[發(fā)明專利]一種能補(bǔ)償多普勒效應(yīng)的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210327212.1
• 申請(qǐng)日: 2012-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN102868435A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀沖;陳維明;李維蒙;張錦輝;張曉鈞;熊發(fā)田;連文昭;金榮洪;耿軍平;梁仙靈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國鐵路通信信號(hào)股份有限公司
• 主分類號(hào): H04B7/08
• 分類號(hào): H04B7/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種能補(bǔ)償多普勒效應(yīng)的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著高速鐵路的大范圍建設(shè)，能滿足高速通信要求的通信方式和系統(tǒng)的需求也越來越迫切。在通信過程中，高速移動(dòng)的終端接收到的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，其對(duì)通信的影響主要體現(xiàn)在：1、引起載頻的偏移；2、由于多徑產(chǎn)生的多普勒擴(kuò)展。在下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（LTE、Wimax等）中，為提高通信信道的利用率，廣泛采用正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，OFDM技術(shù)對(duì)頻偏變化較為敏感。因此，補(bǔ)償高速通信中的多普勒效應(yīng)成為亟需解決的問題。

傳統(tǒng)的補(bǔ)償多普勒效應(yīng)引起的頻偏的方法是通過算法估計(jì)多普勒頻移量，然后通過在信道估計(jì)中進(jìn)行估計(jì)、跟蹤和補(bǔ)償。如中興公司提出的，專利申請(qǐng)?zhí)?00810104654.3的中國專利“一種頻偏補(bǔ)償?shù)姆椒ê脱b置”通過基站對(duì)上行信號(hào)的多普勒頻移進(jìn)行估計(jì)，并將其作為下行信號(hào)多普勒頻移補(bǔ)償?shù)膮⒖肌５壳暗膶＠念l偏補(bǔ)償算法均是在基站端完成，需要對(duì)現(xiàn)有通信系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)或重新設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能補(bǔ)償多普勒效應(yīng)的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，在射頻前端即對(duì)多普勒頻移進(jìn)行補(bǔ)償，并可以抑制產(chǎn)生多普勒擴(kuò)展的多徑。

本發(fā)明的原理是由于自適應(yīng)陣列天線是一種能根據(jù)工作環(huán)境要求，能靈活調(diào)整天線波束及零陷位置的天線系統(tǒng)，通過控制陣列天線各通道的幅度和相位實(shí)現(xiàn)。基于高速射頻開關(guān)的時(shí)間調(diào)制陣列能綜合出自適應(yīng)陣列天線進(jìn)行波束控制的幅度和相位，實(shí)現(xiàn)天線波束的自適應(yīng)控制。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種能補(bǔ)償多普勒效應(yīng)的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括：

多個(gè)天線陣列，用于接收移動(dòng)臺(tái)發(fā)來的無線信號(hào)并輸入射頻帶通濾波器或者用于接收射頻帶通濾波器發(fā)出的信號(hào)并輻射給基站；

高速射頻開關(guān)，用于決定信號(hào)被接收或者發(fā)射后，載頻相對(duì)于接收或者發(fā)射前的偏移量；

控制電路，用于周期性控制高速射頻開關(guān)的控制頻率f_p，實(shí)現(xiàn)天線陣列的波束指向和用于調(diào)節(jié)射頻開關(guān)的控制周期來補(bǔ)償多普勒頻移。

本發(fā)明還包括射頻帶通濾波器、雙工器、低噪放大器、合路器、下變頻器、中頻濾波器、本振、中頻放大器、功率分配器、射頻放大器和上變頻器；

上述元件的連接關(guān)系如下：

當(dāng)所述的雙工器處于接收狀態(tài)時(shí)，由多個(gè)天線陣元接收移動(dòng)臺(tái)發(fā)來的無線信號(hào)后分別依次輸入對(duì)應(yīng)的射頻濾波器和高速射頻開關(guān)、雙工器和低噪放大器進(jìn)入合路器，各陣元支路信號(hào)合成一路中頻信號(hào)后經(jīng)過下變頻器下變頻至中頻段，再被中頻濾波器濾波后進(jìn)入信號(hào)處理模塊；

當(dāng)所述的雙工器處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，天線處于發(fā)射狀態(tài)，中頻信號(hào)經(jīng)中頻放大器放大后，由上變頻器上變頻至射頻段進(jìn)入功率分配器，經(jīng)功率分配器分配給各射頻放大器放大后，各射頻信號(hào)分別依次輸入到對(duì)應(yīng)的雙工器、高速射頻開關(guān)和射頻濾波器后，各天線陣元分別接收對(duì)應(yīng)的信號(hào)并輻射給基站。

所述的控制電路包括：

信號(hào)收集器，用于獲取移動(dòng)物體的速度和位置信息并將信息傳輸給控制模塊；

控制模塊，用于周期性地控制高速射頻開關(guān)的狀態(tài)；

數(shù)字頻率合成器，用于控制高速射頻開關(guān)工作的參考時(shí)鐘源；

存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)高速射頻開關(guān)的控制時(shí)序、高速射頻開關(guān)的狀態(tài)切換周期和射頻帶通濾波器的截止頻率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在射頻前端對(duì)由于高速移動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償和抑制，使得傳統(tǒng)的應(yīng)用在低速系統(tǒng)的通信方式和系統(tǒng)在應(yīng)用于高速環(huán)境時(shí)能直接應(yīng)用，而無需改進(jìn)其內(nèi)部算法。具有更低的硬件復(fù)雜度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明能補(bǔ)償多普勒效應(yīng)的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為移動(dòng)臺(tái)與基站發(fā)射和接收的射頻信號(hào)的載頻關(guān)系示意圖。其中（a）表示移動(dòng)臺(tái)和基站在收發(fā)時(shí)由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)，（b）表示在收發(fā)狀態(tài)下經(jīng)過射頻開關(guān)后信號(hào)頻譜的相對(duì)關(guān)系。

圖3為具有多普勒效應(yīng)補(bǔ)償功能的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)的工作流程圖。

圖4a為實(shí)施例1中一個(gè)控制周期內(nèi)各高速射頻開關(guān)的各個(gè)開關(guān)打開的時(shí)序圖。

圖4b為在這種打開時(shí)序控制下整個(gè)天線的波束方向圖。

圖5為實(shí)施例1中基站端接收到的信號(hào)的功率譜。

圖6a為實(shí)施例2中一個(gè)控制周期內(nèi)各高速射頻開關(guān)打開/關(guān)閉的時(shí)序圖。

圖6b為在這種開關(guān)狀態(tài)下天線陣列的方向圖。