本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種基于移動虛擬陣列的全/半串行多天線信道測量方法。

背景技術(shù)：

無線信道測量是研究無線信道傳播特性最直接的手段。信道測量的基本原理是發(fā)射機發(fā)送已知的激勵信號，接收機分析無線信道對發(fā)射信號的影響。在信道探測中，可以觀察不同時延的多徑信號以及信號疊加后的幅度和相位變化。用于信道測量的發(fā)射機和接收機構(gòu)成了信道測量系統(tǒng)(或信道探測儀)。信道探測儀發(fā)射并檢測經(jīng)信道傳輸?shù)碾姶挪?，確定信道沖激響應(yīng)或信道頻率響應(yīng)。

根據(jù)測量方式劃分，信道測量方式可分為單天線信道測量和多天線信道測量，如圖1至圖4所示。單天線測量方式是指一臺發(fā)射機和一臺接收機均采用單根天線，如圖1所示。圖2至圖4示出了三類傳統(tǒng)的多天線測量方式，包括：1)全并行方式：多臺發(fā)射機和多臺接收機均連接實際的天線陣列，以頻分復(fù)用或者碼分復(fù)用的方式發(fā)射和接收信號；2)半串行方式：一臺發(fā)射機通過高速切換開關(guān)，連接實際的天線陣列，以時分復(fù)用的方式發(fā)射信號，而接收端以并行方式接收信號；3)全串行方式：發(fā)射端和接收端均以串行方式發(fā)射和接收信號。

對于全并行多天線信道測量方法，需要配置多臺發(fā)射機和接收機及相應(yīng)的天線陣列，因此具有極高的成本?，F(xiàn)有的全/半串行多天線信道測量方法采用高速切換開關(guān)連接天線陣列，通過一臺發(fā)射機或者一臺接收機模擬多天線發(fā)射和接收，大大降低了多天線信道測量的成本。盡管這種方法已廣泛應(yīng)用于各種陸地蜂窩場景的信道測量，但并不適用于高速鐵路場景。這是因為，在高速鐵路信道測量中，一方面為了避免列車車廂的影響，需要采用車頂專用天線實現(xiàn)“純粹”的高速鐵路傳播信道探測；另一方面車頂專用天線一般只用于信號接收，其天線數(shù)目較少，天線間距較大，并不適用于多天線信道測量，無法獲取角度域特征參數(shù)。

目前，高速鐵路場景下多天線信道測量工作鮮有開展，高速鐵路多天線信道模型的研究非常匱乏。

因此，需要提供一種適用于高速鐵路場景的基于移動虛擬陣列的全/半串行多天線信道測量方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于移動虛擬陣列的全/半串行多天線信道測量方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種基于移動虛擬陣列的全/半串行多天線信道測量方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1、發(fā)射機采用串行/并行發(fā)射方式發(fā)射無線信道激勵信號；

S2、接收機在移動條件下接收無線信道激勵信號，并提取時變信道沖激響應(yīng)數(shù)據(jù)；

S3、選取時變信道沖激響應(yīng)數(shù)據(jù)中連續(xù)相鄰的幾個采樣點作為一個集合，確定虛擬天線的間距和數(shù)目，將集合內(nèi)的采樣點映射為多根虛擬天線；

S4、由集合內(nèi)的虛擬天線組成虛擬陣列，并隨接收機的移動，形成移動虛擬陣列；

S5、通過串行/并行發(fā)射方式結(jié)合基于移動虛擬陣列的串行接收方式，實現(xiàn)全/半串行多天線信道測量，獲取信道角度域特征參數(shù)。

優(yōu)選地，步驟S1中，串行發(fā)射方式是指一臺發(fā)射機通過高速切換開關(guān)，連接由多根實際天線組成的天線陣列，以時分復(fù)用的方式發(fā)射信號；并行發(fā)射方式是指多臺發(fā)射機一一對應(yīng)的連接多根實際天線，以頻分復(fù)用或者碼分復(fù)用的方式發(fā)射信號。

優(yōu)選地，步驟S2中，在移動條件下是指以穩(wěn)定的速率運動。

優(yōu)選地，步驟S3中，集合的選取條件為：

滿足在測量過程中，信道處于靜止或亞靜止狀態(tài)，即

T_i·N+T_s·(M'-1)≤T_c；

其中，當i為奇數(shù)時，發(fā)射機采用串行發(fā)射方式發(fā)射無線信道激勵信號，T_i為高速切換開關(guān)的切換周期；當i為偶數(shù)時，發(fā)射機采用并行發(fā)射方式發(fā)射無線信道激勵信號，T_i＝0；N為發(fā)射天線陣列的天線數(shù)目；T_s為時變信道沖激響應(yīng)數(shù)據(jù)的采樣周期；M'為集合內(nèi)采樣點的個數(shù)；T_c為信道相干時間。

優(yōu)選地，步驟S3中，虛擬天線的間距Δd由接收機的移動速率v與時變信道沖激響應(yīng)數(shù)據(jù)的采樣周期T_s決定：Δd＝vT_s。

優(yōu)選地，步驟S3中，虛擬天線的數(shù)目M由集合內(nèi)采樣點的個數(shù)M'決定，虛擬天線的數(shù)目M需滿足：

優(yōu)選地，步驟S4中，移動虛擬陣列為移動的均勻線性陣列，其陣列方向與接收機的運動方向一致。

優(yōu)選地，步驟S5中，信道角度域特征參數(shù)包括水平到達角、水平離開角、俯仰到達角和俯仰離開角。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明所述技術(shù)方案結(jié)合串行/并行發(fā)射以及基于移動虛擬陣列的串行接收進行全/半串行多天線信道測量，具有較低的成本和復(fù)雜度，特別適用于高速鐵路場景，可為高速鐵路多天線信道測量數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建提供有效支撐。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出單天線信道測量方式的示意圖。

圖2示出多天線信道測量方式中全并行方式的示意圖。

圖3示出多天線信道測量方式中半串行方式的示意圖。

圖4示出多天線信道測量方式中全串行方式的示意圖。

圖5示出基于移動虛擬陣列的全/半串行多天線信道測量方法的示意圖。

圖6示出基于移動虛擬陣列的全/半串行多天線信道測量方法應(yīng)用于高架橋場景的實際高速鐵路信道測量得到的水平到達角與理論計算得到的水平到達角比較圖。

圖7示出基于移動虛擬陣列的全/半串行多天線信道測量方法應(yīng)用于U型槽場景的實際高速鐵路信道測量得到的水平到達角與理論計算得到的水平到達角比較圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖5所示，基于移動虛擬陣列的全/半串行多天線信道測量方法包括：

S1、發(fā)射機采用串行/并行發(fā)射方式發(fā)射無線信道激勵信號；

S2、接收機在移動條件下接收無線信道激勵信號，并提取時變信道沖激響應(yīng)數(shù)據(jù)；

S3、選取時變信道沖激響應(yīng)數(shù)據(jù)中連續(xù)相鄰的幾個采樣點作為一個集合，確定虛擬天線的間距和數(shù)目，將集合內(nèi)的采樣點映射為多根虛擬天線；

S4、由集合內(nèi)的虛擬天線組成虛擬陣列，并隨接收機的移動，形成移動虛擬陣列；

S5、通過串行/并行發(fā)射方式結(jié)合基于移動虛擬陣列的串行接收方式，實現(xiàn)全/半串行多天線信道測量，獲取信道角度域特征參數(shù)。

其中，

步驟S1中，串行發(fā)射方式是指一臺發(fā)射機通過高速切換開關(guān)，連接由多根實際天線組成的天線陣列，以時分復(fù)用的方式發(fā)射信號；并行發(fā)射方式是指多臺發(fā)射機一一對應(yīng)的連接多根實際天線，以頻分復(fù)用或者碼分復(fù)用的方式發(fā)射信號。

步驟S2中，在移動條件下是指以穩(wěn)定的速率運動，這樣可以保證后續(xù)構(gòu)成的虛擬陣列具有固定間隔的天線間距。對于接收機的移動速率，一般通過速度傳感器記錄。

步驟S3中，集合的選取條件為：

滿足在測量過程中，信道處于靜止或亞靜止狀態(tài)，即

T_i·N+T_s·(M'-1)≤T_c；

其中，當i為奇數(shù)時，發(fā)射機采用串行發(fā)射方式發(fā)射無線信道激勵信號，T_i為高速切換開關(guān)的切換周期；當i為偶數(shù)時，發(fā)射機采用并行發(fā)射方式發(fā)射無線信道激勵信號，T_i＝0；N為發(fā)射天線陣列的天線數(shù)目；T_s為時變信道沖激響應(yīng)數(shù)據(jù)的采樣周期；M'為集合內(nèi)采樣點的個數(shù)；T_c為信道相干時間。

虛擬天線的間距Δd由接收機的移動速率v與時變信道沖激響應(yīng)數(shù)據(jù)的采樣周期T_s決定，公式為

Δd＝vT_s。

虛擬天線的數(shù)目M由集合內(nèi)采樣點的個數(shù)M'決定，需滿足

其中，T_c＝1/2f_m；f_m＝v/λ表示最大多普勒頻偏；λ為無線信道激勵信號的波長。從上式可以看出，虛擬天線的最大數(shù)目與虛擬天線的間距成反比，并隨高速切換天線的切換時長的增大而減小。如果不考慮切換時長，設(shè)定的虛擬天線的間距應(yīng)小于半波長。

步驟S4中，移動虛擬陣列是一種移動的均勻線性陣列，其陣列方向與接收機的運動方向一致。

步驟S5中，信道角度域特征參數(shù)包括水平到達角、水平離開角、俯仰到達角和俯仰離開角。

將本發(fā)明應(yīng)用于實際的高速鐵路高架橋場景和U型槽場景信道測量，測量得到的最強徑的水平到達角結(jié)果如圖6和圖7所示。作為參考，通過理論計算得到的水平到達角結(jié)果也在圖6和圖7中給出。從對比結(jié)果可以看出，實測結(jié)果與理論結(jié)果在水平到達角的整體變化趨勢上具有較好的一致性，從而驗證了本發(fā)明的可行性。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。