CN101499838A - 用于多天线系统的信号接收方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多天线系统的信号接收方法，包括：将接收机先后与同一阵列的多个天线阵元中的每个天线阵元连接；接收机分别获取每次与其连接的天线阵元的天线阵元信息；接收机对获取的所有天线阵元的天线阵元信息进行智能天线信号处理。此外，本发明还公开了一种用于多天线系统的信号接收装置。通过使用本发明，能够有效提高智能天线系统的接收性能；简化智能天线系统的校正处理；并且，本发明使用简单，能够有效降低系统成本。

Description

用于多天线系统的信号接收方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，并且特别地，涉及一种用于多天线系统的信号接收方法和装置。

背景技术

随着移动通信的迅速发展，用户数量正在迅速增加，而频谱资源也越来越紧张，如何利用现有频谱资源进一步扩展容量已成为移动通信发展的关键问题。

智能天线技术利用阵列天线替代常规天线，能够降低系统干扰，提高系统容量和频谱效率，因此智能天线技术已经受到了业界的广泛关注。

智能天线技术是利用特定的信号处理技术处理在空间按一定规律排列的多个天线组成的天线阵列的接收信号和发射信号，其中，可以产生多个空间定向波束，动态改变信号覆盖区域，使天线主波束对准用户信号方向，旁瓣或零陷对准干扰信号方向，并且自动跟踪用户和应用环境的变化，从而能够在提取用户信号的同时有效抑制干扰，增强信噪比，进而提高系统性能。

智能天线系统的关键技术之一是接收通道特性的校正。在智能天线系统中，多个接收机连接到天线阵列的各个阵元，由一定的算法对来自多个天线的接收信号进行处理。接收通道特性完全一致是一个基本的前提条件，但是在实际的接收机中，接收通道特性并非理想，通道之间的幅度特性和相位特性存在很大的离散性和随机性，并且每个通道的特性受外界条件(例如，温度等)影响，从宏观的角度看，通道之间幅度与相位特性的差别是随时间而动态变化的，必须通过校正技术来不断地补偿通道之间的特性差异，使接收通道的幅度特性和相位特性满足一定指标要求。其中，校正指标和系统性能密切相关，如果指标要求严格，则系统性能高，但是实现难度大；反之，如果指标要求宽松，则系统性能差，但是实现难度小。因此，实际的智能天线系统的校正指标往往需要折中考虑系统性能和实现难度。

目前，通常采用的校正方法大致可分为以下两种。

第一种方法是在待校正智能天线的远场放置一个校正源，校正源输出校正信号通过天线到达接收天线阵列，接收阵列的每个阵元测量接收信号的幅度和相位，以接收阵列中任意一个通道为基准，调整其它通道的幅度和相位，使各个通道的幅度和相位特性在满足一定误差的条件下符合预定的标准。然而，这种校正方法的问题在于：第一，需要校正源，会增加系统成本；第二，校正源的放置会占用场地，因此不适合在移动通信系统中使用。

第二种校正方法是设置一个校正发射机，校正发射机发射的信号通过一个信号分配网络，等幅、同相地注入到各个接收通道，接收阵列的每个阵元测量接收信号的幅度和相位，以接收阵列中任意一个通道为基准，调整其它通道的幅度和相位，使各个通道的幅度和相位特性在满足一定误差的条件下保持一致。这种校正方法存在的主要缺点是需要一个额外的校正发射机，需要分配供校正操作的时间，增加了系统的体积和成本，并且还会降低系统的可靠性。

此外，不局限于智能天线系统中，基于多输入多输出(MIMO)技术的需要进行校正的多天线系统中也存在上述问题。

为了使各接收通道的特性始终保持一致，校正过程就必须连续不断地进行，这时，校正信号就必然干扰正常的接收用户信号。为了降低这种由于校正而引入的干扰，一种方法是使校正操作以一定的周期间断地进行；另一种方法是采用具有和接收用户信号近似正交的信号作为校正信号，从而降低对用户信号的干扰。然而，这两种降低校正信号对正常接收信号的干扰问题的方法都存在不可忽视的问题：由于第一种方法是间断性校正，因此不能保证通道间特性始终一致；而第二种方法使用与正常用户信号近似正交的校正信号，所以必然存在的非正交分量对正常用户信号造成干扰，并且这两种降低干扰的方法不仅不能有效解决干扰的问题，还会造成系统性能的下降。

然而，针对接收通道特性的校正过程中存在的成本高、干扰强的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

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，以解决现有技术中存在的接收通道特性校正成本高并且干扰强的问题。

根据本发明的实施例，提供了一种用于多天线系统的信号接收方法，其中，多天线系统包括接收机和属于同一天线阵列的多个天线阵元。

该方法包括：将接收机先后与多个天线阵元中的每个天线阵元连接；接收机分别获取每次与其连接的天线阵元的天线阵元信息；接收机对获取的所有天线阵元的天线阵元信息进行智能天线信号处理。

其中，天线阵元信息包括：接收信号、天线阵元的标识。

根据本发明的另一实施例，提供了一种用于多天线系统的信号接收装置。

该装置包括：控制模块，用于控制开关模块将接收机先后与属于同一天线阵列的多个天线阵元中的每个天线阵元连接；开关模块，其第一端连接至接收机，其第二端在控制模块的控制下先后连接至每个天线阵元；接收机，用于经由开关模块获取与其连接的天线阵元的天线阵元信息，并对获取的多个天线阵元的所有天线阵元信息进行智能天线信号处理。

其中，天线阵元信息可以包括：接收信号、天线阵元的标识。

并且，接收机可以包括：射频和中频信号处理模块，用于将各个天线阵元对应的接收信号发送至基带信号处理模块；基带信号处理模块，用于接收来自射频和中频信号处理模块的接收信号以及来自控制模块的对应于各个天线阵元的标识，并对多个天线阵元的接收信号和标识进行智能天线信号处理；其中，射频和中频信号信号处理模块与开关模块的第一端以及基带信号处理模块相连，控制模块与开关模块和基带信号处理模块相连。

其中，射频和中频信号处理模块包括射频部分和中频部分，或者仅包括射频部分。

此外，控制模块根据设置的切换频率控制开关模块的第二端从一个天线阵元到下一天线阵元的切换。并且，切换频率满足以下条件：F＝n×f，其中，F为切换频率，n为天线阵元数，f为对天线阵元信号的采样率。

通过本发明的上述技术方案，能够有效提高多天线系统的接收性能；简化多天线系统的校正处理；本发明使用简单，能够有效降低系统成本。

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的用于多天线系统的信号接收方法的流程图；

图2是根据本发明装置实施例的用于多天线系统的信号接收装置的框图；以及

图3是根据本发明装置实施例的用于多天线系统的信号接收装置在实际应用时与接收机和天线阵元的连接示意图。

具体实施方式

方法实施例

在本实施例中，提供了一种用于多天线系统的信号接收方法，其中，多天线系统包括接收机和属于同一天线阵列的多个天线阵元。

如图1所示，根据本实施例的该方法包括：步骤S102，将接收机先后与多个天线阵元中的每个天线阵元连接，例如，可以对多个天线阵元排序后依次连接；步骤S104，接收机分别获取每次与其连接的天线阵元的天线阵元信息；步骤S106，接收机对获取的所有天线阵元的天线阵元信息进行智能天线信号处理。

其中，天线阵元信息包括：接收信号、天线阵元的标识。

装置实施例

在本实施例中，提供了一种用于多天线系统的信号接收装置。

该装置包括：控制模块202，用于控制开关模块204将接收机206先后与属于同一天线阵列的多个天线阵元中的每个天线阵元连接；开关模块204，其第一端连接至接收机206，其第二端在控制模块202的控制下先后连接至每个天线阵元；接收机206，用于经由开关模块204获取与其连接的天线阵元的天线阵元信息，并对获取的多个天线阵元的所有天线阵元信息进行智能天线信号处理。

具体地，多个接收天线阵元共享一个射频接收机，即，共享一个射频通道，可以从根本上解决接收机的射频通道特性不一致对多天线系统性能的影响。

其中，天线阵元信息可以包括：接收信号、天线阵元的标识。

并且，接收机206可以包括：射频和中频信号处理模块，用于将各个天线阵元对应的接收信号发送至基带信号处理模块；基带信号处理模块，用于接收来自射频和中频信号处理模块的接收信号以及来自控制模块202的对应于各个天线阵元的标识，并对多个天线阵元的接收信号和标识进行智能天线信号处理；其中，射频和中频信号处理模块与开关模块204的第一端以及基带信号处理模块相连，控制模块202与开关模块204和基带信号处理模块相连。

其中，射频和中频信号处理模块包括射频部分和中频部分，或者仅包括射频部分。具体地，通常无线接收机主要有两种结构：外差结构和直接变频结构。外差接收机由射频、中频和基带三部分构成。近年来，直接变频接收机技术逐步在实际中取得应用。直接变频接收机取消了外差接收机中的中频部分，不过，不失一般性，直接变频接收机可以看作外差接收机的一种特例。

此外，控制模块根据设置的切换频率控制开关模块的第二端从一个天线阵元到下一天线阵元的切换。并且，切换频率满足以下条件：F＝n×f，其中，F为切换频率，n为天线阵元数，f为对天线阵元信号的采样率。

具体地，在实际应用过程中，各个模块的连接关系可如图3所示，其中，图3中的接收机为外差接收机，本领域的技术人员应当理解，本发明同样适用于直接变频接收机的情况。

由N个天线阵元组成天线阵列，N个天线阵元为301-1、301-2、......、301-N；

302是一个多路开关(对应于上述的开关模块)；

多路开关的N个输入端连接到N个接收天线101-1、102-1......101-N，一个输出端子连接到接收机；

控制器(对应于上述的控制模块)305控制开关302依次连接到N个接收天线301-1、302-1、......、301-N，同时也将这种连接关系信息传递给接收机基带部分304。

接收机射频和中频部分(即，上述的射频和中频信号处理模块)303以及接收机基带部分304；

基于图3所示的场景，在进行信号接收时，处理过程如下：

(1)控制器305控制开关302连接到第一个天线阵元301-1；

(2)控制器305同时向接收机基带部分传输信息，将当前连接的天线阵元信息传给基带部分(即，上述的基带信号处理模块)；

(3)接收机基带部分104保存当前天线阵元的接收数据以及接收数据对应的天线阵元；

(4)重复上述步骤(1)至(3)，控制器305控制开关302依次连接到天线阵元301-2、302-3、......、301-N，接收机基带部分304将各个天线阵元的接收数据以及接收数据对应的天线阵元保存下来；

(5)接收机基带部分304种的基带算法对N个天线的接收数据做相应的智能天线信号处理。

其中，本文中提到的智能天线信号处理的方式是本领域技术人员公知的，这里不再重复。

综上所述，本发明采用了接收通道共享处理方案，通过时分复用的方式，将一个射频接收机连接到多个接收天线，从而有效克服了现有技术的缺陷，解决了基于MIMO技术的需要进行接收通道校正的多天线系统的接收通道特性不一致(即，接收通道特性失配)问题，并且同样适用于智能天线系统。借助于本发明的技术方案，能够有效提高多天线系统的接收性能；简化多天线系统的校正处理；并且本发明使用简单，能够有效降低系统成本。

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 (8)

1.一种用于多天线系统的信号接收方法，所述多天线系统包括接收机和属于同一天线阵列的多个天线阵元，其特征在于，所述方法包括：

将所述接收机先后与所述多个天线阵元中的每个天线阵元连接；

所述接收机分别获取每次与其连接的天线阵元的天线阵元信息；

所述接收机对获取的所有天线阵元的天线阵元信息进行智能天线信号处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述天线阵元信息包括：接收信号、天线阵元的标识。

3.一种用于多天线系统的信号接收装置，其特征在于，所述装置包括：

控制模块，用于控制开关模块将接收机先后与属于同一天线阵列的多个天线阵元中的每个天线阵元连接；

所述开关模块，其第一端连接至所述接收机，其第二端在所述控制模块的控制下先后连接至所述每个天线阵元；

接收机，用于经由所述开关模块获取与其连接的天线阵元的天线阵元信息，并对获取的所述多个天线阵元的所有天线阵元信息进行智能天线信号处理。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述天线阵元信息包括：接收信号、天线阵元的标识。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述接收机包括：

射频和中频信号处理模块，用于将各个天线阵元对应的接收信号发送至所述基带信号处理模块；

基带信号处理模块，用于接收来自所述射频和中频信号处理模块的接收信号以及来自所述控制模块的对应于各个天线阵元的标识，并对所述多个天线阵元的接收信号和标识进行所述智能天线信号处理；

其中，所述射频和中频信号信号处理模块与所述开关模块的第一端以及所述基带信号处理模块相连，所述控制模块与所述开关模块和所述基带信号处理模块相连。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述射频和中频信号模块包括射频部分和中频部分，或者仅包括射频部分。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块根据设置的切换频率控制所述开关模块的第二端从一个天线阵元到下一天线阵元的切换。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述切换频率满足以下条件：

F＝n×f，其中，F为切换频率，n为天线阵元数，f为对天线阵元信号的采样率。

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