专利名称：一种高效定向无线通信方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，主要涉及一种新的波束成形发射机结构和定向无线通信实施步骤。
现有技术(I) OFDM制式超宽带系统峰均比问题背景简述超宽带无线通信技术可根据其技术特点划分为两种制式，一种是基于脉冲制式的超宽带无线通信技术，由于种种原因，目前仅应用于某些特殊行业领域，如物流行业中的超宽带射频识别标签技术；另一种是基于OFDM (Orthogonal FrequencyDivisionMultiplexing)制式的超宽带无线通信技术，该制式应用较为广泛，如在IEEE802.lla/b/e/g中均定义了 OFDM物理层，LTE-Advanced也应用了基于OFDM制式的超宽带无线通信技术。因其在移动通信和其他多种行业领域中的应用广泛，基于OFDM制式的超宽带无线通信技术业已成为了最主要技术演进基础，也是各种技术研究项目的重点研究对象。现有基于OFDM制式的超宽带无线通信系统主要有两大技术难题，一个是频率偏移问题；另一个则是峰均比(Peak-to-Average Power Rat io, PAR)问题。频率偏移主要因收/发射机高速移动引起，造成的影响是载波间干扰(Inter-Carrierinterference, ICI),载波间干扰可以使OFDM系统子载波失去正交性，从而降低通信质量。目前，主要以统计方法改善频率偏移影响。峰均比问题主要是因OFDM制式超宽带无线通信技术中调制信号是由多个子载波的调制信号加和而成，因此，发射机所发射的信号包络不但不恒定，而且在一个相对较大的范围内波动。为保证所发送的高峰均比信号质量，系统必须具有较宽的线性范围。但是，线性度的提升使得功率放大器(Power Amplifier，PA)的效率降低。通常的OFDM系统采用效率较低的A类(Class A)功放来实现线性度的要求。目前，解决高阶调制(高峰均比)信号系统(OFDM系统)中线性度与效率之间的矛盾可行的技术可以采用新的发射机结构实现，主要有以下几种:(a)采用预失真和Doherty功放结合的形式；(b)包络跟踪技术(Envelope Tracking, ET)；(c)包络删除与恢复技术(Envelope Elimination and Restoration, EER),又称极坐标发射机结构(Polar Transmitter)；(d)使用非线性器件的线性发射机(Linearization Implemented withNonlinearComponent, LINC),该种结构又称为反相放大器结构(OutphasingAmplifiication)。Outphasing结构将调制信号的幅度信息通过数学变换转换为相位性信息，根据三角函数的特性生成两路对偶、等幅的恒包络信号，两路信号峰均比低分别通过非线性的高效功率放大器，再通过功率合成为原始信号。这种方法在保证发射机线性度的条件下有效地提高发射机的效率，但是由于最终信号合成要在片上或者板级的功率合成网络(如Wilkinson合成器)完成，因此会引入一定的输出功率损耗和信号失真。 (2)定向无线通信问题背景简述定向无线通信技术可以有效地提高通信保密性，而且可以利用定向特性实现更多的特殊应用。具有定向特性的无线通信技术目前主要体现在空分复用(SpaceDivisionMultiplexing, SDM)技术和波束成形技术(Beamforming)上，普遍采用智能天线技术，一般采用一定几何形式的天线阵列，发送时通过数字基带算法对特定方向的天线增益进行加强或者削弱，从而只与特定范围内的目标发送信息。接收时一般也会采用一定几何形式的天线阵列接收发射机信号，并且采用统计分析算法进行到达角(DirectionOfArrival1DOA)估计，从而将特定目标的信号从背景噪声和其他方向的信号中分离出来，这一过程也称为波束成形技术。目前，比较成熟的算法有子空间分解算法等。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效定向无线通信方法，在考虑无线通信系统的定向特性需求的前提下，解决基于OFDM制式的无线通信系统高峰均比的技术问题。为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案。一种高效定向无线通信方法，通过控制发射信号的相位，使得两个天线单元发出的信号在空间中特定位置处，能够正确叠加合成为原始信号，而其他方位的合成造成信号失真，不能回复出原始信号，进而形成了一种定向的无线通信链路；其实施步骤如下:(I)将高阶调制信号中的幅度信息转化为相角信息；(2)估计目 标接收端相对发射端的方位角；(3)计算相位补偿值；(4)发射端发送信息；(5)发射端接收反馈信息，如果反馈且发送结束，进入步骤(6)，如果反馈但发送尚未结束或者没有反馈，则返回步骤(2);(6)结束。所述高阶调制信号是由基带信号处理模块完成对峰均比高的信号的恒包络分解以及相位补偿功能，再由上变频模块采用正交上变频结构直接上变频到发射载波频率，经驱动放大器使得馈入高效非线性功率放大器的信号功率保持一定水平，由天线发射出去。所述两个天线单元为双天线发射机，与单天线接收机的布局具有如下几何关系，
权利要求
1.一种高效定向无线通信方法，通过控制发射信号的相位，使得两个天线单元发出的信号在空间中特定位置处，能够正确叠加合成为原始信号，而其他方位的合成造成信号失真，不能恢复出原始信号，进而形成了一种定向的无线通信链路；其实施步骤如下: (1)将高阶调制信号中的幅度信息转化为相角信息； (2)估计目标接收端相对发射端的方位角； (3)计算相位补偿值； (4)发射端发送信息； (5)发射端接收反馈信息，如果反馈且发送结束，进入步骤(6)，如果反馈但发送尚未结束或者没有反馈，则返回步骤(2); (6)结束。
2.根据权利要求1所述的一种高效定向无线通信方法，所述高阶调制信号是由基带信号处理模块完成对峰均比高的信号的恒包络分解以及相位补偿功能，再由上变频模块采用正交上变频结构直接上变频到发射载波频率，经驱动放大器使得馈入高效非线性功率放大器的信号功率保持一定水平，由天线发射出去。
3.根据权利要求1所述的一种高效定向无线通信方法，所述两个天线单元为双天线发射机，与单天线接收机的布局具有如下几何关系，
4.根据权利要求1所述的一种高效定向无线通信方法，所述计算相位补偿值的步骤如下:
全文摘要
本发明公开了一种高效定向无线通信方法，通过控制发射信号的相位，使得两个天线单元发出的信号在空间中特定位置处，能够正确叠加合成为原始信号，而其他方位的合成造成信号失真，不能恢复出原始信号，进而形成了一种定向的无线通信链路。本发明可在考虑无线通信系统的定向特性需求的前提下，解决基于OFDM制式的无线通信系统高峰均比与功率放大器线性化的技术问题。
文档编号H04B7/06GK103078820SQ20121047734
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者宋向辉, 王笑京, 李南, 刘楠, 杜磊 申请人:交通运输部公路科学研究所