CN100495951C - 一种动态选择阵列天线结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动态选择阵列天线结构的方法,选定基本阵列天线并确定所需阵元数,从基本阵列天线的所有阵元中选出确定数目的阵元组成阵列天线结构,并采用当前阵列天线结构进行信号的接收和检测,该方法还包括:判断接收信号的传输时间间隔和/或时隙位置是否发生变化,如果是,则从基本阵列天线的所有阵元中重新选出确定数目的阵元组成新阵列天线结构,并采用新阵列天线结构进行信号的接收和检测,否则继续判断。采用该方法不仅实现简单灵活,而且能使每个阵元更合理地接收到达信号,提高阵列天线信号接收的可靠性。

Description

一种动态选择阵列天线结构的方法
技术领域
本发明涉及阵列天线技术,尤指一种动态选择阵列天线结构的方法。
背景技术
在现有的时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统中,基站大都使用阵列天线来完成用户信号的接收与发射。所谓阵列天线是由多个天线单元按照一定分布方式构成的,用于提高移动通信中天线系统的性能,阵列天线中的每个天线单元是相互独立的单元,每个天线单元也称作阵元,每个天线单元可以采用全向天线或定向天线,所有天线单元的分布可以是直线型、环型、平面型或立体型。阵列天线技术就是通过所有天线单元之间的相互配合完成各种环境下用户信号的接收与发送。一般来说,基站采用8阵元的均匀圆形阵列天线来进行上行信号的接收和检测,但是,在某些情况下,比如基站处理能力受限时,就只能使用较少的天线单元比如仅采用6阵元或4阵元来进行上行信号的接收和检测,以保证基站能正常工作。那么,在当前采用的阵元数小于阵列天线总阵元数时,如何合理地确定阵列天线结构是非常重要的问题。
以8阵元的阵列天线为例,当采用的阵元数小于8时,目前确定新阵列天线结构的方法有两种:一种是,利用当前确定的阵元数重新构建新的阵列天线;另一种是,从已有阵列天线结构中挑选确定数目的阵元形成新的阵列,但基本不改变原有阵列天线的分布形式,也就是说,不改变所选阵元在原阵列天线中的位置,如图1a和图1b所示,图1a为8阵元的均匀圆形阵列天线,图1b为挑选出的6个阵元所形成的新阵列天线,图中的标号1~8分别表示第几阵元。
上述两种确定新阵列天线结构的方法各自存在不同的缺陷和问题:对于第一种方法,由于要摒弃原有的阵列天线结构,完全重建一个全新的阵列天线结构,不仅会带来操作上的困难和资源的浪费,而且可能出现接收机在不同情况下不能兼容的问题,因此,很难在实际中得到应用。
对于第二种方法,虽然实现比较简单,但在选择阵元时需要考虑所选阵元对到达信号的接收强度,以免造成对接收信号的屏蔽。因为信号屏蔽主要与信号的到达角度有关,而无线环境下由于用户移动或者遮挡物变换使得信号到达天线的方向总是在变化的,接收机预先并不知道信号的到达角情况,这样,如果阵元选择不合适就会使一些信号被屏蔽,接收不到。换句话说就是,如果直接根据位置固定的已有阵元组成新阵列进行到达信号的接收,很容易出现接收盲区,即:某个区域一直不能收到到达的信号,进而导致接收机系统无法恢复信源、无法正常工作。可以看出,固定的阵列天线结构选择方案很容易造成接收信号的盲区,即:对应某个到达角的信号,接收机一直不能实现正确接收和检测,从而导致通信无法正常进行。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种动态选择阵列天线结构的方法,不仅实现简单灵活,而且能使每个阵元更合理地接收到达信号,提高阵列天线信号接收的可靠性。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种动态选择阵列天线结构的方法,选定基本阵列天线并确定所需阵元数,从基本阵列天线的所有阵元中选出确定数目的阵元组成阵列天线结构,并采用当前阵列天线结构进行信号的接收和检测,该方法还包括:
判断接收信号的传输时间间隔和/或时隙位置是否发生变化,如果是,则从基本阵列天线的所有阵元中重新选出确定数目的阵元组成新阵列天线结构,并采用新阵列天线结构进行信号的接收和检测,否则继续判断。
其中,所述基本阵列天线为任意结构的阵列天线。所述选出确定数目的阵元是在基本阵列天线的所有阵元中任意选择;所述基本阵列天线为8阵元均匀圆形阵列天线时,所述从基本阵列天线中选出确定数目的阵元具体为:从8阵元均匀圆形阵列天线的所有阵元中任意选出6个阵元、或4个阵元。所述确定所需阵元数是根据系统处理能力和/或当前用户数确定的。
该方法进一步包括:确定不同阵元对应的一种以上阵元组合,则所述选出确定数目的阵元为:选择一种阵元组合。其中,所述重新选出确定数目的阵元组成新的阵列天线结构为:对于同一传输时间间隔内的不同时隙选择不同阵元组合组成的阵列天线结构,或者选择同一种阵元组合组成的阵列天线结构。或者,所述重新选出确定数目的阵元组成新的阵列天线结构为:对于不同传输时间间隔的不同时隙选择不同阵元组合组成的阵列天线结构,或者选择同一种阵元组合组成的阵列天线结构。或者,所述重新选出确定数目的阵元组成新的阵列天线结构为:对于不同传输时间间隔的相同时隙选择同一种阵元组合组成的阵列天线结构,或者选择不同阵元组合组成的阵列天线结构。
本发明所提供的动态选择阵列天线结构的方法,是从选定的基本阵列天线结构中,选出数量少于总阵元数的阵元组成新的阵列天线结构,在阵元数相对固定的情况下,对不同传输时间间隔的不同传输时隙,选择不同的阵元形成不同的阵列天线结构,这样,不仅实现起来简单方便、具有更大的灵活性,而且能够保证整个阵列天线对所有不同到达角的用户信号的接收,也就是说,即使某个时隙的阵列天线结构对某个到达角的信号出现屏蔽,随着时隙的变化,所采用的阵列天线结构也会改变,所出现的屏蔽问题也就相应消除了,如此,可使当前采用的阵列天线中的每个阵元能更合理地接收到达信号,避免固定阵列天线结构可能出现的盲区问题,进而明显提高基站系统的性能,提高用户信号接收的可靠性。另外,为了防止某些信号因屏蔽而长时间无法接收,可进一步配合通信系统中的编码和重传机制,从而更有效的完成通信过程,为用户提供更好的服务。
在本发明实现过程中,所采用的已有阵列天线结构是任意的,比如:可以选用直线形阵列天线、均匀圆形阵列天线等等;对于阵元个数的确定可根据系统处理能力或用户数有多种选择,比如:从8元阵列天线中选出6个阵元、5个阵元等等;对于阵元的选择可以是任意的,比如:在8元阵列天线中选出任意6个阵元;对应不同传输时隙选用哪种阵列天线结构也是任意的,比如:选用第1阵元~第6阵元组成的阵列天线结构、或是第3阵元~第8阵元组成的阵列天线结构等等。而且,本发明的方法可适用于所有以阵列进行信号接收的通信系统。总而言之,本发明方法的实现具有很强的灵活性、实用性和通用性,适用范围更广,实现形式多种多样。
附图说明
图1a和图1b为现有技术中一阵列天线阵元变化前后的阵列天线结构图;
图2为8阵元均匀圆形阵列天线结构示意图;
图3为本发明方法的实现流程图。
具体实施方式
本发明的核心思想是:从选定的基本阵列天线的所有阵元中选出部分阵元组成不同的阵列天线结构,根据传输时间间隔和/或时隙的变化,动态选择不同的阵列天线结构进行用户信号的接收和检测。
这里,将已有阵列天线作为基本阵列天线,已有阵列天线是指4阵元、8阵元、16阵元的直线形阵列天线、圆形阵列天线等等;所述选择部分阵元主要是根据系统的处理能力和/或当前接入的用户数先确定要选的阵元数目,再确定选哪些阵元,具体选择哪些阵元是任意的,比如:对于8阵元均匀圆形阵列天线结构确定要选出4个阵元,可以选连续的4个阵元,也可以等间隔地选4个阵元,还可以不等间隔地选4个阵元等等;所述动态选择不同阵元结构也是任意选择的,并不限定可选阵列天线结构的选择顺序。
本发明适用于任何一个以阵列天线接收用户信号的通信系统,下面仅以TD-SCDMA系统为例。本实施例中,所采用的基本阵列天线是8阵元均匀圆形阵列天线,并根据系统处理能力选定采用6个阵元组成新的阵列天线结构。
图2为8阵元均匀圆形阵列天线的结构示意图,图2中标号1~8表示第1阵元~第8阵元,该阵列天线的参考点为圆心,参考线为圆心与第1阵元之间的连线,阵元标号按逆时针排列。图2中五角星表示一个信源,该信源的方向用
Figure C200510069458D00081
来描述,其中,θ表示信号到达的方位角,
Figure C200510069458D00082
表示信号到达的仰角,图2中的x、y、z为三维坐标轴。
本实施例中,从8阵元中选出6个阵元组成新的阵列天线结构,可选择的组合共有C8 6=28种,具体如表一所示,表一中每组阵元标号表示选择哪几个阵元,比如:1、2、3、4、5、6,表示选择第1阵元到第6阵元;1、2、3、4、6、8,表示选择第1阵元、第2阵元、第3阵元、第4阵元、第6阵元和第8阵元。
 
序号 阵元标号
1 1,2,3,4,5,6
2 1,2,3,4,5,7
3 1,2,3,4,5,8
4 1,2,3,4,6,7
5 1,2,3,4,6,8
6 1,2,3,4,7,8
7 1,2,3,5,6,7
8 1,2,3,5,6,8
9 1,2,3,5,7,8
10 1,2,3,6,7,8
11 1,2,4,5,6,7
12 1,2,4,5,6,8
13 1,2,4,5,7,8
14 1,2,4,6,7,8
15 1,2,5,6,7,8
16 1,3,4,5,6,7
17 1,3,4,5,6,8
18 1,3,4,5,7,8
19 1,3,4,6,7,8
20 1,3,5,6,7,8
21 1,4,5,6,7,8
22 2,3,4,5,6,7
23 2,3,4,5,6,8
24 2,3,4,5,7,8
25 2,3,4,6,7,8
26 2,3,5,6,7,8
27 2,4,5,6,7,8
 
28 3,4,5,6,7,8
表一
同样的,如果是从m阵元中选出n个阵元组成新的阵列天线结构,可选择的组合应为
Figure C200510069458D00091
种。在具体实现时,可以每次重新选择不同的阵元组成新的阵列天线结构,也可以预先生成如表一所示的阵元组合表,每次选择一个序号,进而就可以得到所对应的阵元组合,再由所选的阵元组合组成新的阵列天线结构。
本发明中,如何根据时隙的变化或传输时间间隔的变化动态选择不同的阵列天线结构可以有很多种方式,比如:每个传输时间间隔的每个时隙采用一种选出阵元的组合,或者每个传输时间间隔中相同子帧或帧采用相同的阵元组合。同一传输时间间隔中不同时隙的阵列天线结构可以相同,也可以不同;不同传输时间间隔的不同时隙的阵列天线结构可以相同,也可以不同。
具体来说,在传输时间间隔为20ms的情况下,每个传输时间间隔中包括两个帧,一个帧由两个子帧组成,每个子帧具有多个时隙,通常,在业务量低时业务只占用每个子帧中的一个时隙,业务量高时会占用一个子帧中的多个时隙。
以12.2kbps业务为例,该业务仅占用每个子帧的一个时隙,相当于每个传输时间间隔中包括与业务相关的四个时隙,那么,在具体操作中,在同一个传输时间间隔内,可以选出四种组合,比如:选出表一中的第3、7、19、27四种组合,每个子帧或时隙采用一种组合,比如:第一子帧的一个业务相关时隙采用第3种阵元组合,第二子帧的一个业务相关时隙采用第7种阵元组合,第三子帧的一个业务相关时隙采用第19种阵元组合,第四子帧的一个业务相关时隙采用第27种阵元组合。或者,同一传输时间间隔内相同帧采用同一种阵元组合,比如:第一子帧和第二子帧为相同帧,第三子帧和第四子帧为相同帧,那么,选出表一中任意两种组合,第一子帧和第二子帧采用两种中的任意一种组合,第三子帧和第四子帧采用两种中的另一种组合。
对于不同传输时间间隔,比如12.2kbps业务的两个传输时间间隔,包括八个子帧,可以选出八种阵元组合,每个子帧采用一种阵元组合;也可以只选出四种阵元组合,在两个传输时间间隔的相同子帧或时隙采用一种相同的阵元组合,比如:在每个传输时间间隔的第一子帧的一个业务相关时隙采用第3种阵元组合,第二子帧的一个业务相关时隙采用第7种阵元组合,第三子帧的一个业务相关时隙采用第19种阵元组合,第四子帧的一个业务相关时隙采用第27种阵元组合;当然也可以对两个传输时间间隔内相同的帧采用同一种阵元组合。两个以上传输时间间隔的处理方式与上述方案均类似。
那么,本发明方法应用于上行信号接收时,信号接收的具体处理流程如图3所示,该方法的实现前提是:已选定基本阵列天线,并已根据系统处理能力确定参与用户信号接收的阵元数,进而已确定可选的阵元组合。该方法包括以下步骤:
步骤301:任意选择一种阵元组合,基站的接收机通过当前选择的阵元组合组成的阵列天线结构接收用户信号。
步骤302~303:接收机判断传输时间间隔或时隙位置是否发生变化,如果是,则重新选择阵元组合组成新的阵列天线结构,否则,返回步骤302。
本步骤中,接收机判断时隙或传输时间间隔是否有变化,如果有,就重新选择阵元组合。具体如何重新选择阵元组合就是:接收机根据传输时间间隔的不同,在每个传输时间间隔的每个时隙,选择任意一种可选的阵元组合。对于同一传输时间间隔的不同时隙,阵列天线结构可以相同或者不同;对于不同传输时间间隔的不同时隙,阵列天线结构也可以相同或者不同;对于不同传输时间间隔的相同时隙,阵列天线结构同样可以相同或者不同。
步骤304:接收机采用步骤302所选阵元组合组成的新阵列天线结构接收和检测到达的用户信号,返回步骤302。
从步骤304的处理可以看出,对于每个时隙都是采用新选择的阵元组合组成的阵列天线结构对相应时隙的信号进行接收和检测,每个时隙阵列天线对信号的处理是相互独立的,每个时隙所选择的阵元组合可以是相同或不同的。
本发明所述的动态选择阵列天线结构的方法可适合于任意使用阵列天线进行接收的通信系统,只要参与实际接收或处理的阵元数小于基本阵列天线的阵元数,接收机皆可从基本阵列天线中任意选取合适数目的阵元,用于不同时刻的用户信号接收和检测。以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种动态选择阵列天线结构的方法,选定基本阵列天线并确定所需阵元数,从基本阵列天线的所有阵元中选出确定数目的阵元组成阵列天线结构,并采用当前阵列天线结构进行信号的接收和检测,其特征在于,该方法还包括:
判断接收信号的传输时间间隔和/或时隙位置是否发生变化,如果是,则从基本阵列天线的所有阵元中重新选出确定数目的阵元组成新阵列天线结构,并采用新阵列天线结构进行信号的接收和检测,否则继续判断。
2、根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基本阵列天线为任意结构的阵列天线。
3、根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述选出确定数目的阵元是在基本阵列天线的所有阵元中任意选择。
4、根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述确定所需阵元数是根据系统处理能力和/或当前用户数确定的。
5、根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于,所述基本阵列天线为8阵元均匀圆形阵列天线。
6、根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述从基本阵列天线中选出确定数目的阵元具体为:从8阵元均匀圆形阵列天线的所有阵元中任意选出6个阵元、或4个阵元。
7、根据权利要求1、2或3所述的方法,其特征在于,该方法进一步包括:确定不同阵元对应的一种以上阵元组合;
则所述选出确定数目的阵元为:选择一种阵元组合。
8、根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述重新选出确定数目的阵元组成新的阵列天线结构为:对于同一传输时间间隔内的不同时隙选择不同阵元组合组成的阵列天线结构,或者选择同一种阵元组合组成的阵列天线结构。
9、根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述重新选出确定数目的阵元组成新的阵列天线结构为:对于不同传输时间间隔的不同时隙选择不同阵元组合组成的阵列天线结构,或者选择同一种阵元组合组成的阵列天线结构。
10、根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述重新选出确定数目的阵元组成新的阵列天线结构为:对于不同传输时间间隔的相同时隙选择同一种阵元组合组成的阵列天线结构,或者选择不同阵元组合组成的阵列天线结构。
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