一种天线轴校准装置及方法

文档序号:9508258阅读:488来源:国知局
一种天线轴校准装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术,特别涉及一种天线轴校准装置及进行天线的轴校准时 对校准天线阵的平移和旋转方法。
【背景技术】
[0002] 均匀圆形天线阵(Uniform Circular Array, UCA)是一种新兴的智能天线阵。阵 列中的各个天线阵子具有相同的极化。图1显示了一种具有8个天线阵子的UCA。如图1 所示,8个天线阵子均匀的分布在一个圆上,无线通信系统在每个天线阵子上馈入的信号分 别为其中,S为待发送的符号;1为轨道角动量(0ΑΜ)模式;m为天线编号,对于具 有8个天线阵子的UCA来讲m e [0, 7]。如此,UCA就可以输出0ΑΜ波束。
[0003] 矩阵论和多天线通信技术告诉我们,以自由空间传输为例,只有当一对UCA共轴 的时候,也即两个UCA的轴线重合时,两个UCA之间的信道矩阵才可以表征为一个循环的托 普利茨矩阵。此时,0ΑΜ传输为多天线信道的特征模式传输,能够最大化信道容量。因此, 如何完成两个UCA之间的轴校准是目前无线通信系统使用UCA进行0ΑΜ传输时需要解决的 关键问题之一。

【发明内容】

[0004] 为了解决上述问题,本发明的实施例提供了一种天线轴校准装置。
[0005] 本发明实施例所述的天线轴校准装置包括:
[0006] 校准天线阵,包括N个天线阵子,用于将N个天线阵子接收的模拟信号进行放大, 并转换为N个数字信号;
[0007] 数字信号处理器,用于接收来自校准天线阵的N个数字信号,根据所述N个数字信 号确定所述N个天线阵子当前所处位置的电场强度;
[0008] 天线阵调整控制单元,用于根据所述N个天线阵子当前所处位置的电场强度确定 所述校准天线阵的平移方向及平移位移和/或旋转方向,并根据确定的所述校准天线阵的 平移方向及平移位移和/或旋转方向控制所述校准天线阵的平移和/或旋转;以及
[0009] 轴向确定单元,用于根据所述平移和/或旋转后的校准天线阵确定发射天线的轴 向。
[0010] 其中,校准天线阵中的N个天线阵子排列为两个均匀圆形天线阵UCA;作为发射天 线的UCA当前使用的0ΑΜ模式为0 ;
[0011] 此时,天线阵调整控制单元包括:
[0012] 初始化模块,用于在进行轴校准之前初始化平移步长;
[0013] 平移方向确定模块,用于在轴校准过程中,对所述校准天线阵中的两个UCA分别 执行:确定所述UCA上电场强度最大的天线阵子的位置,并确定所述UCA的平移方向为所述 UCA的圆心到所述UCA上电场强度最大的天线阵子的方向;
[0014] 平移步长调整模块,用于在轴校准过程中,对所述校准天线阵中的两个UCA分别 执行:针对所述UCA计算本次平移方向和上次平移方向的夹角,如果该夹角超过90度,则减 小所述UCA对应的平移步长;否则,保持所述UCA对应的平移步长不变;以及
[0015] 平移模块,用于在轴校准过程中,对所述校准天线阵中的两个UCA分别执行:判断 所述UCA对应的平移步长是否小于预先确定的校准精度,如果是,则对于所述UCA的平移终 止;如果所述UCA对应的平移步长大于或等于预先确定的校准精度,则控制所述UCA按照本 次平移方向平移,平移的位移为所述UCA对应的平移步长。
[0016] 若校准天线阵中的N个天线阵子排列为两个均匀圆形天线阵UCA ;作为发射天线 的UCA当前使用的0ΑΜ模式不为0 ;
[0017] 此时,天线阵调整控制单元包括:
[0018] 初始化模块,用于在进行轴校准之前初始化平移步长;
[0019] 平移方向确定模块,用于在轴校准过程中,对所述校准天线阵中的两个UCA分别 执行:确定所述UCA上电场强度最小的天线阵子的位置,并确定所述UCA的平移方向为所述 UCA的圆心到所述UCA上电场强度最小的天线阵子的方向;
[0020] 平移步长调整模块,用于在轴校准过程中,对所述校准天线阵中的两个UCA分别 执行:针对所述UCA计算本次平移方向和上次平移方向的夹角,如果该夹角超过90度,则减 小所述UCA对应的平移步长;否则,保持所述UCA对应的平移步长不变;以及
[0021] 平移模块,用于在轴校准过程中,对所述校准天线阵中的两个UCA分别执行:判断 所述UCA对应的平移步长是否小于预先确定的校准精度,如果是,则对于所述UCA的平移终 止;如果所述UCA对应的平移步长大于或等于预先确定的校准精度,则控制所述UCA按照本 次平移方向平移,平移的位移为所述UCA对应的平移步长。
[0022] 其中,轴向确定单元确定作为发射天线的UCA的轴向与所述两个UCA的圆心所确 定的直线重合。
[0023] 校准天线阵中的N个天线阵子排列为一个均匀圆形天线阵UCA ;作为发射天线的 UCA当前使用的0ΑΜ模式为0 ;
[0024] 此时天线阵调整控制单元包括:
[0025] 初始化模块,用于在进行轴校准之前初始化平移步长;
[0026] 平移方向确定模块,用于在轴校准过程中,确定所述UCA上电场强度最大的天线 阵子的位置,并确定所述UCA的平移方向为所述UCA的圆心到所述UCA上电场强度最大的 天线阵子的方向;
[0027] 平移步长调整模块,用于针对所述UCA计算本次平移方向和上次平移方向的夹 角,如果该夹角超过90度,则减小所述UCA对应的平移步长;否则,保持所述UCA对应的平 移步长不变;
[0028] 平移模块,用于判断所述UCA对应的平移步长是否小于预先确定的校准精度,如 果是,则对于所述UCA的平移终止;如果所述UCA对应的平移步长大于或等于预先确定的校 准精度,则控制所述UCA按照本次平移方向平移,平移的位移为所述UCA对应的平移步长;
[0029] 平面内旋转模块,用于找到所述UCA上电场强度最小的天线阵子&,并控制所述 UCA在其平面内以所述UCA的轴向为轴心旋转,使得上述电场强度最小的天线阵子&在当 前位置上的电场强度达到最小值;以及
[0030] 平面旋转模块,用于以所述UCA的圆心0和上述天线阵子4所确定的直线OAi为 轴控制UCA旋转,直至所述UCA上各天线阵子的电场强度中的最大值与各天线阵子的电场 强度中的最小值之差达到最小。
[0031] 校准天线阵中的N个天线阵子排列为一个均匀圆形天线阵UCA;作为发射天线的 UCA当前使用的0ΑΜ模式不为0 ;
[0032] 此时,天线阵调整控制单元包括:
[0033] 初始化模块,用于在进行轴校准之前初始化平移步长;
[0034] 平移方向确定模块,用于在轴校准过程中,确定所述UCA上电场强度最大的天线 阵子的位置,并确定所述UCA的平移方向为所述UCA的圆心到所述UCA上电场强度最小的 天线阵子的方向;
[0035] 平移步长调整模块,用于针对所述UCA计算本次平移方向和上次平移方向的夹 角,如果该夹角超过90度,则减小所述UCA对应的平移步长;否则,保持所述UCA对应的平 移步长不变;
[0036] 平移模块,用于判断所述UCA对应的平移步长是否小于预先确定的校准精度,如 果是,则对于所述UCA的平移终止;如果所述UCA对应的平移步长大于或等于预先确定的校 准精度,则控制所述UCA按照本次平移方向平移,平移的位移为所述UCA对应的平移步长;
[0037] 平面内旋转模块,用于找到所述UCA上电场强度最大的天线阵子&,并控制所述 UCA在其平面内以所述UCA的轴向为轴心旋转,使得上述电场强度最大的天线阵子&在当 前位置上的电场强度达到最大值;以及
[0038] 平面旋转模块,用于以所述UCA的圆心0和上述天线阵子&所确定的直线为 轴控制UCA旋转,直至所述UCA上各天线阵子的电场强度中的最大值与各天线阵子的电场 强度中的最小值之差达到最小。
[0039] 其中,轴向确定单元确定作为发射天线的UCA的轴向与所述校准天线阵中的UCA 的垂直轴向重合。
[0040] 校准天线阵中的N个天线阵子排列为两个多边形,满足条件:边的数量大于或等 于4 ;有两对或两对以上的边相互平行;对于每对相互平行的边,其垂直平分线之间的距离 应小于这对边长度和的一半。
[0041] 作为发射天线的UCA当前使用的0ΑΜ模式为0 ;所述天线阵调整控制单元包括:
[0042] 初始化模块,用于在进行轴校准之前初始化平移步长;
[0043] 第二平移方向确定模块,用于确定所述多边形上电场强度最大的天线阵子的位 置;如果所述多边形上电场强度最大的天线阵子的位置不为所述多边形的任何一个角,则 平移终止;否则,确定所述多边形的平移方向为所述多边形的中心到所述多边形上电场强 度最大的天线阵子的方向;以及
[0044] 第二平移模块,用于控制所述多边形按照本次平移方向平移一个平移步长。
[0045] 或者,作
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