CN113613303A - 一种基于多通道技术的毫米波通信传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于毫米波通信技术领域，具体涉及一种基于多通道技术的毫米波通信传输方法。本发明通过判决辅助信号、分布式天线、信道选择开关三项关键技术解决因毫米波波长短、绕射能力差，通信链路易被遮挡的问题。该方案通过分布式天线在空间域上将主、备用信道进行分离，通过在发端数据中插入判决辅助信号，并在接收端的信道选择开关结合判决辅助信号进行分析获取信道质量，并通过信道选择开关选择质量较好的信道进行切换，实现毫米波信道受遮挡后的传输链路快速恢复。

Description

一种基于多通道技术的毫米波通信传输方法

技术领域

本发明属于毫米波通信技术领域，具体涉及一种基于多通道技术的毫米波通信传输方法。

背景技术

随着通信技术的发展，人们越来越关注通信的大带宽、高速率，毫米波凭借其大带宽，高速率，保密性强，方向性好等诸多优点，成为了国内外研究的热点。毫米波在诸如高速机器互联、桌面无线办公系统、无线仪器控制等领域的应用逐渐得到关注。然而，由于毫米波的传播特性，其大的空间衰耗特性决定了毫米波的使用场景主要集中于室内短距离场景，并且为了提高传播增益需采用高定向天线；由于毫米波的绕射能力较差，导致毫米波信道易被移动的人体或其他障碍物遮挡造成通信失败。为解决由于人体等障碍物遮挡造成通信中断的问题，提出一种基于多天线接收的因障碍物遮挡造成毫米波信道中断的解决方法。该方法通过布置分布式的天线和信道选择开关，解决由于遮挡造成的毫米波信道中断，以保证毫米波系统的可靠性。

发明内容

本发明针对毫米波通信系统中由于毫米波波长短、绕射能力差，导致信道易因遮挡造成中断的问题，提出一种基于多通道技术解决毫米波通信信道受遮挡的方法。当通信由于遮挡造成链路暂时中断时，在物理层通过备用链路快速恢复通信，从而最大程度降低遮挡对整个毫米波信道的影响，保证系统稳定性。

本发明采用的技术方案为：

一种基于多通道技术的毫米波通信传输方法，包括以下步骤：

S1、发送端在发送数据中插入判决辅助信号并通过分布式天线的发射天线进行发送；所述判决辅助信号为伪随机序列，判决辅助信号在发送端和接收端均是已知的，判决辅助信号插入发送数据的方式为在每帧数据的1个或者多个时隙中插入；

S2、发射天线发射的信号通过空中物理信道1～n后被分布式天线的多个接收天线同时接收，通信建立后，接收端选取一个信道作为主信道进行接收，其余信道此时作为备用信道；

S3、接收端通过信道选择开关对每个信道的误码率进行判断并在设定条件下进行信道切换，具体为：

根据各天线接收到的判决辅助信号和已知的判决辅助信号，通过对判决辅助信号的比较获取信道1～n的误码率，并判断当前主信道的误码率是否大于设定的误码率阈值，若是，则选择当前误码率最小的信道作为主信道，其余信道作为备用信道；若否，则保持当前信道为主信道。

本发明的有益效果为：

所有链路互为主备用路由，当发送端和接收端之间某条信道由于偶发性遮挡造成中断时，可以通过选择开关选择其他信道进行接收，由于所有链路之间同时传递相同信息，并且在接收端同时接收所有信道携带的全部信息，仅仅使用开关电路进行选择，可确保通信不会发生中断，增加系统抗偶发性阻挡的能力，提升系统稳定性。

附图说明

图1是本发明策略集时隙分配示例；

图2是本发明判决单元基本机构图；

图3是本发明一种基于多通道技术解决毫米波通信信道受遮挡的方案的基本结构图；

图4是本发明一种基于多通道技术解决毫米波通信信道受遮挡的方案的基本流程图；

图5是本发明在发生遮挡时链路切换流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的技术方案。

本发明的发明目的通过以下的技术方案来实现：一是判决辅助信号(DecisionSupport Signal，DSS)，二是分布式天线(Distributed Antennas，DA)，三是信道选择开关(Channel Selection Switch，CSS)三个部分：

1.判决辅助信号(DSS)其特点如下：

(1)判决辅助信号采用伪随机序列，只携带用于链路遮挡判决、信号估计和切换同步的信息，是发送端和接收端的确知信号；

(2)判决辅助信号按照不同的策略离散分布在频域、时域上，判决辅助信号在时域资源上分布越密集，传输链路受遮挡情况判断越迅速，信道估计越准确；

(3)判决辅助信号根据所占时域资源划分策略集，将策略集按照判决速度划分为策略1到4，策略越高，判决速度越快。如图1所示示例，采用策略1时，1帧中的时隙1#为判决辅助信号，其他时隙用于其他信息；采用策略集2时，1帧中的时隙1#和时隙11#为判决辅助信号，其他时隙用于传递其他信息。选择策略集越高，信号中插入的判决辅助信号越多，信道估计越准确；

(4)接收端通过辅助信号获取接收端误码率、信噪比等信息，为信道选择提供支持。

2.分布式天线其特征在于：

(1)发送端天线采用较大波束宽度天线或天线阵列，确保发送端波束能覆盖所有接收端天线；

(2)接收端采用多个高增益喇叭天线接收，不同接收天线之间距离尽量大，确保不同物理信道间相关性尽量小，所有接收天线同时接收发送端发送的相同信号，并将全部所获得信号送入信道选择开关进行判决及选择。

3.信道选择开关其特征在于：

(1)信道选择开关主要包括两部分组成：判决单元、选择单元；

(2)如图2所示，判决单元包含1个接收机的接收机、1个时间选择开关、1个寄存器、1个比较单元组成。时间选择开关根据策略规定时序选择不同天线进行接收，选择图1所示示例的策略1时，时间选择开关选择每个通道的时间为1帧所占时间为10ms，选择策略2时，时间选择开关选择每个通道时间为1/2帧所占时间为5ms，策略越高，时间选择开关选择每个天线的时间越短；接收机进行将接收信号进行解调，用已知判决辅助信号的伪随机序列C₀(n)与接收到的信号Y(N)进行相关运算获取同步信息；根据策略所分配的时隙获取判决辅助信息C₁(n)，按位比较C₀(n)与C₁(n)获得误码率；将每个通道的误码率存储进寄存器中用于后续比较单元进行判决；

(3)判决单元中的比较单元根据寄存器中保存的各通道的误码率信息，判断路径是否发生遮挡，向选择单元发送切换判决信息，由切换判决信息来控制选择单元进行信道切换，选择误码率低的信道进行通信；

(4)选择单元依据判决单元的切换判决信息，通过开关电路选择质量更高的信道进行通信；

(5)判决单元进行切换判决时，为防止在几条信道在误码率接近时，由于信道轻微扰动造成信道选择开关反复进行切换，在切换判决过程中，只有当前信道误码率超过设定门限时才发送切换判决信息，以保证系统稳定。

本发明基本结构如图1所示：

1.发送端在发送数据中按照选择策略插入判决辅助信号并通过分布式天线进行发送和接收；

2.分布式天线包含1个发射天线(TX1)，多个接收天线(RX1～RXn)；

3.信道选择开关由判决单元(DU)和选择开关(SU)组成，判决单元通过判决辅助信号进行信道估计，并向选择单元提供判决信息，选择单元根据判决信息，通过开关电路完成信道切换，并将接收数据送入接收机。

本发明基本流程图如图2所示：

步骤1：发送端在发送数据中按照选择策略插入判决辅助信号并通过分布式天线的发射天线进行发送；

步骤2：发射天线TX1发射信号通过空中物理信道1～n后被分布式天线的多个接收天线(RX1～RXn)同时接收，通信建立后，接收端选取1个信道作为主信道进行接收，其余信道此时作为备用信道；

步骤3：信道选择开关中的判决单元根据各接收天线(RX1～RXn)接收到的判决辅助信号和已知的判决辅助信号进行比较获取信道1～n的误码率，如果当前接收信道误码率超过规定门限，判决单元向切换单元发送切换判决信息；

步骤4：选择单元根据判决单元提供的判决信息，通过开关电路选择信道质量较好的信道接收数据，该信道作为主信道，其余信道成为备用信道。

如图3只有2个接收天线的系统在发生偶发遮挡时链路切换流程如下：

步骤1：通信建立后，系统使用信道1所传数据进行通信，此时信道1为主信道，信道2为备用信道；

步骤2：当偶发遮挡发生在信道1中时，严重影响信道1传输，由于毫米波绕射能力差，信道1传输质量下降严重；

步骤3：信道1的传输质量恶化，导致在信道1中传输数据误码率急剧升高，所插入的判决辅助信号的误码率上升；

步骤4：信道选择开关中的判决单元通过插入的判决辅助信号同时对信道1和信道2进行判决，此时信道1误码率上升严重，信道2误码率受影响不大；

步骤5：比较信道1和信道2误码率大小，信道1误码率大于信道2，同时当信道1误码率大于规定门限时，判决单元向选择单元发送切换至信道2的切换判决信息；

步骤6：选择单元根据选择信道2的判决信息通过开关电路选择信道2，完成信道切换，将信道2接收数据送入接收机进行处理，此时信道2为主信道，信道1为备用信道。

通过以上实施例的描述可知，本发明算法机制具有以下优点：

1.由于毫米波波长短，导致空间损耗大、绕射能力差，加之为提高增益一般使用方向性较好的天线，波束较窄，在利用毫米波通信时，很容易被移动的人体或其他障碍物遮挡造成链路中断。本发明利用分布式天线在空间域上将主、备用路由进行分离，可避免偶发遮挡造成所有链路中断；

2.使用判决辅助信号进行信道探测，可通过已知的伪随机序列获取信道当前信道误码率，通过误码率等信息判断当前的信道质量，辅助信道选择开关进行信道切换；

3.信道选择开关在进行切换判决时，基于信号的误码率进行判断，当误码率高于规定门限时才启动切换，可以防止由于信道质量接近时，由于轻微的扰动造成信道选择开关不断进行切换，导致系统不稳定；

4.信道选择开关同时接收所有信道的全部信息，在判决完成后使用开关电路选择较好的信道进行接收，可减少系统完成信道切换的时间，实现快速切换。

Claims (1)

1.一种基于多通道技术的毫米波通信传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、发送端在发送数据中插入判决辅助信号并通过分布式天线的发射天线进行发送；所述判决辅助信号为伪随机序列，判决辅助信号在发送端和接收端均是已知的，判决辅助信号插入发送数据的方式为在每帧数据的1个或者多个时隙中插入；

S2、发射天线发射的信号通过空中物理信道1～n后被分布式天线的多个接收天线同时接收，通信建立后，接收端选取一个信道作为主信道进行接收，其余信道此时作为备用信道；

S3、接收端通过信道选择开关对每个信道的误码率进行判断并在设定条件下进行信道切换，具体为：

根据各天线接收到的判决辅助信号和已知的判决辅助信号，通过对判决辅助信号的比较获取信道1～n的误码率，并判断当前主信道的误码率是否大于设定的误码率阈值，若是，则选择当前误码率最小的信道作为主信道，其余信道作为备用信道；若否，则保持当前信道为主信道。

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