CN106209198A - 一种基于mimo技术的无线数据网关通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于MIMO技术的无线数据网关通信系统，其中所述天线阵列包括N元阵元的智能天线，所述各智能天线接收的信号分别通过A/D转换器将接收到的模拟信号转化为数字信号；利用射线跟踪的空间滤波操作，得到包含角度信息的信道冲激响应；对每个阵元通过信道冲击响应h(t，ω)转化后的数字信号经过波束赋形算法的处理后，得到数字信号X(t)；对数字信号X(t)的幅度和相位加权；加权后经过解调单元解调得到最终的输出信号。本发明基于千兆无线宽带智能网关的MIMO天线设计和空间布局，在大量样本数据分析的基础上，得到了多个样本点的最佳权值；经过波束赋形算法的处理后，通过各个抽头上权值的更新，使方向图的主瓣对准期望信号的入射方向，使零点对准干扰方向以降低干扰。

Description

一种基于MIMO技术的无线数据网关通信系统

技术领域

本发明涉及到无线数据网关技术领域，特别是一种基于MIMO技术的无线数据网关通信系统。

背景技术

多入多出(MIMO)技术是无线通信技术的重大突破。MIMO技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。

在室内，电磁环境较为复杂，多径效应、频率选择性衰落和其他干扰源的存在使得实现无线信道的高速数据传输比有线信道困难。通常，多径要引起衰落，因而被视为有害因素；然而对于MIM0系统来说，正是利用多径效应,创造多个并行空间信道，成倍地提高传输数率。

现有技术目前还没有将MIMO技术在无线数据网关中进行使用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于MIMO技术的无线数据网关通信系统，其包括天线阵列、波束成型网络、自适应算法单元、解调单元；

所述天线阵列包括N元阵元的智能天线，所述各智能天线接收的信号分别通过A/D转换器将接收到的模拟信号转化为数字信号；

利用射线跟踪的空间滤波操作，得到包含角度信息的信道冲激响应，具体的，通过下述模型得到信道冲激响应：

$\begin{array}{c}h(t,\mathrm{\ω})={\∫}_{-\mathrm{\π}}^{\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\π}}^{\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}{G}_r({\mathrm{\θ}}_r,{\mathrm{\φ}}_r,b_r)h(t,{\mathrm{\θ}}_r,{\mathrm{\φ}}_r,{\mathrm{\θ}}_t,{\mathrm{\φ}}_t)\·\\ G_t({\mathrm{\θ}}_t,{\mathrm{\φ}}_t,b_t)sin\left({\mathrm{\θ}}_r\right)sin\left({\mathrm{\θ}}_t\right){\mathrm{d\θ}}_t{\mathrm{d\φ}}_t{\mathrm{d\θ}}_r{\mathrm{d\φ}}_r\end{array}---\left(4\right)$

其中θ_r＝θ_t＝π/2；Gr(θ_r，φ_r，b_r)和G_t(θ_t，φ_t，b_t)分别是收、发方向上的天线增益；

对每个阵元通过信道冲击响应h(t，ω)转化后的数字信号经过波束赋形算法的处理后，得到数字信号X(t)；

对数字信号X(t)的幅度和相位加权，复权系数为wn,n＝1,…N；阵列权值用权矢量表示为:W＝[w1,w2,…wN]T；

幅度和相位加权后阵列输出的信号模型为:

$Y\left(t\right)=W^{H}X\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{w}_n{x}_n\left(t\right)+N\left(t\right);$

最后经过解调单元解调得到最终的输出信号。

较佳地，经过波束赋形算法的处理后，通过各个抽头上权值的更新，控制天线方向图，使方向图的主瓣对准期望信号的入射方向。

本发明具有以下有益效果：

本发明基于千兆无线宽带智能网关的MIMO天线设计和空间布局，采集多种家庭户型结构的样本数据，在大量样本数据分析的基础上，得到了多个样本点的最佳权值；经过波束赋形算法的处理后，通过各个抽头上权值的更新，控制天线方向图，使方向图的主瓣对准期望信号的入射方向，使零点对准干扰方向以降低干扰。率先推出了适合中国家庭户型的自适应波束赋形算法的专用模型(包括天线布局)，达到提高千兆无线覆盖范围的目的。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于MIMO技术的无线数据网关通信系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于MIMO技术的无线数据网关通信系统，其包括天线阵列、波束成型网络、自适应算法单元、解调单元；

所述天线阵列包括N元阵元的智能天线，所述各智能天线接收的信号分别通过A/D转换器将接收到的模拟信号转化为数字信号；

利用射线跟踪的空间滤波操作，得到包含角度信息的信道冲激响应，具体的，通过下述模型得到信道冲激响应：

$\begin{array}{c}h(t,\mathrm{\ω})={\∫}_{-\mathrm{\π}}^{\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\π}}^{\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}{G}_r({\mathrm{\θ}}_r,{\mathrm{\φ}}_r,b_r)h(t,{\mathrm{\θ}}_r,{\mathrm{\φ}}_r,{\mathrm{\θ}}_t,{\mathrm{\φ}}_t)\·\\ G_t({\mathrm{\θ}}_t,{\mathrm{\φ}}_t,b_t)sin\left({\mathrm{\θ}}_r\right)sin\left({\mathrm{\θ}}_t\right){\mathrm{d\θ}}_t{\mathrm{d\φ}}_t{\mathrm{d\θ}}_r{\mathrm{d\φ}}_r\end{array}---\left(4\right)$

其中θ_r＝θ_t＝π/2；G_r(θ_r，φ_r，b_r)和G_t(θ_t，φ_t，b_t)分别是收、发方向上的天线增益；

对每个阵元通过信道冲击响应h(t，ω)转化后的数字信号经过波束赋形算法的处理后，得到数字信号X(t)；

对数字信号X(t)的幅度和相位加权，复权系数为wn,n＝1,…N；阵列权值用权矢量表示为:W＝[w1,w2,…wN]T；

幅度和相位加权后阵列输出的信号模型为:

$Y\left(t\right)=W^{H}X\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{w}_n{x}_n\left(t\right)+N\left(t\right);$

最后经过解调单元解调得到最终的输出信号。

经过波束赋形算法的处理后，通过各个抽头上权值的更新，控制天线方向图，使方向图的主瓣对准期望信号的入射方向。

本发明基于千兆无线宽带智能网关的MIMO天线设计和空间布局，采集多种家庭户型结构的样本数据，在大量样本数据分析的基础上，得到了多个样本点的最佳权值。经过波束赋形算法的处理后，通过各个抽头上权值的更新，控制天线方向图，使方向图的主瓣对准期望信号的入射方向，使零点对准干扰方向以降低干扰。率先推出了适合中国家庭户型的自适应波束赋形算法的专用模型(包括天线布局)，达到提高千兆无线覆盖范围的目的。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (2)

1.一种基于MIMO技术的无线数据网关通信系统，其特征在于，包括天线阵列、波束成型网络、自适应算法单元、解调单元；

所述天线阵列包括N元阵元的智能天线，所述各智能天线接收的信号分别通过A/D转换器将接收到的模拟信号转化为数字信号；

利用射线跟踪的空间滤波操作，得到包含角度信息的信道冲激响应，具体的，通过下述模型得到信道冲激响应：

$\begin{array}{c}h(t,\mathrm{\ω})={\∫}_{-\mathrm{\π}}^{\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\π}}^{\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}{G}_r({\mathrm{\θ}}_r,{\mathrm{\φ}}_r,b_r)h(t,{\mathrm{\θ}}_r,{\mathrm{\φ}}_r,{\mathrm{\θ}}_t,{\mathrm{\φ}}_t)\·\\ G_t({\mathrm{\θ}}_t,{\mathrm{\φ}}_t,b_t)sin\left({\mathrm{\θ}}_r\right)sin\left({\mathrm{\θ}}_t\right){\mathrm{d\θ}}_t{\mathrm{d\φ}}_t{\mathrm{d\θ}}_r{\mathrm{d\φ}}_r\end{array}---\left(4\right)$

其中θ_r＝θ_t＝π/2；G_r(θ_r，φ_r，b_r)和G_t(θ_t，φ_t，b_t)分别是收、发方向上的天线增益；

对每个阵元通过信道冲击响应h(t，ω)转化后的数字信号经过波束赋形算法的处理后，得到数字信号X(t)；

对数字信号X(t)的幅度和相位加权，复权系数为wn,n＝1,…N；阵列权值用权矢量表示为:W＝[w1,w2,…wN]T；

幅度和相位加权后阵列输出的信号模型为:

$Y\left(t\right)=W^{H}X\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{w}_n{x}_n\left(t\right)+N\left(t\right);$

最后经过解调单元解调得到最终的输出信号。

2.如权利要求1所述的基于MIMO技术的无线数据网关通信系统，其特征在于，经过波束赋形算法的处理后，通过各个抽头上权值的更新，控制天线方向图，使方向图的主瓣对准期望信号的入射方向。