CN1988256B - 全分布式天线系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
一种通信技术领域的全分布式天线系统及其实现方法。本发明包括：导电壳体，多个馈电端口，各馈电端口的权向量单元和信号处理模块；馈电端口的内导体和导电壳体直接相连，馈电端口的壳体通过非金属与导电壳体内侧固定连接，馈电端口和馈电端口的权向量单元的一端通过同轴线连接，馈电端口的权向量单元另一端通过同轴线引出，作为电磁信号的输入/输出端口，信号处理模块与各馈电端口的权向量单元通过控制信号线连接。本发明还提供了全分布式天线系统的实现方法。本发明可以直接用汽车壳体或飞机壳体或手机壳体很方便地实现多个独立天线，并不需要增加额外的天线，也不会影响目标的外观或气动特性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种通信技术领域的系统及其方法，具体涉及一种全分布式天线系统及其实现方法。
背景技术
现有技术中，为提高无线通信系统的容量，在收发端都采用多天线，可使系统容量有一定的提高。但是采用多天线一方面会引起成本的增加，另一方面各天线间的耦合也对系统有很大影响，同时还增大了设备体积，尤其是在小终端配置多天线难度更大。依据雷达方程，为提高接收到的信号概率，也可采用增大天线有效截面的方法，但这种方法一般要通过增大天线的展开面积来实现，需要占用较大空间。另外，对于有多种机制的收发工作系统，需要采用多套天线，从而使天线总体积很大。
经对现有技术文献检索发现，中国专利公开号1399368，专利名称为“一种折叠型移动通讯终端中的能控制辐射特性的双天线”的专利提供的双天线包括安装在移动通讯终端的折叠部分上的第一定向天线，以及安装在移动通讯终端的主体上的第二定向天线，这种双天线实际上只是第二定向天线一直处于工作状态，而第一定向天线只是在通话时辅助调整移动通讯终端的辐射场，两个天线无法作为独立的两个天线单元使用，这使得非通话状态时天线的增益很低；另一方面，由于采用定向天线，即使两个天线同时工作，也无法实现全向信号接收。
经过文献检索还发现，Tayeb A.Denidni等人在《IEEE TRANSACTIONS ONVEHICULAR TECHNOLOGY》(《车载技术》，2003年11月第52卷第6期)发表了题为“Experimental Investigations of a New Adaptive Dual-Antenna Array forHandset Applications”(“一种新的用于手机的自适应双天线阵实验研究”)，在移动终端采用双天线和自适应算法实现智能天线，两个天线单元间距为半波长，可以实现两个独立的天线单元。但是，在工作频率为1000MHz左右时，天线单元间距太大，天线在移动终端很难放置。此外，对于壳体为导体的目标，即使最终在目标导电壳体外放置了两个天线单元，它们的总的有效接收面积也只是两个天线单元的有效接收面积的叠加，远小于目标导电壳体的有效接收面积，也就是说目标导电壳体实际接收到的信号功率和信息量远大于天线接收的；另一方面，目标导电壳体的尺寸有可能大于信号的半波长，使得目标导电壳体表面电流并非单向分布，这又可能使部分信号相互抵消。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种全分布式天线系统及其实现方法，使其克服了采用单天线增益低的缺点和采用独立多天线体积增大、难于布局、有效接收面积小、接收的能量小、信息量少的缺点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种全分布式天线系统，包括：导电壳体、多个馈电端口、各馈电端口的权向量单元和信号处理模块，馈电端口的内导体和导电壳体直接相连，馈电端口的壳体通过非金属与导电壳体内侧固定连接，馈电端口和馈电端口的权向量单元的一端通过同轴线连接，馈电端口的权向量单元另一端通过同轴线引出，作为电磁信号的输入/输出端口，信号处理模块与各馈电端口的权向量单元通过控制信号线连接(如果馈电端口的权向量选用数字控制信号，则控制信号线是数据传输线，如果馈电端口的权向量选用模拟控制信号，则控制信号线是普通的漆包线)。
信号处理模块依据场或方向图的期望对目标导电壳体的电流分布要求，求解各馈电端口的权向量，并把各馈电端口的权向量值发送到各馈电端口的权向量单元，各馈电端口的权向量单元在接受该权向量后，对通过各馈电端口的电磁信号进行加权。
本发明还提供一种上述全分布式天线系统的实现方法，具体步骤为：
(I)把导电壳体按每个馈电端口所在区域为一个单元，划分为多个基本单元；
(II)在每个基本单元对应的导电壳体内部安装馈电端口；
(III)预先依据场或方向图的期望，通过电磁计算方法(如矩量法、时域有限差分法等)或电磁仿真软件计算，确定导电壳体对应电流分布J(x，y，z)；
(IV)信号处理模块依据导电壳体电流分布J(x，y，z)在馈电端口附近的幅值Jm和给定的各馈电端口的馈电信息(电流Jd)，通过Jm与Jd的比值确定各馈电端口的权向量；
(V)信号处理模块根据步骤(IV)得到的各馈电端口的权向量设定馈电端口的权向量单元中的权向量；
(VI)各馈电端口的权向量单元对各馈电端口的给定电磁信号进行加权，这样，就实现了导电壳体的电流分布等效为若干个所需独立天线的电流分布叠加。
本发明中所采用的馈电端口的权向量单元，可以通过现有的数字信号处理器或模拟处理器实现。模拟处理器可以通过放大器或衰减器与移相器串联组合实现。
本发明中所采用的信号处理模块可以通过现有的数字信号处理器实现。
本发明因为采用整体的目标壳体作为收发天线，并通过算法控制权向量，使得最终的效果可等效为多个天线，从而实现多天线通信，提高无线通信的容量。利用这种技术，可以直接用汽车外壳或飞机外壳或手机外壳很方便地实现多个独立天线，并不需要在壳外增加额外的天线，也不会影响目标的外观或气动特性。
附图说明
图1是本发明全分布式天线系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例全分布式天线系统包括：导电壳体1、多个馈电端口2、各馈电端口的权向量单元3和信号处理模块4，馈电端口2的内导体和导电壳体1直接相连，馈电端口2的壳体通过非金属与导电壳体1内侧固定连接，馈电端口2和馈电端口的权向量单元3一端通过同轴线连接，馈电端口的权向量单元3另一端通过同轴线引出，作为电磁信号的输入/输出端口，信号处理模块4与各馈电端口的权向量单元3通过普通的直流低压信号用漆包线连接。
信号处理模块4依据场或方向图的期望对目标导电壳体1的电流分布要求，求解各馈电端口2的权向量，并把各馈电端口2的权向量值发送到各馈电端口的权向量单元3。各馈电端口的权向量单元3在接受该权向量后，对通过各馈电端口2的电磁信号进行加权。
实施例2
目标导电壳体1是汽车的外壳，实现一个单一全向天线功能。把导电壳体1分为4个基本区域，在导电壳体1内部安装4个馈电端口2，每个馈电端口2对应一个基本区域。对于所希望的方向图、增益要求，通过时域有限差分法进行电磁计算，确定导电壳体1对应电流分布J(x，y，z)。依据导电壳体1电流分布J(x，y，z)确定各馈电端口2附近的电流幅值Jm，对于给定的各馈电端口2的馈电信息(电流Jd)，在信号处理模块4中通过Jm与Jd的比值确定各馈电端口2的权向量；并设定各馈电端口的权向量单元3中的权向量；馈电端口的权向量单元3对通过各馈电端口2的给定电磁信号进行加权，使得各单元电流分布的叠加等效为全向天线的电流分布。此时汽车的外壳对外辐射的方向图在水平面内均匀全向。增益可达到8dB以上。
其中，各馈电端口的权向量单元3通过衰减器和移相器串联组合实现，衰减器按照权向量的幅值调控电磁信号的幅值，移相器按照权向量的相位调整电磁信号的相位。信号处理模块4采用TI公司TMS320C6701EVM，它是TI公司是为方便用户开发、分析、试验C6x系列数字信号处理算法和应用的一个目标平台。
实施例3
目标导电壳体1是汽车的外壳，实现4个独立天线功能。把导电壳体1分为4个基本区域，在导电壳体1内部安装4个馈电端口2，每个馈电端口对应一个基本区域。对于所希望的方向图、增益要求，通过时域有限差分法进行电磁计算，确定导电壳体1对应电流分布J(x，y，z)。依据导电壳体1电流分布J(x，y，z)确定各馈电端口2附近的电流幅值Jm，对于给定的各馈电端口2的馈电信息(电流Jd)，在信号处理模块4中通过Jm与Jd的比值确定各馈电端口2的权向量；并设定各馈电端口的权向量单元3中的权向量；各馈电端口的权向量单元3对通过各馈电端口2的电磁信号进行加权，使得各单元电流分布的叠加等效为全向天线的电流分布。此时汽车的外壳对外辐射的方向图就等效为4个独立天线。单个天线的增益大于2dBi。
其中，各馈电端口的权向量单元3通过衰减器和移相器串联组合实现，衰减器按照权向量的幅值调控电磁信号的幅值，移相器按照权向量的相位调整电磁信号的相位。
Claims (6)
1.一种全分布式天线系统，包括导电壳体(1)、多个馈电端口(2)、各馈电端口的权向量单元(3)、信号处理模块(4)，其特征在于，馈电端口(2)的内导体和导电壳体(1)直接相连，馈电端口(2)的壳体通过非金属与导电壳体(1)内侧固定连接，馈电端口(2)和馈电端口的权向量单元(3)的一端通过同轴线连接，馈电端口的权向量单元(3)另一端通过同轴线引出，作为电磁信号的输入/输出端口，信号处理模块(4)与各馈电端口的权向量单元(3)通过控制信号线连接；
所述的信号处理模块(4)，依据场或方向图的期望对导电壳体(1)的电流分布要求求解各馈电端口(2)的权向量，并把各馈电端口(2)的权向量值发送到各馈电端口的权向量单元(3)，各馈电端口的权向量单元(3)对各馈电端口(2)的给定电磁信号进行加权，以实现导电壳体的电流分布等效为若干个所需独立天线的电流分布叠加。
2.根据权利要求1所述的全分布式天线系统，其特征是，所述的控制信号线，为数据传输线或普通的漆包线；当馈电端口(2)的权向量选用数字控制信号时，控制信号线是数据传输线，当馈电端口(2)的权向量选用模拟控制信号时，控制信号线是普通的漆包线。
3.根据权利要求1所述的全分布式天线系统，其特征是，所述的信号处理模块(4)，由数字信号处理器实现。
4.根据权利要求1所述的全分布式天线系统，其特征是，所述的馈电端口的权向量单元(3)，由数字信号处理器或模拟处理器实现。
5.根据权利要求4所述的全分布式天线系统，其特征是，所述的模拟处理器，是由放大器或衰减器与移相器串联组合而成。
6.一种全分布式天线系统的实现方法，其特征在于，具体步骤如下：
(Ⅰ)把导电壳体(1)按每个馈电端口(2)所在区域为一个单元，划分为多个基本单元；
(Ⅱ)在每个单元对应的导电壳体(1)内部安装馈电端口(2)；
(Ⅲ)预先依据场或方向图的期望，通过电磁计算方法，确定导电壳体(1)对应电流分布J(x，y，z)；
(Ⅳ)信号处理模块(4)依据导电壳体(1)电流分布J(x，y，z)在馈电端口(2)附近的幅值Jm和给定的各馈电端口(2)的电流Jd，通过各馈电端口(2)的幅值Jm和电流Jd的比值确定各馈电端口(2)的权向量；
(Ⅴ)信号处理模块根据步骤(Ⅳ)得到的各馈电端口(2)的权向量设定各馈电端口的权向量单元(3)中的权向量；
(Ⅵ)各馈电端口的权向量单元(3)对各馈电端口(2)的给定电磁信号进行加权，实现导电壳体(1)的电流分布等效为多个独立天线的电流分布叠加。
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