CN101465682B - 信号接收方法、信号发射方法、及信号接收和发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号接收方法，用于阵元间距小于通常阵元间距的阵列天线，该方法包括：将训练信号输入阵列天线，根据训练信号经过阵列天线的多个阵元后的电特性获取阵列天线的互耦合特性矩阵；根据互耦合特性矩阵以及多个阵元的电特性获取去耦合矩阵；以及利用去耦合矩阵对接收信号进行去耦合处理，并获取去耦合的信号的赋形权值。此外，本发明还公开了一种信号发射方法、一种信号接收和发射装置。通过使用本发明，能够减小智能天线的面积，并同时保证智能天线的辐射特性。

Description

信号接收方法、信号发射方法、及信号接收和发射装置

技术领域

本发明涉及通信领域，并且特别地，涉及一种用于阵元间距小于通常阵元间距的阵列天线的信号接收方法、信号发射方法、以及信号接收和发射装置。

背景技术

随着空时信号处理技术的发展，多天线系统在无线通讯领域已经得到了广泛的应用。

智能天线技术是多天线系统技术中的一种，其主要利用在多天线系统的接收端或发射端产生的信号同相叠加的效果来产生的阵列增益，从而提高系统的性能。

在实际的天线阵中，由于阵元之间的相互作用，各个阵元上的电流幅度和相位分布相对于孤立阵元会有很大改变，可等效为各个阵元的阻抗发生了变化，而这种相互作用则称为互耦合。由于耦合的强度一般随着阵元间距d的增加根据1/d²递减，所以现有的阵列天线的阵元间距通常都选择d＝0.5λ，这时的互耦带来对天线阵的影响被认为可以接受的。

在目前的TD-SCDMA系统中，同样采用了阵元间距为0.5λ的智能天线阵。然而，由于这种阵元间距的要求，将会导致这种智能天线阵的尺寸很大，从而对实际的应用产生不利的影响。

另一方面，如果减小天线阵的阵元间距，将会引起阵元间的互耦强度增加，从而影响阵列的方向性，使天线阵的赋形效率下降。

然而，目前尚未提出能够减小阵元间的互耦强度，使阵元间的影响降低，并同时使智能天线的赋形效率满足要求的技术方案。

发明内容

考虑到上述问题而做出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种信号接收方法、信号发射方法、以及信号接收和发射装置，以在不影响智能天线的辐射性能的前提下减小智能天线的面积。

根据本发明的实施例，提供了一种信号接收方法，用于阵元间距小于通常阵元间距的阵列天线。

该方法包括：将训练信号输入阵列天线，根据训练信号经过阵列天线的多个阵元后的电特性获取阵列天线的互耦合特性矩阵；根据互耦合特性矩阵以及多个阵元的电特性获取去耦合矩阵；以及利用去耦合矩阵对接收信号进行去耦合处理，并获取去耦合的信号的赋形权值。

其中，多个阵元的间距小于1/3λ大于0，并且，通常阵元间距为0.5λ，λ为来自终端的信号的波长。

另外，训练信号的电特性可以包括：阻抗特性。

多个阵元的电特性彼此相同或不同。

根据本发明的另一实施例，提供了一种信号发射方法，用于阵元间距小于通常阵元间距的阵列天线。

该方法包括：将训练信号输入阵列天线，根据训练信号经过阵列天线的多个阵元后的电特性获取阵列天线的互耦合特性矩阵；根据互耦合特性矩阵以及多个阵元的电特性获取去耦合矩阵；利用去耦合矩阵对接收信号进行去耦合处理，并获取去耦合的信号的赋形权值；以及利用赋形权值对需发射的信号进行赋形，并利用去耦合矩阵对赋形后的信号进行去耦合处理。

其中，多个阵元的间距小于1/3λ大于0，并且，通常阵元间距为0.5λ，λ为来自终端的信号的波长。

另外，训练信号的电特性可以包括：阻抗特性。

多个阵元的电特性彼此相同或不同。

根据本发明的再一个实施例，提供了一种信号发射装置，用于阵元间距小于通常阵元间距的阵列天线。

该装置包括：互耦合特性矩阵获取模块，用于将训练信号输入至阵列天线中，根据经过阵列天线的多个阵元的训练信号的电特性计算阵列天线的互耦合特性矩阵；去耦合矩阵获取模块，用于根据互耦合特性矩阵以及多个阵元的电特性得到去耦合矩阵；处理模块，用于在接收信号时，利用去耦合矩阵对接收的信号进行去耦合处理，并获取去耦合的信号的赋形权值；以及在之后发射信号时，利用赋形权值对需发射的信号进行赋形，并利用去耦合矩阵对赋形后的信号进行去耦合处理。

通过本发明的上述技术方案，能够减小智能天线的面积，并同时保证智能天线的辐射特性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明方法实施例一的信号接收方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的下行赋形权值获取方法的流程图；

图3是根据本发明方法实施例二的信号发射方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的下行波束赋形方法的流程图；以及

图5是根据本发明装置实施例的信号接收和发射装置的框图。

具体实施方式

方法实施例一

在本实施例中，提供了一种信号接收方法，用于阵元间距小于通常阵元间距的阵列天线。

如图1所示，根据本实施例的信号接收方法包括：步骤S102，将训练信号输入阵列天线，根据训练信号经过阵列天线的多个阵元后的电特性获取阵列天线的互耦合特性矩阵；步骤S104，根据互耦合特性矩阵以及多个阵元的电特性获取去耦合矩阵；以及步骤S106，利用去耦合矩阵对接收信号进行去耦合处理，并获取去耦合的信号的赋形权值。

其中，多个阵元的间距小于1/3λ大于0，并且，通常阵元间距为0.5λ，λ为来自终端的信号的波长。

另外，训练信号的电特性可以包括：阻抗特性。

多个阵元的电特性彼此相同或不同。

上述处理可以在基站的接收端完成，处理过程如下：步骤一，将训练序列(参考信号)灌入基站的小间距阵列天线中，根据参考信号的阻抗特性估计天线阵的互耦特性矩阵；

步骤二，根据步骤一中得到的互耦合特性矩阵、以及单个阵元电特性生成小间距阵列去耦矩阵，利用该矩阵对基站接收到的终端的信号进行去耦合处理；

步骤三，将经过去耦合处理的信号进行常规智能天线下行赋形权值的获取处理；

图2中的步骤201至步骤203是TD-SCDMA系统基站端基于小间距智能天线的下行赋形权值获取方法。如图2所示，具体包括以下处理：

步骤201，在基站端将训练信号灌入根据第m根接收天线，得到经过各天线的接收信号 $e_{\mathrm{ref}}=[e_{\mathrm{ref}}^1,e_{\mathrm{ref}}^2,\·\·\·,e_{\mathrm{ref}}^8]$ 。根据接收信号e_ref的电特性计算天线阵的互耦特性矩阵Z。

$Z=\left[\begin{array}{cccc}{z}_{11}& z_{12}& \·\·\·& z_{18}\\ z_{21}& \·\·\·& \·\·\·& z_{28}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& \·\·\·& \·\\ \·& \·& & \·\\ z_{81}& \·\·\·& \·\·\·& z_{88}\end{array}\right]$

步骤202，根据步骤201中得到的该阵列的互耦特性矩阵Z，以及单元阵的电特性z(假设该阵列中各个阵元的独立电特性一致)，计算出去耦矩阵G，

$G=\left[\begin{array}{cccc}{g}_{11}& g_{12}& \·\·\·& g_{18}\\ g_{21}& \·\·\·& \·\·\·& g_{28}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& \·\·\·& \·\\ \·& \·& & \·\\ g_{81}& \·\·\·& \·\·\·& g_{88}\end{array}\right]$

使得经过去耦的阵列中的互耦强度接近大间距阵列的阵元间互耦强度；

步骤203，在基站接收端，将各个天线上接收到的信号e＝[e¹，e²，…e⁸]根据步骤202中得到的去耦矩阵G进行去耦处理，得到去耦后的接收信号，即， $e_G=[e_G^1,e_G^2,\·\·\·,e_G^8]$ ，对该信号进行波束赋形权值的获取处理，得到下行波束赋形权值w＝[w¹，w²，…，w⁸]；

方法实施例二

在本实施例中，提供了一种信号发射方法，用于阵元间距小于通常阵元间距的阵列天线。

如图3所示根据本实施例的信号发射方法包括：步骤S302，将训练信号输入阵列天线，根据训练信号经过阵列天线的多个阵元后的电特性获取阵列天线的互耦合特性矩阵；步骤S304，根据互耦合特性矩阵以及多个阵元的电特性获取去耦合矩阵；步骤S306，利用去耦合矩阵对接收信号进行去耦合处理，并获取去耦合的信号的赋形权值；以及步骤S308，利用赋形权值对需发射的信号进行赋形，并利用去耦合矩阵对赋形后的信号进行去耦合处理。

其中，多个阵元的间距小于1/3λ大于0，并且，通常阵元间距为0.5λ，λ为来自终端的信号的波长。

另外，训练信号的电特性可以包括：阻抗特性。

多个阵元的电特性彼此相同或不同。

上述处理可以在基站的发射端进行。在实际实现时，具体可包括以下步骤：步骤一，根据步骤三中得到的下行赋形权值进行下行信号赋形处理；步骤二，将经过赋形处理的各天线的下行信号送至经过去耦处理的天线阵各阵元上发射，由于TDD系统中，上下行阵列特性是互易的，所以这里的去耦操作使用与接收端相同的去耦矩阵。

图4中的步骤401至步骤402是TD-SCDMA系统基站端基于小间距智能天线的下行波束赋形方法，如图4所示，具体包括以下处理：

步骤401，将步骤203中得到的下行波束赋形权值w＝[w¹，w²，…，w⁸]对基站待发射信号d进行波束赋形处理，得到各个阵元上赋形后的数据d_BF ^m，m＝1，2，…，8；

步骤402，将赋形后的数据d_BF ^m，m＝1，2，…，8送至经过利用去耦矩阵G处理后的天线阵上进行发射。

装置实施例

在本实施例中，提供了一种信号发射装置，用于阵元间距小于通常阵元间距的阵列天线。

如图5所示，根据本实施例的信号接收和发射装置包括：互耦合特性矩阵获取模块502，用于将训练信号输入至阵列天线中，根据经过阵列天线的多个阵元的训练信号的电特性计算阵列天线的互耦合特性矩阵；去耦合矩阵获取模块504，用于根据互耦合特性矩阵以及多个阵元的电特性得到去耦合矩阵；处理模块506，用于在接收信号时，利用去耦合矩阵对接收的信号进行去耦合处理，并获取去耦合的信号的赋形权值；以及在之后发射信号时，通过赋形权值对需发射的信号进行赋形，并利用去耦合矩阵对赋形后的信号进行去耦合处理。

其中，多个阵元的间距小于1/3λ大于0，并且，通常阵元间距为0.5λ，λ为来自终端的信号的波长。另外，训练信号的电特性可以包括：阻抗特性。多个阵元的电特性彼此相同或不同。

综上所述，本发明在TD-SCDMA系统中引入小间距智能天线阵，能够减小智能天线的面积，使智能天线系统在实施过程中更加便捷；同时，在接收和发射处理中引入阵元间去耦处理，使得智能天线的辐射特性得到保证。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种信号接收方法，用于阵元间距小于通常阵元间距的阵列天线，其特征在于，所述方法包括：

将训练信号输入所述阵列天线，根据所述训练信号经过所述阵列天线的多个阵元后的电特性获取所述阵列天线的互耦合特性矩阵；

根据所述互耦合特性矩阵以及所述多个阵元的电特性获取去耦合矩阵；以及

利用所述去耦合矩阵对接收信号进行去耦合处理，并获取去耦合的所述信号的赋形权值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个阵元的间距小于1/3λ大于0，并且，所述通常阵元间距为0.5λ，λ为来自终端的信号的波长。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述训练信号的电特性包括：阻抗特性。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个阵元的电特性彼此相同或不同。

5.一种信号发射方法，用于阵元间距小于通常阵元间距的阵列天线，其特征在于，所述方法包括：

将训练信号输入所述阵列天线，根据所述训练信号经过所述阵列天线的多个阵元后的电特性获取所述阵列天线的互耦合特性矩阵；

根据所述互耦合特性矩阵以及所述多个阵元的电特性获取去耦合矩阵；

利用所述去耦合矩阵对接收信号进行去耦合处理，并获取去耦合的所述信号的赋形权值；以及

利用所述赋形权值对需发射的信号进行赋形，并利用所述去耦合矩阵对赋形后的所述信号进行所述去耦合处理。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多个阵元的间距小于1/3λ大于0，并且，所述通常阵元间距为0.5λ，λ为来自终端的信号的波长。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述训练信号的电特性包括：阻抗特性。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多个阵元的电特性彼此相同或不同。

9.一种信号发射装置，用于阵元间距小于通常阵元间距的阵列天线，其特征在于，所述装置包括：

互耦合特性矩阵获取模块，用于将训练信号输入至所述阵列天线中，根据经过所述阵列天线的多个阵元的训练信号的电特性计算所述阵列天线的互耦合特性矩阵；

去耦合矩阵获取模块，用于根据所述互耦合特性矩阵以及所述多个阵元的电特性得到去耦合矩阵；

处理模块，用于在接收信号时，利用所述去耦合矩阵对接收的所述信号进行去耦合处理，并获取去耦合的所述信号的赋形权值；以及在之后发射信号时，利用所述赋形权值对需发射的信号进行赋形，并利用所述去耦合矩阵对赋形后的所述信号进行所述去耦合处理。

Images