[發明專利]一種基于相控陣天線陣列的無線信道測量裝置與測量方法

無效

• 申請號: 201210376306.8
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102917397A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 洪偉;李林盛;張念祖
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04W24/08
• 分類號: H04W24/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

技術領域

本發明涉及一種信道測量裝置與測量方法，尤其是涉及一種基于相控陣天線陣列的無線信道測量裝置與測量方法，屬于無線通信技術領域。

背景技術

在無線通信系統中，無線信道是信息的傳輸媒介，無線信道的傳播特性對系統性能有著直接的影響。在設計任何無線通信系統時，必須深入了解無線信道的傳播特性，以優化系統的性能。無線信道測量是了解無線信道特征的直接途徑，通過信道測量可以得到真實環境中的信道數據，包括路徑損耗模型、功率延遲線、信道傳遞函數、均方根時延擴展、相干時間、電波的離開角和到達角，等等。在此基礎上，可以對各信道參數進行統計分析，并根據分析的結果，運用合理的數學方法，建立起無線信道模型。

為實現高數據速率、高頻譜效率和高功率輻射效率等，在IMT-Advanced及未來移動通信系統中將采用無線MIMO傳輸技術，而MIMO系統的實際容量與電波傳播的實際特性密切相關。隨著通信系統的不斷發展，人們渴望進一步提高系統的傳輸速率，除了對信道的時域、頻域資源進行更加深入的開發外，開始對空域進行開發，尤其是MIMO和智能天線的引入，信道測量和建模也更加關注空間信息。對于MIMO系統而言，其信道模型除了考慮路徑損耗和時延擴展等參數外，還需明確信道的空域特性，例如電波在發送天線上的離開角和接收天線上到達角，發送和接收功率在角度域的分布，相隔一定距離的天線陣元上發送或接收信號的相關性等。在實際的無線傳輸環境中，信道測量數據對于MIMO信道建模和容量分析等至關重要。而且，對于采用MIMO傳輸技術的移動通信系統的研發、部署、優化、以及系統性能分析等，信道測量結果、建模和系統容量的精確估計都將起到基礎性與先導性的作用。

目前通過實驗獲取信道空域特性信息的方法主要有高增益定向天線掃描和陣列結合高分辨率DOA算法，前者的原理直觀易懂，利用高增益窄波束天線在0~360°的范圍內掃描，從而直接獲取來波功率在角度上的分布，缺點是直接測量得到的結果受天線方向圖影響較大，并且窄波束定向天線的尺寸會比較大，給制作和實驗帶來一些不便，實際測量時需要采用機械旋轉的方式進行空間掃描，速度受限，對于時變特性明顯的信道測量結果準確度下降；后者的好處在于精度高，但缺點是整個系統制作復雜，算法與測試天線陣列的形式直接相關，整個系統的校準需要很大的工作量，并且后續處理計算量大。

發明內容

發明目的：本發明為了提高無線信道的空域角度擴散特性測量的準確性和有效性，提供一種基于相控陣天線陣列的無線信道測量裝置與測量方法。

技術方案：一種基于相控陣天線陣列的無線信道測量裝置，其特征在于，包括遠端機和近端機，所述的遠端機包括一相控陣天線陣列，而所述的近端機則包括順序連通的第一光端機、中頻子系統、基帶子系統、GPS接收機和數據管理服務器，所述的數據管理服務器中還設置有磁盤陣列，而所述的相控陣天線陣列則包括順序連通的天線輻射單元、波束成形網絡、射頻子系統和第二光端機，所述的第二光端機和第一光端機通過電纜連通，其中，數據管理服務器用于記錄測量的數據，并對部分參數進行實時觀測和結果顯示，而GPS（全球定位系統）接收機用于提供高穩定度的基準頻率、基準定時，以及當前的經緯度和移動速度等信息。

進一步，所述的GPS接收機包含GPS馴服銣原子鐘，為測量系統提供精確的定位和定時信息。

一種利用上述的基于相控陣天線陣列的無線信道測量裝置進行無線信道測量的方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）設定發射端的相控陣天線陣列的波束指向；

（2）設定接收端的相控陣天線陣列的波束指向；

（3）利用基于相控陣天線陣列的無線信道測量裝置進行無線信道測量，并記錄測量狀態和數據；

（4）將步驟（1）所述的發射端改為接收端，而將步驟（2）所述的接收端改為發射端，然后利用基于相控陣天線陣列的無線信道測量裝置進行無線信道測量，并記錄測量狀態和數據；

（5）改變步驟（2）所述的接收端的相控陣天線陣列的波束位置，并重復步驟（3）和步驟（4），直至接收端的相控陣天線陣列的所有波束位置測量完畢；

（6）改變步驟（1）所述的發射端的相控陣天線陣列的波束位置，并重復步驟（3）、步驟（4）和步驟（5），直至發射端的相控陣天線陣列的所有波束位置測量完畢。

有益效果：本發明通過控制相控陣天線陣列的波束指向進行空間掃描，可以對無線信道的空域特性進行快速精確測量，同時結合無線信道測量裝置的收發切換，可對無線信道的空域特性進行準實時雙向測量，而由于采用了有源的相控陣天線，提高了測量裝置的接收靈敏度。