一种多天线系统相关性系数的计算方法及装置与流程

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种多天线系统相关性系数的计算方法及装置。

背景技术：

随着无线通信技术的日益发展，多天线系统已经成为移动终端的重要组成部分。作为衡量多天线系统性能的重要指标之一，如何方便并准确的计算出相关性系数尤为重要。

通常情况下，相关性系数是通过测量每个天线的复方向图来确定的，但测量复方向图所需设备价格昂贵，测试过程也极其繁琐。为了解决上述问题，本领域技术人员尝试运用各种简化方法来计算相关性系数。具体包括：

直接通过矢量网络分析仪测量天线的散射系数计算出相关性系数，或者，通过测量天线的辐射效率来计算出相关性系数的上限。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有技术在相关性系数过程中未考虑天线的金属损耗和介质损耗，会影响计算精度，且若仅计算出相关性系数的上限，由于上限往往精度很低，甚至会出现大于1的情况，该种方法的相关性系数估值的参考意义不大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种多天线系统相关性系数的计算方法及装置，用以解决现有技术中多天线系统相关性系数的计算过程中精度较低的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种多天线系统相关性系数的计算方法，包括：

测量各天线的散射参数与天线效率；

根据各天线的散射参数构建多天线系统的有损散射矩阵，以及，根据各天线的天线效率确定多天线系统的损耗矩阵；

基于所述有损散射矩阵以及损耗矩阵计算出无损散射矩阵后，根据无损散射矩阵和预设的相关性系数公式计算出多天线系统的相关性系数。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据各天线的天线效率确定多天线系统的损耗矩阵，包括：

构建多天线系统的等效电路模型确定多天线系统的损耗电阻矩阵或损耗电导矩阵。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述构建多天线系统的等效电路模型确定多天线系统的损耗电阻矩阵或损耗电导矩阵，包括：

分别计算出各天线作为单端口网络和两端口网络时的辐射效率；

当等效电路模型为串联等效电路模型时，根据单端口网络和两端口网络时的辐射效率确定出多天线系统的损耗电阻矩阵；或者，当等效电路模型为并联等效电路模型时，根据单端口网络和两端口网络时的辐射效率确定出多天线系统的损耗电导矩阵。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在测量当前天线的散射参数与天线效率时，负载需接入其他天线所在电路。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述有损散射矩阵为第一天线的损耗电阻矩阵、损耗电导矩阵与第二天线的损耗电阻矩阵依次相乘的结果，或者，所述有损散射矩阵为第一天线的损耗电导矩阵、损耗电导矩阵与第二天线的损耗电导矩阵依次相乘的结果。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的多天线系统相关性系数的计算方法，首先通过测量各天线的散射参数与天线效率，构建多天线系统的有损散射矩阵以及损耗电阻矩阵或损耗电导矩阵，然后计算出无损散射矩阵后，根据预设的相关性系数公式计算出多天线系统的相关性系数。与现有技术中的相关性系数简化计算方法相比，本发明将天线的金属损耗和介质损耗纳入计算方法内，计算参数选择多元化，有效提升了计算精度，计算的适用范围也更为广泛，还能够计算出准确数值，从而避免现有技术中只计算数值范围造成的估值误差，同时还降低了计算成本，节省了计算时间，提高了简化计算的可实施性。

另一方面，本发明实施例提供了一种多天线系统相关性系数的计算装置，包括：

测量模块，用于测量各天线的散射参数与天线效率；

构建模块，用于根据各天线的散射参数构建多天线系统的有损散射矩阵，以及，用于根据各天线的天线效率确定多天线系统的损耗矩阵；

计算模块，用于基于所述有损散射矩阵以及损耗矩阵计算出无损散射矩阵后，根据无损散射矩阵和预设的相关性系数公式计算出多天线系统的相关性系数。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述构建模块，具体用于：

构建多天线系统的等效电路模型确定多天线系统的损耗电阻矩阵或损耗电导矩阵。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述构建模块，具体用于：

分别计算出各天线作为单端口网络和两端口网络时的辐射效率；

当等效电路模型为串联等效电路模型时，根据单端口网络和两端口网络时的辐射效率确定出多天线系统的损耗电阻矩阵；或者，当等效电路模型为并联等效电路模型时，根据单端口网络和两端口网络时的辐射效率确定出多天线系统的损耗电导矩阵。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在测量当前天线的散射参数与天线效率时，负载需接入其他天线所在电路。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述有损散射矩阵为第一天线的损耗电阻矩阵、损耗电导矩阵与第二天线的损耗电阻矩阵依次相乘的结果，或者，所述有损散射矩阵为第一天线的损耗电导矩阵、损耗电导矩阵与第二天线的损耗电导矩阵依次相乘的结果。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的多天线系统相关性系数的计算装置，首先，测量模块测量出各天线的散射参数与天线效率；然后，构建模块根据各天线的散射参数构建多天线系统的有损散射矩阵，以及，构建模块根据各天线的天线效率确定多天线系统的损耗矩阵经；从而，计算模块基于有损散射矩阵以及损耗矩阵计算出无损散射矩阵后，根据无损散射矩阵和预设的相关性系数公式计算出多天线系统的相关性系数。与现有技术中的相关性系数简化计算装置相比，本发明计算装置在计算时考虑天线的金属损耗和介质损耗，计算参数选择多元化，有效提升了计算精度，计算的适用范围也更为广泛，还能够计算出准确数值，从而避免现有技术中只计算数值范围造成的估值误差，同时还降低了计算成本，节省了计算时间，提高了简化计算的可实施性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是有损双天线系统的级联网络图；

图2是本发明实施例一的流程示意图；

图3是本发明实施例一的串联等效模型的电路示意图；

图4是本发明实施例一的并联等效模型的电路示意图；

图5是本发明实施例二中的基于不同计算方法得出的相关性系数的对比图；

图6是本发明实施例三中的基于不同计算方法得出的相关性系数的对比图；

图7是本发明实施例所提供的方法的实施例四的结构示意图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述天线，但这些天线不应限于这些术语。这些术语仅用来将天线彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一天线也可以被称为第二天线，类似地，第二天线也可以被称为第一天线。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

实施例一

本发明实施例给出一种多天线系统相关性系数的计算方法，请参考图1，其为本发明实施例所提供的方法的流程示意图，如图所示，该方法包括以下步骤：

S101，测量各天线的散射参数与天线效率。

需要说明的是，在测量当前天线的散射参数与天线效率时，需要先在其他天线所在电路接入负载。比如，在测量第一天线的散射参数与天线效率时，需要先将负载接入到第二天线所在电路后再进行测量。散射参数通过矢量网络分析仪进行测量，天线效率通过场强仪和功率计测量并计算得出，当然散射参数与天线效率还可通过其他设备和方进行测量。

S102，根据各天线的散射参数构建多天线系统的有损散射矩阵，以及，根据各天线的天线效率确定多天线系统的损耗矩阵。

具体地，根据各天线的天线效率确定多天线系统的损耗矩阵，构建多天线系统的等效电路模型确定多天线系统的损耗电阻矩阵或损耗电导矩阵。

进一步地，分别计算出各天线作为单端口网络和两端口网络时的辐射效率；

当等效电路模型为串联等效电路模型时，根据单端口网络和两端口网络时的辐射效率确定出多天线系统的损耗电阻矩阵；或者，当等效电路模型为并联等效电路模型时，根据单端口网络和两端口网络时的辐射效率确定出多天线系统的损耗电导矩阵。

需要说明的是，等效电路模型作为一种描述天线的有效方式，通常是根据天线的具体形状来形成分布式的等效电路，等效电路模型中的损耗部分被提取为电阻元件或者电导元件，从而多天线系统就由原来的有损系统分解为无损多天线系统和损耗系统两部分。图2表示的是有损双天线系统的级联网络图，其中，a_i和b_i分别代表了入射波和反射波，损耗元件可以是串联电路中的电阻或是并联电路中的电导，首先采集有损多天线系统的S参数并构建对应的有损散射矩阵，损耗元件的值可由等效电路模型计算得出，然后，计算出等效的无损多天线散射矩阵并通过公式计算出天线系统的相关性系数。

图3表示的串联等效电路模型，为方便计算，假设第一天线和第二天线完全相同，则第一天线的损耗电阻r_1,loss与第二天线的损耗电阻r_2,loss均为r_loss，第一天线的辐射电阻r_1,rad和第二天线的辐射电阻r_2,rad均为r_rad，辐射效率测量时第一天线所在电路接入负载Z_L1和第二天线所在电路接入负载Z_L2均为Z_L。然后定义参数其中，Z₁₂和Z₂₁为第一天线和第二天线之间的互阻抗，确定损耗电阻矩阵的步骤具体如下：

1)当被看作单端口网络时，多天线系统的辐射效率可以表示为下式的形式：

2)当被看作两端口网络时，多天线系统的辐射效率可以表示为下式的形式：

3)将参数带入(1)和(2)中η_1,rad和η′_1,rad的表达式，计算出

4)第一天线的损耗电阻矩阵用ABCD矩阵的形式可以表示为第一天线的损耗电阻矩阵用ABCD矩阵的形式可以表示为

图4表示的并联等效电路模型，因为步骤与串联等效电路的求解过程类似，在此不做详细描述，仅给出结果。其中，第一天线的损耗电导矩阵用ABCD矩阵的形式可以表示为第一天线的损耗电阻矩阵用ABCD矩阵的形式可以表示为

本领域人员应当知悉的是，关于等效电路的建立、公式的计算过程以及矩阵的构建并不局限于以上步骤所描述的情况，能够得出损耗矩阵的其他方式都包括本发明所要保护的范围之内。

S103，基于有损散射矩阵以及损耗矩阵计算出无损散射矩阵后，根据无损散射矩阵和预设的相关性系数公式计算出多天线系统的相关性系数。

需要说明的是，步骤S103包括：

1)基于有损散射矩阵以及损耗矩阵计算出无损散射矩阵，有损散射矩阵为第一天线的损耗电阻矩阵、损耗电导矩阵与第二天线的损耗电阻矩阵依次相乘的结果，或者，所述有损散射矩阵为第一天线的损耗电导矩阵、损耗电导矩阵与第二天线的损耗电导矩阵依次相乘的结果。用公式表示为[S]_ABCD＝[L₁]_ABCD·[S']_ABCD·[L₂]_ABCD，其中，[S]_ABCD为有损散射矩阵，其通过测量出各天线的散射参数后构建而成，[S’]_ABCD为损耗电导矩阵或损耗电导矩阵。

[L₁]_ABCD为第一天线的损耗电阻矩阵或第一天线的损耗电导矩阵，[L₁₂]_ABCD为第二天线的损耗电阻矩阵或第二天线的损耗电导矩阵。

2)根据无损散射矩阵和预设的相关性系数公式计算出多天线系统的相关性系数，用公式表示为

本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例提供的多天线系统相关性系数的计算方法，首先通过测量各天线的散射参数与天线效率，构建多天线系统的有损散射矩阵以及损耗电阻矩阵或损耗电导矩阵，然后计算出无损散射矩阵后，根据预设的相关性系数公式计算出多天线系统的相关性系数。与现有技术中的相关性系数简化计算方法相比，本发明将天线的金属损耗和介质损耗纳入计算方法内，计算参数选择多元化，有效提升了计算精度，计算的适用范围也更为广泛，还能够计算出准确数值，从而避免现有技术中只计算数值范围造成的估值误差，同时还降低了计算成本，节省了计算时间，提高了简化计算的可实施性。

需要说明的是，本发明实施例中所涉及的终端可以包括但不限于个人计算机(Personal Computer，PC)、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、无线手持设备、平板电脑(Tablet Computer)、手机、MP3播放器、MP4播放器等。

需要说明的是，S101～S103的执行主体可以为多天线系统相关性系数的计算装置，该装置可以位于本地终端的应用，或者还可以为位于本地终端的应用中的插件或软件开发工具包(Software Development Kit，SDK)等功能单元，本发明实施例对此不进行特别限定。

可以理解的是，所述应用可以是安装在终端上的应用程序(nativeApp)，或者还可以是终端上的浏览器的一个网页程序(webApp)，本发明实施例对此不进行限定。

实施例二

基于实施例一的多天线系统相关性系数的计算方法，本实施例提供了一种两单元印刷偶极子天线系统相关性系数的计算方法。其中，天线之间的间距为7mm，天线工作的中心频率是2.15GHz，偶极子天线印刷于介电常数为4.2的有损介质上，偶极子的材料为电导率为5.8×10⁷的铜箔上，两天线在仿真种的隔离为4dB，天线的尺寸为：W＝40mm,L＝100mm,h＝2mm,L_d＝44mm。相关性系数计算的具体步骤如下：

1)分别测出两个天线的散射参数和天线效率。其中，S₁₁＝S₂₂＝-0.28+j0.11,S₂₁＝S₁₂＝0.53-j0.34,η_1,tot＝η_2,tot＝46.1％，负载匹配选择为Z_L＝50Ω；

2)构建的有损散射矩阵为

3)通过串联等效电路模型得出第一天线的损耗电阻r_1,loss与第二天线的损耗电阻r_2,loss为1.23Ω，构建的损耗电阻矩阵为

4)根据公式[S]_ABCD＝[L₁]_ABCD·[S']_ABCD·[L₂]_ABCD，计算出无损散射矩阵为然后通过相关性系数计算公式计算得到在2.15GHz处的相关性系数为0.08。

图5为该多天线系统使用不同方法计算的的相关性系数在整个频带内的对比图，其中，线1为通过矢量网络分析仪测量天线的散射系数计算出的相关性系数图线，线2为通过测量每个天线的复方向图来计算出的相关性系数图线，线3为通过本发明实施例中方法计算出的相关性系数图线，线4为通过测量天线的辐射效率来计算出相关性系数的上限的方法估计出的相关性系数图线。从图5中可以明显看出，通过本发明实施例中方法简化计算出的相关性系数与线2计算的值最为接近。

实施例三

基于实施例一的多天线系统相关性系数的计算方法，本实施例提供了一种两单元贴片天线系统相关性系数的计算方法。其中，天线之间的间距为10mm，天线工作的中心频率是2.45GHz，贴片天线置于介电常数为4.2，损耗角正切值位0.02的FR4基板上，贴片的材料为电导率为5.8×10⁷的铜箔上，两天线在仿真种的隔离为6.5dB，天线的尺寸为：W＝20mm,L＝41.6mm,h＝3mm,L_d＝10mm。相关性系数计算的具体步骤如下：

1)分别测出两个天线的散射参数和天线效率。其中，S₁₁＝S₂₂＝0.1439-j0.4094,S₂₁＝S₁₂＝-0.0500+j0.4366,η_1,tot＝η_2,tot＝46％，负载匹配选择为Z_L＝50Ω；

2)构建的有损散射矩阵为

3)通过并联等效电路模型得出第一天线的损耗电阻g_1,loss与第二天线的损耗电阻g_2,loss为0.2S，构建的损耗电阻矩阵为

4)根据公式[S]_ABCD＝[L₁]_ABCD·[S']_ABCD·[L₂]_ABCD，计算出无损散射矩阵为然后通过相关性系数计算公式计算得到在2.15GHz处的相关性系数为0.5。

图6为该多天线系统使用不同方法计算的的相关性系数在整个频带内的对比图，其中，线1为通过矢量网络分析仪测量天线的散射系数计算出的相关性系数图线，线2为通过测量每个天线的复方向图来计算出的相关性系数图线，线3为通过本发明实施例中方法计算出的相关性系数图线，线4为通过测量天线的辐射效率来计算出相关性系数的上限的方法估计出的相关性系数图线。从图5中可以明显看出，通过本发明实施例中方法简化计算出的相关性系数与线2计算的值最为接近。

实施例四

基于上述实施例一所提供的多天线系统相关性系数的计算方法，本发明实施例进一步给出实现上述方法实施例中各步骤及方法的装置实施例。

请参考图7，其为本发明实施例所提供的多天线系统相关性系数的计算装置设备的功能方块图。如图7所示，该装置包括：

测量模块710，用于测量各天线的散射参数与天线效率；

构建模块720，用于根据各天线的散射参数构建多天线系统的有损散射矩阵，以及，用于根据各天线的天线效率确定多天线系统的损耗矩阵；

计算模块730，用于基于所述有损散射矩阵以及损耗矩阵计算出无损散射矩阵后，根据无损散射矩阵和预设的相关性系数公式计算出多天线系统的相关性系数。

在一个具体的实现过程中，构建模块具体用于：

构建多天线系统的等效电路模型确定多天线系统的损耗电阻矩阵或损耗电导矩阵。

在一个具体的实现过程中，构建模块具体用于：

分别计算出各天线作为单端口网络和两端口网络时的辐射效率；

当等效电路模型为串联等效电路模型时，根据单端口网络和两端口网络时的辐射效率确定出多天线系统的损耗电阻矩阵；或者，当等效电路模型为并联等效电路模型时，根据单端口网络和两端口网络时的辐射效率确定出多天线系统的损耗电导矩阵。

需要说明的是，在测量当前天线的散射参数与天线效率时，负载需接入其他天线所在电路。

需要说明的是，所述有损散射矩阵为第一天线的损耗电阻矩阵、损耗电导矩阵与第二天线的损耗电阻矩阵依次相乘的结果，或者，所述有损散射矩阵为第一天线的损耗电导矩阵、损耗电导矩阵与第二天线的损耗电导矩阵依次相乘的结果。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的多天线系统相关性系数的计算装置，首先，测量模块测量出各天线的散射参数与天线效率；然后，构建模块根据各天线的散射参数构建多天线系统的有损散射矩阵，以及，构建模块根据各天线的天线效率确定多天线系统的损耗矩阵经；从而，计算模块基于有损散射矩阵以及损耗矩阵计算出无损散射矩阵后，根据无损散射矩阵和预设的相关性系数公式计算出多天线系统的相关性系数。与现有技术中的相关性系数简化计算装置相比，本发明计算装置在计算时考虑天线的金属损耗和介质损耗，计算参数选择多元化，有效提升了计算精度，计算的适用范围也更为广泛，还能够计算出准确数值，从而避免现有技术中只计算数值范围造成的估值误差，同时还降低了计算成本，节省了计算时间，提高了简化计算的可实施性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。