專利名稱：3d空間多天線無線通信系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)，尤其涉及一種3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，屬于無線通信技術領域。
背景技術：
多天線發(fā)射和接收(MMO)技術已成為無線通信的重要發(fā)展方向。通過在發(fā)射端和接收端分別采用多個射頻收發(fā)模塊，每個模塊接收到的數據分別通過模數轉換，輸進基帶處理模塊，進行信號處理和解調；發(fā)射數據經過調制、分配給不同射頻模塊，再通過數模轉換，用多個射頻模塊發(fā)射出去。多天線技術實現了提升數據傳輸速率、提高無線傳輸的可靠性、減輕信道衰落的影響。例如，第三代無線移動通信技術WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、第四代無線移動通信技術LTE、無線寬帶接入技術WiFi (802.11η)均采用多天線技術傳輸。在提升數據傳輸速率方面，多天線技術利用空間信道正交疊加的無線傳輸方式， 通過在3D空間產生等效的多個獨立傳輸信道，達到增加傳輸速率的目的。例如，在發(fā)射端和接收端分別采用四個射頻模塊，最高可以提高四倍傳輸速率。但是，多天線技術也帶來了功耗和成本的上升。在提高無線傳輸可靠性和減輕信道衰落影響方面，多天線技術利用空間分集，利用3D空間多個獨立不相關的傳輸信道，保證了平均傳輸速率的可靠性，從而減輕信道衰落的影響。同樣，多天線技術用于分集發(fā)射接收帶來功耗和成本的上升。在許多功耗和成本敏感的實際應用中，產品對功耗和成本非常敏感，采用多個射頻收發(fā)模塊是不可接受的。但是，單天線接收模塊又達不到系統(tǒng)要求的性能，對低成本、低功耗、高性能多天線收發(fā)提出了挑戰(zhàn)。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，不增加成本和功耗，實現了多天線技術空間的最優(yōu)分集的無線數據傳輸。為解決上述技術問題，一種3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，其特征是，通信雙方分為管理端和用戶端，分別采用單一的射頻發(fā)射接收模塊，每個單一射頻發(fā)射接收模塊連接多個天線，多個天線置放在3D空間中的不同位置，應對于不同位置、不同極化的發(fā)射接收。每個單一的射頻發(fā)射接收模塊連接的天線數量為2-8根。所述天線間的距離大于O. 25倍天線發(fā)射的無線電波的波長。所述多個天線分別設置在相互收發(fā)數據的所述用戶端和管理端，用戶端包括N個天線，管理端包括M個天線，
所述用戶端還包括采集數據的傳感器、第一無線收發(fā)系統(tǒng)、用于天線選擇的第一開關、 第一開關控制模塊；
所述管理端還包括用于轉發(fā)收到數據的網絡接口、第二無線收發(fā)系統(tǒng)、用于天線選擇的第二開關、第二開關控制模塊。
所述傳感器將需要的數據采集進入所述第一無線收發(fā)系統(tǒng)，
所述第一開關控制模塊接收來自所述第一無線收發(fā)系統(tǒng)的指令，控制所述第一開關， 指定選擇的天線，
所述第一開關用于連接選擇的用戶端天線，斷開未選擇的用戶端天線連接，用選擇的指定天線實現用戶端數據的發(fā)射接收；
所述網絡用于轉發(fā)來自用戶端所述傳感器的數據到指定的網絡地址；
所述第二開關控制模塊接收來自所述第二無線收發(fā)系統(tǒng)的指令，控制所述第二開關， 選擇指定的天線，所述第二開關用于連接選擇的管理端的天線，斷開未選擇的管理端的天線連接，用指定的天線實現管理端數據的發(fā)射接收。天線的選擇遵循天線對選擇協(xié)議，即一個管理端和一個用戶端的天線，指定規(guī)定的時間點，用每個天線對事先已知的信號實現發(fā)射接收，在管理端評估每個天線對發(fā)射接收的性能，從中選出發(fā)射接收性能最好的天線對，分別通知管理端和用戶端，分別用選定的天線進行發(fā)射接收。所述天線對選擇協(xié)議步驟為
1)天線搜索請求管理端向用戶端發(fā)送信令，申請用戶端開始天線選擇，信令包括管理端的配置信息，包括天線數、發(fā)射數據選擇；
2)天線搜索回復用戶端回復管理端，向管理端發(fā)送信令，信令包括用戶端的配置信息，包括天線數、發(fā)射數據選擇；
3)天線對評估信號傳輸用戶端分別在每個天線上發(fā)射指定的評估信號，用于管理端分別在每個天線上接收，開展性能評估；
4)天線對選擇管理端分別用每個天線，接收用戶端在每個天線上發(fā)射出來的指定的評估信號，計算出所有可能天線對的組合的性能，從中選擇最優(yōu)的天線對，通知用戶端；
5)天線對選擇確認用戶端確認收到管理端最優(yōu)天線對的選擇；
6)數據發(fā)射管理端和用戶端分別使用指定的最優(yōu)天線開始發(fā)射接收數據。9.根據權利要求8所述的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，其特征是，所述管理端天線對選擇算法步驟為
管理端用第M個接收天線，接收到來自第N個用戶端天線發(fā)射的信號，并計算出接收信號的信噪比SNR(M，N);當所有N個用戶端天線全部發(fā)射完評估信號，所有M個管理端天線完成接收評估信號，選擇具有最大信噪比的天線對，即為最優(yōu)天線對。本發(fā)明所達到的有益效果
本發(fā)明的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)采用單一射頻發(fā)射接收模塊，通過使用最優(yōu)天線對選擇算法，在基帶模塊中選擇出通信雙方各自最佳的天線，在不增加成本和功耗的前提下，實現了多天線技術空間分集，提高了無線傳輸可靠性和減輕信道衰落。本發(fā)明尤其適用于超低功耗超低成本高性能的無線通信應用。
圖I是本發(fā)明的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)用戶端示意圖2是本發(fā)明的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)管理端示意圖3是本發(fā)明的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)天線對選擇協(xié)議；
5圖4是圖3中的管理端天線對選擇算法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，在管理端和用戶端分別采用單一射頻發(fā)射接收模塊，每端分別連接多個極低成本的天線(2-8根)，多個天線置放在3D空間中，實現不同位置(距離大于O. 25倍發(fā)射的無線電波長)、不同極化的發(fā)射接收。管理端和用戶端在啟動無線通信系統(tǒng)前，首先，使用本發(fā)明提供的管理端的天線對選擇算法，搜索管理端和用戶端的每個天線對，選出接收接收性能最優(yōu)的天線對，用最優(yōu)的天線對開始發(fā)射接收。同時，本發(fā)明提供的算法采用最優(yōu)天線對選擇協(xié)議控制，在規(guī)定的時間點，重新搜索每個發(fā)射接收天線對，選出發(fā)射接收性能最好的天線對，保證最優(yōu)發(fā)射接收。本發(fā)明的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)包括用戶端和管理端。其中，用戶端包括傳感器、N個天線、無線收發(fā)系統(tǒng)、開關、開關控制，如圖I所示， 傳感器將需要的數據采集進入無線收發(fā)系統(tǒng)；
天線選擇其中的一個天線實現數據發(fā)射接收；
無線收發(fā)系統(tǒng)發(fā)射用戶端數據；接收管理端的數據；
開關連接選擇的天線，斷開未選擇的天線連接；
開關控制根據接收來自管理端的指令，控制開關，選擇連接指定的的天線。管理端包括網絡、天線、無線收發(fā)系統(tǒng)、開關、開關控制，如圖2所示，
網絡轉發(fā)傳感器的數據到指定網絡地點；
天線選擇其中的一個天線實現數據發(fā)射接收；
無線收發(fā)系統(tǒng)發(fā)射管理端數據；接收用戶端的數據；
開關連接選擇的天線，斷開未選擇的天線連接；
開關控制根據接收的數據，使用本發(fā)明的算法，選出最優(yōu)天線對，控制開關選擇連接的天線；
如圖3所示，管理端與用戶端之間的無線收發(fā)遵從天線對選擇協(xié)議。天線對選擇協(xié)議指定規(guī)定的時間點，實現搜索每管理端和用戶端每個發(fā)射接收對，選出發(fā)射接收性能最好的天線對。傳輸管理端的最優(yōu)天線對信息到用戶端，控制用戶端天線選擇開關；根據最優(yōu)天線對的選擇，控制管理端選擇天線進行發(fā)射接收。天線對選擇協(xié)議過程如下
1)天線搜索請求管理端向用戶端發(fā)送信令，申請用戶端開始天線選擇，信令包括管理端的配置信息(天線數、發(fā)射數據選擇);
2)天線搜索回復用戶端回復管理端，向管理端發(fā)送信令，信令包括用戶端的配置信息 (包括天線數、發(fā)射數據選擇);
3)天線對N評估信號傳輸用戶端分別在每個天線上發(fā)射指定的評估信號，用于管理端分別在每個天線上接收，開展性能評估；
4)天線對選擇管理端分別用每個天線，接收用戶端在每個天線上發(fā)射出來的指定的評估信號，計算出所有可能天線對的組合的性能，從中選擇最優(yōu)的天線對，通知用戶端；
5)天線對選擇確認用戶端確認收到管理端最優(yōu)天線對的選擇；
6)數據發(fā)射管理端和用戶端分別使用指定的最優(yōu)天線開始發(fā)射接收數據。其中，管理端天線對選擇算法流程圖，如圖4所示，管理端天線對選擇過程為 管理端用第M個接收天線，接收到來自第N個用戶端天線發(fā)射的信號，并計算出接收信
號的信噪比SNR(M，N);當所有N個用戶端天線全部發(fā)射完評估信號，所有M個管理端天線完成接收評估信號，選擇具有最大信噪比的天線對，即為最優(yōu)天線對。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，其特征是，通信雙方分為管理端和用戶端，分別采用單一的射頻發(fā)射接收模塊，每個單一射頻發(fā)射接收模塊連接多個天線，多個天線置放在3D空間中的不同位置，應對于不同位置、不同極化的發(fā)射接收。
2.根據權利要求I所述的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，其特征是，每個單一的射頻發(fā)射接收模塊連接的天線數量為2-8根。
3.根據權利要求I所述的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，其特征是，所述天線間的距離大于O. 25倍天線發(fā)射的無線電波的波長。
4.根據權利要求I所述的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，其特征是，所述多個天線分別設置在相互收發(fā)數據的所述用戶端和管理端，所述用戶端還包括采集數據的傳感器、第一無線收發(fā)系統(tǒng)、用于天線選擇的第一開關、 第一開關控制模塊；所述管理端還包括用于轉發(fā)收到數據的網絡接口、第二無線收發(fā)系統(tǒng)、用于天線選擇的第二開關、第二開關控制模塊。
5.根據權利要求4所述的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，其特征是，所述傳感器將需要的數據采集進入所述第一無線收發(fā)系統(tǒng)，所述第一開關控制模塊接收來自所述第一無線收發(fā)系統(tǒng)的指令，控制所述第一開關， 指定選擇的天線，所述第一開關用于連接選擇的用戶端天線，斷開未選擇的用戶端天線連接，用選擇的指定天線實現用戶端數據的發(fā)射接收。
6.根據權利要求4所述的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，其特征是，所述網絡用于轉發(fā)來自用戶端所述傳感器的數據到指定的網絡地址；所述第二開關控制模塊接收來自所述第二無線收發(fā)系統(tǒng)的指令，控制所述第二開關， 選擇指定的天線，所述第二開關用于連接選擇的管理端的天線，斷開未選擇的管理端的天線連接，用指定的天線實現管理端數據的發(fā)射接收。
7.根據權利要求4、5或6所述的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，其特征是，天線的選擇遵循天線對選擇協(xié)議，即一個管理端和一個用戶端的天線，指定規(guī)定的時間點，用每個天線對事先已知的信號實現發(fā)射接收，在管理端評估每個天線對發(fā)射接收的性能，從中選出發(fā)射接收性能最好的天線對，分別通知管理端和用戶端，分別用選定的天線進行發(fā)射接收。
8.根據權利要求7所述的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，其特征是，所述天線對選擇協(xié)議步驟為1)天線搜索請求管理端向用戶端發(fā)送信令，申請用戶端開始天線選擇，信令包括管理端的配置信息，包括天線數、發(fā)射數據選擇；2)天線搜索回復用戶端回復管理端，向管理端發(fā)送信令，信令包括用戶端的配置信息，包括天線數、發(fā)射數據選擇；3)天線對評估信號傳輸用戶端分別在每個天線上發(fā)射指定的評估信號，用于管理端分別在每個天線上接收，開展性能評估；4)天線對選擇管理端分別用每個天線，接收用戶端在每個天線上發(fā)射出來的指定的評估信號，計算出所有可能天線對的組合的性能，從中選擇最優(yōu)的天線對，通知用戶端；5)天線對選擇確認用戶端確認收到管理端最優(yōu)天線對的選擇；6)數據發(fā)射管理端和用戶端分別使用指定的最優(yōu)天線開始發(fā)射接收數據。
9.根據權利要求8所述的3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，其特征是，所述管理端天線對選擇算法步驟為所述管理端用第M個接收天線，接收到來自第N個用戶端天線發(fā)射的信號，并計算出接收信號的信噪比SNR (M，N);當所有N個用戶端天線全部發(fā)射完評估信號，所有M個管理端天線完成接收評估信號，選擇具有最大信噪比的天線對，即為最優(yōu)天線對。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種3D空間多天線無線通信系統(tǒng)，通信雙方分為管理端和用戶端，分別采用單一的射頻發(fā)射接收模塊，每個單一射頻發(fā)射接收模塊可以連接多個天線，多個天線置放在3D空間中的不同位置，應對于不同位置、不同極化的發(fā)射接收。通過使用最優(yōu)天線對選擇算法，在基帶模塊中選擇出通信雙方各自最佳的天線，在不增加成本和功耗的前提下，實現了多天線技術空間分集，提高了無線傳輸可靠性和減輕信道衰落。本發(fā)明尤其適用于超低功耗超低成本高性能的無線通信應用。
文檔編號H04B7/04GK102611485SQ201210103860
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權日2012年4月11日
發(fā)明者李宏, 李革 申請人:蘇州英菲泰爾電子科技有限公司