做出自適應更新；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合構成；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，并隨著迭代的進行不斷擴充；評分器則根據設計的評分函數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；所述多天線系統收發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。

所述多天線系統的信號處理方法：

(一)判斷發射機和接收機是否有遮擋發生；如果沒有遮擋發生，轉入步驟(二)；如果有遮擋發生，轉入步驟(三)；

(二)無遮擋發生時的首選天線選擇過程，獲得信道的最優性；

(三)當發生遮擋時的備用天線選擇過程，獲得信道的最優性。

所述步驟(二)無遮擋發生時的首選天線選擇過程是：

(1)初始化過程：收發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；進入迭代循環體，每個迭代循環體又分為n_t+n_r個子循環，在第k(1≤k≤n_t+n_r)個子循環中；