專利名稱：一種基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種信道測(cè)量裝置，尤其是涉及一種基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，無線信道是信息的傳輸媒介，無線信道的傳播特性對(duì)系統(tǒng)性能有著直接的影響。在設(shè)計(jì)任何無線通信系統(tǒng)時(shí)，必須深入了解無線信道的傳播特性，以優(yōu)化系統(tǒng)的性能。無線信道測(cè)量是了解無線信道特征的直接途徑，通過信道測(cè)量可以得到真實(shí)環(huán)境中的信道數(shù)據(jù)，包括路徑損耗模型、功率延遲線、信道傳遞函數(shù)、均方根時(shí)延擴(kuò)展、相干時(shí)間、電波的離開角和到達(dá)角，等等。在此基礎(chǔ)上，可以對(duì)各信道參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并根 據(jù)分析的結(jié)果，運(yùn)用合理的數(shù)學(xué)方法，建立起無線信道模型。為實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率、高頻譜效率和高功率輻射效率等，在IMT-Advanced及未來移動(dòng)通信系統(tǒng)中將采用無線MMO傳輸技術(shù)，而MMO系統(tǒng)的實(shí)際容量與電波傳播的實(shí)際特性密切相關(guān)。隨著通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，人們渴望進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳輸速率，除了對(duì)信道的時(shí)域、頻域資源進(jìn)行更加深入的開發(fā)外，開始對(duì)空域進(jìn)行開發(fā)，尤其是MIMO和智能天線的引入，信道測(cè)量和建模也更加關(guān)注空間信息。對(duì)于MIMO系統(tǒng)而言，其信道模型除了考慮路徑損耗和時(shí)延擴(kuò)展等參數(shù)外，還需明確信道的空域特性，例如電波在發(fā)送天線上的離開角和接收天線上到達(dá)角，發(fā)送和接收功率在角度域的分布，相隔一定距離的天線陣元上發(fā)送或接收信號(hào)的相關(guān)性等。在實(shí)際的無線傳輸環(huán)境中，信道測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)于MIMO信道建模和容量分析等至關(guān)重要。而且，對(duì)于采用MMO傳輸技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)的研發(fā)、部署、優(yōu)化、以及系統(tǒng)性能分析等，信道測(cè)量結(jié)果、建模和系統(tǒng)容量的精確估計(jì)都將起到基礎(chǔ)性與先導(dǎo)性的作用。目前通過實(shí)驗(yàn)獲取信道空域特性信息的方法主要有高增益定向天線掃描和陣列結(jié)合高分辨率DOA算法，前者的原理直觀易懂，利用高增益窄波束天線在(T360°的范圍內(nèi)掃描，從而直接獲取來波功率在角度上的分布，缺點(diǎn)是直接測(cè)量得到的結(jié)果受天線方向圖影響較大，并且窄波束定向天線的尺寸會(huì)比較大，給制作和實(shí)驗(yàn)帶來一些不便，實(shí)際測(cè)量時(shí)需要采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行空間掃描，速度受限，對(duì)于時(shí)變特性明顯的信道測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度下降；后者的好處在于精度高，但缺點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)制作復(fù)雜，算法與測(cè)試天線陣列的形式直接相關(guān)，整個(gè)系統(tǒng)的校準(zhǔn)需要很大的工作量，并且后續(xù)處理計(jì)算量大。

實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型目的本實(shí)用新型為了提高無線信道的空域角度擴(kuò)散特性測(cè)量的準(zhǔn)確性和有效性，提供一種基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置。技術(shù)方案一種基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置，其特征在于，包括遠(yuǎn)端機(jī)和近端機(jī)，所述的遠(yuǎn)端機(jī)包括一相控陣天線陣列，而所述的近端機(jī)則包括順序連通的第一光端機(jī)、中頻子系統(tǒng)、基帶子系統(tǒng)、GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，所述的數(shù)據(jù)管理服務(wù)器中還設(shè)置有磁盤陣列，而所述的相控陣天線陣列則包括順序連通的天線輻射單元、波束成形網(wǎng)絡(luò)、射頻子系統(tǒng)和第二光端機(jī)，所述的第二光端機(jī)和第一光端機(jī)通過電纜連通，其中，數(shù)據(jù)管理服務(wù)器用于記錄測(cè)量的數(shù)據(jù)，并對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)和結(jié)果顯示，而GPS (全球定位系統(tǒng))接收機(jī)用于提供高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)頻率、基準(zhǔn)定時(shí)，以及當(dāng)前的經(jīng)緯度和移動(dòng)速度等信息。進(jìn)一步，所述的GPS接收機(jī)包含GPS馴服銣原子鐘。有益效果本實(shí)用新型通過控制相控陣天線陣列的波束指向進(jìn)行空間掃描，可以對(duì)無線信道的空域特性進(jìn)行快速精確測(cè)量，同時(shí)結(jié)合無線信道測(cè)量裝置的收發(fā)切換，可對(duì)無線信道的空域特性進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)雙向測(cè)量，而由于采用了有源的相控陣天線，提高了測(cè)量裝置的接收靈敏度。

圖1為本實(shí)用新型所述的無線信道測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型所述的相控陣天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為利用本實(shí)用新型進(jìn)行無線信道測(cè)量的流程圖。圖中主要標(biāo)記含義如下1、相控陣天線陣列2、第一光端機(jī)3、中頻子系統(tǒng)4、GPS接收機(jī)5、基帶子系統(tǒng)6、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器7、電源11、第二光端機(jī) 12、射頻子系統(tǒng)13、波束成形網(wǎng)絡(luò)14、天線輻射單元 61、磁盤陣列。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。實(shí)施例圖1為本實(shí)用新型所述的無線信道測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型所述的相控陣天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1和圖2所示一種基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置，包括遠(yuǎn)端機(jī)和近端機(jī)，所述的遠(yuǎn)端機(jī)包括一相控陣天線陣列I，而所述的近端機(jī)則包括順序連通的第一光端機(jī)2、中頻子系統(tǒng)3、基帶子系統(tǒng)5、GPS接收機(jī)4和數(shù)據(jù)管理服務(wù)器6，以及為近端機(jī)提供電的電源7，所述的數(shù)據(jù)管理服務(wù)器6中還設(shè)置有磁盤陣列61，而所述的相控陣天線陣列I則包括順序連通的天線輻射單元14、波束成形網(wǎng)絡(luò)13、射頻子系統(tǒng)12和第二光端機(jī)11，所述的第二光端機(jī)11和第一光端機(jī)2通過光纜連通，其中，數(shù)據(jù)管理服務(wù)器6用于記錄測(cè)量的數(shù)據(jù)，并對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)和結(jié)果顯示，而GPS接收機(jī)4則用于提供高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)頻率、基準(zhǔn)定時(shí)，以及當(dāng)前的經(jīng)緯度和移動(dòng)速度等信息，且在本實(shí)施方式中，所述的GPS接收機(jī)4包含GPS馴服銣原子鐘。在本實(shí)施例中，所述的相控陣天線陣列I通過波束成形網(wǎng)絡(luò)13可以對(duì)各個(gè)天線輻射單元14設(shè)置特定的相位，從而使得相控陣天線陣列I的輻射波束指向需要的角度，實(shí)現(xiàn)波束掃描的功能。當(dāng)所述的基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置的工作狀態(tài)為接收模式時(shí)，相控陣天線陣列I的射頻子系統(tǒng)12將接收到的信號(hào)進(jìn)行處理后，通過第二光端機(jī)11轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，然后經(jīng)光纜傳送至近端機(jī)的第一光端機(jī)2，然后變換為電信號(hào)后進(jìn)入近端機(jī)的中頻子系統(tǒng)3和基帶子系統(tǒng)5進(jìn)行處理，最后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)管理服務(wù)器6中的磁盤陣列61中，以供后期進(jìn)行無線信道參數(shù)的提取和特性分析。當(dāng)所述的基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置的工作狀態(tài)為發(fā)射狀態(tài)時(shí)，近端機(jī)中的數(shù)據(jù)管理服務(wù)器6產(chǎn)生需要的基帶信號(hào)，并結(jié)合GPS馴服銣原子鐘提供的信息后進(jìn)入基帶子系統(tǒng)3和中頻子系統(tǒng)5，然后經(jīng)基帶子系統(tǒng)3和中頻子系統(tǒng)5進(jìn)入第一光端機(jī)2，并將其轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，然后通過光纜傳輸至遠(yuǎn)端機(jī)的第二光端機(jī)11，再次轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后進(jìn)入相控陣天線陣列中的射頻子系統(tǒng)12，射頻子系統(tǒng)12將收到的信號(hào)變頻到需要的頻率，然后放大，經(jīng)波束成形網(wǎng)絡(luò)13后進(jìn)入各個(gè)天線輻射單元14輻射出去，最后在空間形成預(yù)定的波束指向。此外，所述的基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置支持Radio over fiber(RoF)技術(shù)，能夠很好的支持分布式小區(qū)的測(cè)量場(chǎng)景。圖3為利用本實(shí)用新型進(jìn)行無線信道測(cè)量的流程圖。如圖3所示一種利用上述的基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置進(jìn)行無線信道測(cè)量的方法，包括以下步驟(I)設(shè)定發(fā)射端的相控陣天線陣列的波束指向；(2)設(shè)定接收端的相控陣天線陣列的波束指向；(3)利用基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置進(jìn)行無線信道測(cè)量，并記錄測(cè)量狀態(tài)和數(shù)據(jù)；(4)將步驟(I)所述的發(fā)射端改為接收端，而將步驟(2)所述的接收端改為發(fā)射端，然后利用基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置進(jìn)行無線信道測(cè)量，并記錄測(cè)量狀態(tài)和數(shù)據(jù)；(5)改變步驟(2)所述的接收端的相控陣天線陣列的波束位置，并重復(fù)步驟(3)和步驟(4)，直至接收端的相控陣天線陣列的所有波束位置測(cè)量完畢；(6)改變步驟(I)所述的發(fā)射端的相控陣天線陣列的波束位置，并重復(fù)步驟(3)、步驟(4)和步驟(5)，直至發(fā)射端的相控陣天線陣列的所有波束位置測(cè)量完畢。其中具體為在利用本實(shí)用新型所述的基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置進(jìn)行無線信道測(cè)量時(shí)，本實(shí)用新型可以將發(fā)射端的相控陣天線波束設(shè)置到一個(gè)預(yù)定的位置，然后接收端相控陣天線波束在水平面內(nèi)或者垂直面內(nèi)進(jìn)行掃描，無線信道測(cè)量裝置記錄對(duì)應(yīng)于各個(gè)波束的數(shù)據(jù)，或者固定接收端的波束位置，利用發(fā)射端波束進(jìn)行掃描；而進(jìn)行收發(fā)兩端互易性測(cè)量時(shí)，則可以將收發(fā)兩端的相控陣天線都設(shè)定到一個(gè)固定的波束位置，進(jìn)行一次測(cè)量并記錄結(jié)果，然后在保持相控陣天線的波束位置不變的情況下，將收發(fā)兩端的功能互換，即原來的發(fā)射端改為接收端，原來的接收端改為發(fā)射端，然后再進(jìn)行一次數(shù)據(jù)測(cè)量。上述基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置中的相控陣天線陣列的波束可以指向需要的位置，進(jìn)行空間掃描，而上述的方法則利用了相控陣天線陣列的波束可控掃描特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無線信道的空域特性進(jìn)行測(cè)量。由于遠(yuǎn)端機(jī)上采用的相控陣天線陣列的波束指向可控，改善了系統(tǒng)對(duì)信道空間特性的測(cè)量精度；而遠(yuǎn)端機(jī)上由于包含了射頻子系統(tǒng)，可對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理和放大，提高了系統(tǒng)靈敏度。[0033]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本實(shí)用新型，但其不得解釋為對(duì)本實(shí)用新型自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本實(shí)用新型的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作 出各種變化。
權(quán)利要求1.一種基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置，其特征在于，包括遠(yuǎn)端機(jī)和近端機(jī)， 所述的遠(yuǎn)端機(jī)包括一相控陣天線陣列，而所述的近端機(jī)則包括順序連通的第一光端機(jī)、中頻子系統(tǒng)、基帶子系統(tǒng)、GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，所述的數(shù)據(jù)管理服務(wù)器中還設(shè)置有磁盤陣列，而所述的相控陣天線陣列則包括順序連通的天線輻射單元、波束成形網(wǎng)絡(luò)、射頻子系統(tǒng)和第二光端機(jī)，所述的第二光端機(jī)和第一光端機(jī)通過光纜連通。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置，其特征在于，所述的GPS接收機(jī)包含GPS馴服銣原子鐘。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于相控陣天線陣列的無線信道測(cè)量裝置，包括遠(yuǎn)端機(jī)和近端機(jī)，遠(yuǎn)端機(jī)包括一相控陣天線陣列，而近端機(jī)則包括順序連通的第一光端機(jī)、中頻子系統(tǒng)、基帶子系統(tǒng)、GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，數(shù)據(jù)管理服務(wù)器中還設(shè)置有磁盤陣列，而相控陣天線陣列則包括順序連通的天線輻射單元、波束成形網(wǎng)絡(luò)、射頻子系統(tǒng)和第二光端機(jī)，第二光端機(jī)和第一光端機(jī)通過電纜連通。本實(shí)用新型通過控制相控陣天線陣列的波束指向進(jìn)行空間掃描，可以對(duì)無線信道的空域特性進(jìn)行快速精確測(cè)量，同時(shí)結(jié)合無線信道測(cè)量裝置的收發(fā)切換，對(duì)無線信道的空域特性進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)雙向測(cè)量，提高了測(cè)量裝置的接收靈敏度。
文檔編號(hào)H04W24/08GK202856991SQ20122050926
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者洪偉, 李林盛, 張念祖 申請(qǐng)人:東南大學(xué)