CN101997585A - 一种多天线收发方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多天线收发方法,该方法包括:在收发装置上设置一根或多根有源天线、以及一根或多根无源天线,通过设置的天线收发信号;调节各无源天线的阻抗,并分别计算各次调节后,接收到的信号的特性值;根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号;将各无源天线的阻抗调节至所述信号质量最好的信号对应的各无源天线的阻抗值。本发明同时还公开了一种多天线收发装置,该装置设置有有源天线和无源天线,还包括:射频前端、时钟单元、搜索单元。采用本发明所述的方法和装置,能够减少对抗信道衰落所需使用的收发通道。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域,尤其涉及一种多天线收发方法及装置。
背景技术
收发装置的射频前端设置有收发通道,接入射频前端的收发通道的天线称为有源天线或主天线,没有接入射频前端的收发通道的天线称为无源天线或辅天线。MIMO技术通过设置多天线和多收发通道来对抗信道衰落,提高信噪比,且设置多少根天线,就会设置相应数量的收发通道与之连接,即通过设置多根有源天线来对抗信道衰落,提高信噪比,例如:对于一个具有2×2天线的MIMO手机,它需要具有两条接收通道和两条发送通道与其所具有的天线连接,所述接收通道一般包括用于处理接收到的射频信号的接收装置,该接收装置由低噪放、滤波器、混频器、解调器组成,发送通道一般包括用于处理基带信号以得到射频信号的发送装置,该发送装置由调制器、混频器、滤波器、功率放大器组成。
可见,采用MIMO技术对抗信道衰落时,设置多少根天线,就需要设置相应数量的收发通道与之连接,这样,即需要占用大量的硬件资源,无法满足移动终端体积小、重量轻、耗电小的要求。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种多天线收发方法及装置,能够减少对抗信道衰落所需占用的硬件资源。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种多天线收发方法,在收发装置上设置一根或多根有源天线、以及一根或多根无源天线,通过设置的天线收发信号;每隔设置的搜索时间,该方法还包括:
调节各无源天线的阻抗,并分别计算各次调节后,接收到的信号的特性值;根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号;将各无源天线的阻抗调节至所述信号质量最好的信号对应的各无源天线的阻抗值;其中,信号的特性值为:信号的信噪比、功率和误码率中的至少一项。
进一步地,所述设置的搜索时间为设置的有源天线的信道相干时间。
进一步地,所述调节各无源天线的阻抗为通过调节各无源天线的可变电容和可变电阻,来改变各无源天线的阻抗。
进一步地,所述设置一根或多根有源天线、以及一根或多根无源天线后,该方法进一步包括:
A、设置电容调节步长、以及电阻调节步长;
B、为设置的每根无源天线的可变电容对应设置一个电容调节数组,该电容调节数组中各元素的差值是设置的电容调节步长的整数倍;并为设置的每根无源天线的可变电阻对应设置一个电阻调节数组,该电阻调节数组中各元素的差值是设置的电阻调节步长的整数倍;
C、在每个所述电容调节数组中任取一个元素、在所述每个电阻调节数组中任取一个元素,并将所取元素组合在一起,得到一个搜索数组;
D、重复执行步骤C,得到各所述电容调节数组和电阻调节数组中元素组合成的全部搜索数组。
进一步地,所述调节各无源天线的阻抗,并分别计算各次调节后,接收到的信号的特性值具体为:
分别根据得到的各搜索数组的元素,调节与该搜索数组的元素对应的各无源天线的电容和电阻,并在各次调节后,计算设定时间段内接收到的信号的特性值。
进一步地,所述设置电容调节步长、以及电阻调节步长具体为:
设置电容调节步长、以及电阻调节步长,用作各无源天线的电容调节步长、和电阻调节步长;或,
分别为各无源天线设置电容调节步长、和电阻调节步长。
进一步地,所述无源天线与至少一根所述有源天线间的距离不大于该所述收发装置的载波波长的十分之一。
一种多天线收发装置,该装置设置有有源天线和无源天线,还包括:射频前端、时钟单元、搜索单元;其中,
射频前端,设置有收发通道,用于接入有源天线,并通过接入的有源天线收发信号;
时钟单元,用于设置搜索时间,并每隔设置的搜索时间,发送指示至搜索单元;
搜索单元,用于接收到时钟单元发来的指示后,调节各无源天线的阻抗,并分别计算各次调节后,接收到的信号的特性值;根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号;将各无源天线的阻抗调节至接收到的信号的信号质量最好时各无源天线的阻抗值。
进一步地,所述搜索单元包括:计算模块、比较模块和调节模块;其中,
计算模块,用于接收到时钟单元发来的指示后,调节各无源天线的阻抗,并分别计算各次调节后,接收到的信号的特性值;
比较模块,用于根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号;
调节模块,用于将各无源天线的阻抗调节至所述信号质量最好的信号对应的各无源天线的阻抗值。
进一步地,所述调节各无源天线的阻抗为通过调节各无源天线的可变电容和可变电阻,来改变各无源天线的阻抗;
相应的,所述计算模块包括:设置模块、组合模块和调节计算模块;其中,
设置模块,用于设置电容调节步长、以及电阻调节步长;并用于为每根无源天线的可变电容对应设置一个电容调节数组,该电容调节数组中各元素的差值是设置的电容调节步长的整数倍;并为每根无源天线的可变电阻对应设置一个电阻调节数组,该电阻调节数组中各元素的差值是设置的电阻调节步长的整数倍;
组合模块,用于重复执行在每个所述电容调节数组中任取一个元素、在每个所述电阻调节数组中任取一个元素,并将所取元素组合在一起,得到一个搜索数组的操作,得到各所述电容调节数组和电阻调节数组中元素组合成的全部搜索数组;
调节计算模块,用于接收到时钟单元发来的指示后,分别根据得到的各搜索数组的元素,调节与该搜索数组的元素对应的各无源天线的电容和电阻,并在各次调节后,计算设定时间段内接收到的信号的特性值。
本发明所提供的多天线收发方法及装置,设置一根或多根有源天线、以及一根或多根无源天线,并每隔设置的搜索时间,搜索使得当前接收到信号的信号比最大时无源天线的阻抗,来对抗信道衰落,提高信噪比,减少了对抗信道衰落所需使用的收发通道,即减少了对抗信道衰落所需的硬件资源,符合移动终端体积小、重量轻、耗电小的要求。
附图说明
图1为本发明实施例多天线收发方法的实现流程图;
图2为本发明实施例多天线收发装置的结构示意图;
图3为本发明的原理示意图;
图4为信号收发仿真对比图。
具体实施方式
本发明实施例多天线收发方法的实现流程如图1所示,包括以下步骤:
步骤101:在一个收发装置上设置一根或多根有源天线、以及一根或多根无源天线;其中,无源天线上设置有可变电容和可变电阻。
其中,所述无源天线与至少一根所述有源天线间的距离不大于所述收发装置的载波波长的十分之一,以保证设置的无源天线和有源天线间的相关性;例如,在一个载频为1Ghz的收发装置上设置一根有源天线和一根无源天线,设置的两根天线的距离需不大于该收发装置的载波的1/10个波长,即小于3cm。步骤101后,本发明实施例还包括:
步骤A、设置电容调节步长、以及电阻调节步长;
其中,电容调节步长和电阻调节步长可分别根据无源天线的可变电容和可变电阻的可调范围设置,如果该可调范围较大,为了减少搜索中的计算量,可以将步长设置的较大些,但也不可以太大,以免影响精度,使得搜索到的工作阻抗值与真实的最大的信噪比对应的阻抗值相差较大;反之,可以设置的较小些。
这里,所述设置电容调节步长、以及电阻调节步长具体为:
设置一个电容调节步长、以及一个电阻调节步长,用作各无源天线的电容调节步长、和电阻调节步长;或,
分别为各无源天线设置对应的电容调节步长、和电阻调节步长。
步骤B、为设置的每根无源天线的可变电容对应设置一个电容调节数组,该电容调节数组中各元素的差值是设置的电容调节步长的整数倍;并为设置的每根无源天线的可变电阻对应设置一个电阻调节数组,该电阻调节数组中各元素的差值是设置的电阻调节步长的整数倍;
例如,电容调节步长为1.5pf,电阻调节步长为1Ω,设置两根无源天线,其中无源天线1的可变电容的中点值为50pf、可调范围为±30pf,可变电阻的中点值为30Ω、可调范围为±20Ω,则其可变电容对应的电容调节数组为{20pf(1),(20+1.5)pf(1),(20+2×1.5)pf(1),…,(20+(N1-1)×1.5)pf(1)},其中,N1=30pf/1.5pf,则其可变电阻对应的电容调节数组为{10Ω(1),(10+1)Ω(1),(10+2×1)Ω(1),…,(10+(M1-1)×1)Ω(1)},其中,M1=20Ω/1Ω;无源天线2的可变电容的中点值为100pf、可调范围为±50pf,可变电阻的中点值为50Ω、可调范围为±30Ω,则其可变电容对应的电容调节数组为{50pf(2),(50+1.5)pf(2),(50+2×1.5)pf(2),…,(50+(N2-1)×1.5)pf(2)},其中,N2=50pf/1.5pf,则其可变电阻对应的电容调节数组为{20Ω(2),(20+1)Ω(2),(20+2×1)Ω(2),…,(20+(M2-1)×1)Ω(2)},其中,M2=30Ω/1Ω;其中,可以分别为两根无源天线设置对应的电容调节步长和电阻调节步长,即两根无源天线的电容调节步长可以不相等,电阻调节步长也可以不相等。
步骤C、在每个所述电容调节数组中任取一个元素、在每个所述电阻调节数组中任取一个元素,并将所取元素组合在一起,得到一个搜索数组;
以上述两根无源天线为例,取无源天线1的电容调节数组中的元素20pf(1)、电阻调节数组中的元素(10+2×1)Ω(1),取无源天线2的电容调节数组中的元素50pf(2)、电阻调节数组中的元素20Ω(2),组合成搜索数组{20pf(1),(10+2×1)Ω(1),50pf(2),20Ω(2)}。
步骤D、重复执行步骤C,得到各所述电容调节数组和电阻调节数组中元素组合成的全部搜索数组;
其中,所述全部搜索数组的个数等于各电容调节数组和各电阻调节数组所含元素个数的乘积;以上述两根无源天线为例,所述全部搜索数组的个数等于N1×M1×N2×M2。
步骤102:通过设置的天线收发信号;并每隔设置的搜索时间,执行步骤103~105;
其中,所述有源天线接入设置于射频前端的收发通道;所述无源天线不接入设置于射频前端的收发通道;
所述设置的搜索时间可以为设置的有源天线的信道相干时间。
步骤103:调节各无源天线的阻抗,并分别计算各次调节后,接收到的信号的特性值;其中,信号的特性值为:信号的信噪比、功率和误码率中的至少一项。
其中,调节各无源天线的阻抗是指通过调节各无源天线的可变电容和可变电阻,来改变各无源天线的阻抗。
这里,调节阻抗及计算特性值具体为:
分别根据得到的各搜索数组的元素,调节与该搜索数组的元素对应的各无源天线的电容和电阻,并在各次调节后,计算设定时间段内接收到的信号的特性值;
例如,各搜索数组之一为{20pf(1),(10+2×1)Ω(1),50pf(2),20Ω(2)},根据该搜索数组的元素,调节与无源天线1和无源天线2的电容和电阻即为:将无源天线1的可变电容调至20pf、可变电容调至(10+2×1)Ω,将无源天线2的可变电容调至50pf、可变电容调至20Ω;其中,可变电容和可变电阻的调节可以通过向可变电容和可变电阻发送脉冲控制信号实现。
所述设定时间段的时间长度可以根据设置的搜索时间来定,一般,设置的搜索时间是毫秒量级的,因此,可以将设定时间段定为微秒量级的。
相邻两次调节的间隔时间可以为所述设定时间段。
步骤104:根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号;
这里,特性值为信噪比时,所述根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号为:
比较算得的各信噪比,得到算得的最大的信噪比,该最大的信噪比对应的信号即为接收到的信号中信号质量最好的信号;
特性值为功率时,所述根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号为:
比较算得的各功率,得到算得的最大的功率,该最大的功率对应的信号即为接收到的信号中信号质量最好的信号;
特性值为误码率时,所述根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号为:
比较算得的各误码率,得到算得的最小的误码率,该最小的误码率对应的信号即为接收到的信号中信号质量最好的信号。
步骤105:将各无源天线的阻抗调节至所述信号质量最好的信号对应的各无源天线的阻抗值,结束本次调节,返回步骤102;即:将所述信号质量最好的信号对应的调节后的各无源天线的阻抗值,作为当前的设置的搜索时间内的各无源天线的工作阻抗值,在下次搜索之前,不再调节各无源天线的阻抗。
本发明实施例可以通过在所述无源天线上设置有可变电容和/或可变电阻、和/或可变电感等元器件,并调节各无源天线的可变电容、和/或可变电阻和/或可变电感,来改变各无源天线的阻抗,具体实现流程与在无源天线上设置有可变电容和可变电阻近似,此处不再赘述。
本发明实施例多天线收发装置的结构如图2所示,该装置设置有有源天线和无源天线,还包括:射频前端、时钟单元、搜索单元;其中,
射频前端,设置有收发通道,用于接入有源天线,并通过接入的有源天线收发信号;
时钟单元,用于设置搜索时间,并每隔设置的搜索时间,发送指示至搜索单元;
搜索单元,用于接收到时钟单元发来的指示后,调节各无源天线的阻抗,并分别计算各次调节后,接收到的信号的特性值;根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号;将各无源天线的阻抗调节至接收到的信号的信号质量最好时各无源天线的阻抗值。
其中,所述搜索单元包括:计算模块、比较模块和调节模块;其中,
计算模块,用于接收到时钟单元发来的指示后,调节各无源天线的阻抗,并分别计算各次调节后,接收到的信号的特性值;
比较模块,用于根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号;
调节模块,用于将各无源天线的阻抗调节至所述信号质量最好的信号对应的各无源天线的阻抗值。
所述调节各无源天线的阻抗为通过调节各无源天线的可变电容和可变电阻,来改变各无源天线的阻抗;
相应的,所述计算模块包括:设置模块、组合模块和调节计算模块;其中,
设置模块,用于设置电容调节步长、以及电阻调节步长;并用于为每根无源天线的可变电容对应设置一个电容调节数组,该电容调节数组中各元素的差值是设置的电容调节步长的整数倍;并为每根无源天线的可变电阻对应设置一个电阻调节数组,该电阻调节数组中各元素的差值是设置的电阻调节步长的整数倍;
组合模块,用于重复执行在每个所述电容调节数组中任取一个元素、在每个所述电阻调节数组中任取一个元素,并将所取元素组合在一起,得到一个搜索数组的操作,得到各所述电容调节数组和电阻调节数组中元素组合成的全部搜索数组;
调节计算模块,用于接收到时钟单元发来的指示后,分别根据得到的各搜索数组的元素,调节与该搜索数组的元素对应的各无源天线的电容和电阻,并在各次调节后,计算设定时间段内接收到的信号的特性值。
以下,以图3所示,设置一根有源天线、一根无源天线为例,具体说明本发明的基本原理:
图3中两根天线的距离小于有源天线的载波波长的十分之一,两根天线的四个端口可看作一个双口网络,根据双口网络理论可得出以下方程:
由以上[1]得到:
V1=Z11I1+Z12I2 …[2]
V2=Z21I1+Z22I2 …[3]
V2=ZLI2 …[4]
由以上[3][4]两个公式得到:
将[5]式代入[2]式得到:
由[6]式得到有源天线的输入有效功率为:
其中,V1为端口1的电压,I1为流过端口1的电流;V2为端口2的电压,I2为流过端口2的电流;ZL为无源天线的阻抗;Z11为从端口1看进双口网络的阻抗,Z22为从端口2看进双口网络的阻抗,Z12、Z21为转移阻抗,Z11、Z22、Z12和Z21可根据微波天线理论计算得到;为有源天线和无源天线的互耦。
可见,调节无源天线的阻抗ZL可以改变有源天线和无源天线的互耦为有源天线增加的接收功率,该增加的接收功率为有效信号的功率,即提高了信号的功率,而增设无源天线不会引进收发通道噪声,该增加的接收功率与只设置有源天线时的噪声信号功率的比值即约等于提高的信噪比,因此,本发明通过同时设置有源天线和无源天线,并适当调节无源天线的阻抗,还能够提高信噪比。
图4为在一个载频为1Ghz的收发装置上设置一根有源天线和一根无源天线,设置的两根天线的距离小于3cm,且电容调节步长为1.5pf,电阻调节步长为1Ω,无源天线的可变电容的中点值为50pf、可调范围为±30pf,可变电阻的中点值为30Ω、可调范围为±20Ω时的信号收发仿真,和仅设置一根有源天线时的信号收发仿真的对比图,由图可见,在收发装置上设置一根有源天线和一根无源天线时,比仅设置一根有源天线的信噪比提高了2db左右,即10lg(130.62/80.968)=1.92db。
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)
1.一种多天线收发方法,其特征在于,在收发装置上设置一根或多根有源天线、以及一根或多根无源天线,通过设置的天线收发信号;每隔设置的搜索时间,该方法还包括:
调节各无源天线的阻抗,并分别计算各次调节后,接收到的信号的特性值;根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号;将各无源天线的阻抗调节至所述信号质量最好的信号对应的各无源天线的阻抗值;其中,信号的特性值为:信号的信噪比、功率和误码率中的至少一项。
2.根据权利要求1所述多天线收发方法,其特征在于,所述设置的搜索时间为设置的有源天线的信道相干时间。
3.根据权利要求1或2所述多天线收发方法,其特征在于,所述调节各无源天线的阻抗为通过调节各无源天线的可变电容和可变电阻,来改变各无源天线的阻抗。
4.根据权利要求3所述多天线收发方法,其特征在于,所述设置一根或多根有源天线、以及一根或多根无源天线后,该方法进一步包括:
A、设置电容调节步长、以及电阻调节步长;
B、为设置的每根无源天线的可变电容对应设置一个电容调节数组,该电容调节数组中各元素的差值是设置的电容调节步长的整数倍;并为设置的每根无源天线的可变电阻对应设置一个电阻调节数组,该电阻调节数组中各元素的差值是设置的电阻调节步长的整数倍;
C、在每个所述电容调节数组中任取一个元素、在所述每个电阻调节数组中任取一个元素,并将所取元素组合在一起,得到一个搜索数组;
D、重复执行步骤C,得到各所述电容调节数组和电阻调节数组中元素组合成的全部搜索数组。
5.根据权利要求4所述多天线收发方法,其特征在于,所述调节各无源天线的阻抗,并分别计算各次调节后,接收到的信号的特性值具体为:
分别根据得到的各搜索数组的元素,调节与该搜索数组的元素对应的各无源天线的电容和电阻,并在各次调节后,计算设定时间段内接收到的信号的特性值。
6.根据权利要求4所述多天线收发方法,其特征在于,所述设置电容调节步长、以及电阻调节步长具体为:
设置电容调节步长、以及电阻调节步长,用作各无源天线的电容调节步长、和电阻调节步长;或,
分别为各无源天线设置电容调节步长、和电阻调节步长。
7.根据权利要求1或2所述多天线收发方法,其特征在于,所述无源天线与至少一根所述有源天线间的距离不大于该所述收发装置的载波波长的十分之一。
8.一种多天线收发装置,其特征在于,该装置设置有有源天线和无源天线,还包括:射频前端、时钟单元、搜索单元;其中,
射频前端,设置有收发通道,用于接入有源天线,并通过接入的有源天线收发信号;
时钟单元,用于设置搜索时间,并每隔设置的搜索时间,发送指示至搜索单元;
搜索单元,用于接收到时钟单元发来的指示后,调节各无源天线的阻抗,并分别计算各次调节后,接收到的信号的特性值;根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号;将各无源天线的阻抗调节至接收到的信号的信号质量最好时各无源天线的阻抗值。
9.根据权利要求8所述多天线收发装置,其特征在于,所述搜索单元包括:计算模块、比较模块和调节模块;其中,
计算模块,用于接收到时钟单元发来的指示后,调节各无源天线的阻抗,并分别计算各次调节后,接收到的信号的特性值;
比较模块,用于根据算得的各特性值,得到接收到的信号中信号质量最好的信号;
调节模块,用于将各无源天线的阻抗调节至所述信号质量最好的信号对应的各无源天线的阻抗值。
10.根据权利要求9所述多天线收发装置,其特征在于,所述调节各无源天线的阻抗为通过调节各无源天线的可变电容和可变电阻,来改变各无源天线的阻抗;
相应的,所述计算模块包括:设置模块、组合模块和调节计算模块;其中,
设置模块,用于设置电容调节步长、以及电阻调节步长;并用于为每根无源天线的可变电容对应设置一个电容调节数组,该电容调节数组中各元素的差值是设置的电容调节步长的整数倍;并为每根无源天线的可变电阻对应设置一个电阻调节数组,该电阻调节数组中各元素的差值是设置的电阻调节步长的整数倍;
组合模块,用于重复执行在每个所述电容调节数组中任取一个元素、在每个所述电阻调节数组中任取一个元素,并将所取元素组合在一起,得到一个搜索数组的操作,得到各所述电容调节数组和电阻调节数组中元素组合成的全部搜索数组;
调节计算模块,用于接收到时钟单元发来的指示后,分别根据得到的各搜索数组的元素,调节与该搜索数组的元素对应的各无源天线的电容和电阻,并在各次调节后,计算设定时间段内接收到的信号的特性值。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110330 |