一种基于高速移动通信的虚拟阵列天线信号产生方法
【专利摘要】本发明公开一种基于高速移动通信的虚拟阵列天线信号产生方法，其将单天线接收到的单组I、Q信号，通过移相和均匀相位间隔抽样，获得了N个阵元的虚拟阵列天线信号，然后通过对虚拟的阵列信号进行波束合成，使得通信系统在不添加硬件资源的情况下获得了阵列增益，同时也补偿了多普勒频移。本发明利于实现优化高速移动通信性能，而又不需要增加硬件负担的方法，具有高增益和高抗干扰能力的特征。
【专利说明】
-种基于高速移动通信的虚拟阵列天线信号产生方法
技术领域
[0001] 本发明设及高速移动通信技术领域，具体设及一种基于高速移动通信的虚拟阵列 天线信号产生方法。
【背景技术】
[0002] 多普勒频移现象被化ristian Johann Doppler发现于1842年，证明了只要福射源 与观测之间存在相对移动的时候，被观测信号的频率就会发生改变。对无线通信而言，多普 勒频移使得载波频率的估计产生误差，导致通信系统性能下降，例如正交频分复用(OFDM) 系统对频率偏移非常敏感。高速移动环境下多普勒频移和多普勒扩展更加显著，频率偏移 使OFDM系统子载波间的正交性遭到破坏，产生子载波间干扰（ICI)，严重影响系统的性能。 无线网络通信应用中，多普勒频移对通信速率的提高提出了严峻的挑战。
[0003] 虽然通过增加接收天线的个数能够有效降低多普勒频移对通信系统性能所产生 的影响。但是基于通信设备小型化的发展趋势，对通信设备的体积有着严格的要求，常见的 移动通信设备都只能采用单接收天线。可见，在高速移动通信中，如何能够在兼顾通信设备 体积的前提下，降低多普勒频移，是目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是现有高速移动通信中存在多普勒频移，从而使得通 信系统性能下降的问题，提供一种基于高速移动通信的虚拟阵列天线信号产生方法。
[0005] 为解决上述问题，本发明是通过W下技术方案实现的：
[0006] -种基于高速移动通信的虚拟阵列天线信号产生方法，包括步骤如下：
[0007] 步骤1、设定虚拟阵列天线阵元的个数N、相邻阵元信号的相位差ΔΦ和相邻相位点 间的相位差A Φ;
[000引步骤2、将接收天线接收到的原始信号进行采样后，输入给数字锁相环进行频率跟 踪，得到含有多普勒频移的载波信号的相同分量k(n)和正交分量Qr(n);
[0009] 步骤3、根据所得的相同分量k(n)和正交分量Qr(n)，计算出当前采样值的瞬时相 位 Φ (η):
[0010]
(1)
[0011] 步骤4、根据步骤1所设定的相邻阵元信号的相位差ΔΦ和步骤3所计算出的瞬时 相位Φ (η)，确定Ν个虚拟阵列天线信号的初始相位
[0012] 蘇=/'Δ;//十抑"），/c=U，...，W (2)
[0013] 步骤5、将初始相位始所对应的N个相同分量和正交分量作为N个虚拟阵列天线信 号的第一组抽样点；并重复W相邻相位点间的相位差A Φ为间隔，对相同分量Ir(n)和正交 分量Qr(n)持续进行均匀相位间隔抽样;所有的抽样点存入缓存，最终经过均匀时间间隔读 出，构成N阵元的虚拟阵列天线信号；
[0014] 步骤6,将所得的N阵元的虚拟阵列天线信号通过波束成形合成为一个具有阵列天 线系统增益的原始信号，提供给后续使用和处理。
[0015] 上述方案中，步骤1中，设定的相邻相位点间的相位差Δ Φ为：
[0016]
(3)
[0017]式中，Μ为设定每个周期均匀相位间隔抽取点的个数。
[0018] 与现有技术相比，本发明将单天线接收到的单组I、Q信号，通过移相和均匀相位间 隔抽样，获得了N个阵元的虚拟阵列天线信号，然后通过对虚拟的阵列信号进行波束合成， 使得通信系统在不添加硬件资源的情况下获得了阵列增益，同时也补偿了多普勒频移。本 发明利于实现优化高速移动通信性能，而又不需要增加硬件负担的方法，具有高增益和高 抗干扰能力的特征。
【附图说明】
[0019] 图1为一种基于高速移动通信的虚拟阵列天线信号产生方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020] -种基于高速移动通信的虚拟阵列天线信号产生方法，如图1所示，具体实施步骤 如下：
[0021] 步骤1、确定合适的虚拟阵列天线信号参数，设N个虚拟阵列天线阵元，相邻阵元信 号的相位差为A Φ。
[0022] 步骤2、将采样后的原始信号输入给数字锁相环忍片进行频率跟踪，得到含有多普 勒频移的载波信号的相同分量Ir(n)和正交分量Qr(n)。
[0023] 步骤3、根据所得的相同分量Ir(n)和正交分量Qr(n)，计算出瞬时相位Φ(η):
[0024]
(1)
[0025] 本步骤在实际操作时，可W预先在FPGA中将所有正交分量Qr(n)和相同分量k(n) 相除的arctg值存储在表中，之后可W根据所得的相同分量k(n)和正交分量Qr(n)，通过查 表获得瞬时相位Φ (η)。
[0026] 步骤4、根据步骤1所设定的相邻阵元信号的相位差ΔΦ和步骤3所计算出的瞬时相 位Φ (η)，确定Ν个虚拟阵列天线的信号初始相位裙
[0027] = kA ψ + φ{η), /c = 1,2,,.Λ" (2)
[002引运样，就能使姑.，始，....，據满足始-為:=.祐-挺=叛-滅=..娩V -翅ν-ι = Δι'/， 即相当于确定了均匀相位间隔抽样的初始抽样点。
[0029] 步骤5、分别对相同分量Ir(n)和正交分量Qr(n)进行均匀相位间隔抽样。
[0030] 首先，将初始相位板所对应的N个相同分量/,舶)，/,.舶)，···，/,.(φ〇ν)和正交分量 按贿)，疑姊认…:，热純f)作为N个虚拟阵列天线信号的第一组抽样点；
[0031 ]然后，W相邻相位点间的相位差Δ Φ为间隔，对相同分量Ir(n巧日正交分量化(11)进行均 匀相位间隔抽样，即相位始+Δφ所对应的N个相同分量/,.舶+Δφ)，/,.(φη2+Δφ)，…，/,,^ν+Δφ) 和正交分量公.帥。1+Δφ)，谷.帥。2+Δφ)，…，公帥。\'-+·Δφ)作为Ν个虚拟阵列天线信号的第二组 抽样点；
[0032] 重复W相邻相位点间的相位差Δ Φ为间隔，对相同分量Ir(n巧日正交分量Qt(n)进行均匀 相位间隔抽样，即相位Φ(?+";Δφ所对应的N个相同分量/坤〇1+机Δφ)，人.舶十机Δφ)，…，/,.(φ〇ν+讯Δφ) 和正交分量&姊。1-切!骑)，投烛。2+畑:Δφ)，·'·，包(φ。v+;リΔφ)作为N个虚拟阵列天线信号的第 m+1组抽样点；其中m=l，2,. . .，〇〇.
[0033] 上述所有的抽样点持续输出，并最终构成N个虚拟阵列天线信号。
[0034] 在进行实际操作时，设对每个周期均匀相位间隔抽取Μ个点，则相邻相位点间的相 位差Δ方= ^，Ν个相位增量计数器根据原始采样信号的瞬时相位Φ (η)和各自虚拟阵元的 Μ 初相位计算出相位增量与A Φ相比较相等时，触发抽取器对Ir(n)和Qr(n)进行抽样；
[0035] (5a)第一组抽样点由步骤4确定，即W始为初始相位对原始采样信号进行抽样，具 体实现由步骤3所计算出的Φ (η)与始相比较，相等时抽取第一组抽样点 /,(挺)，/,.(拓)，...，/,(撕)，公(滅），公(旅），...，公.(撕）
[0036] (5b)再次计算下一个原始采样信号的瞬时相位值Φ(η+1);
[0037] (5c)根据相邻两次采样信号的瞬时相位计算其相位差Δ = Φ (η+1)-φ (η)，并且 计算出Ν个相位增量计数器的计数值Λ' ，使能相位增量计数器开始计数且此时计数值 Δ. s/ =1，每读取一个采样值计数器计数值s^+1;
[0038] (5d)当N个计数器计数值各自达到s/=s时，对原始采样信号进行第二次抽样，得 到第二组抽样点/,.(边+Δ抑，/,.(妃+Δ巧，...，4㈱ν+Δ奶，役城+ Δ减， β (祐+ Δ辦，...，（2 (如十，并且将数据送入缓存，清零相位增量计数器；
[0039] (5e)每经过L(L的取值取决于系统精度要求和硬件的速度)个采样周期重复步骤 (5b)~(5d);
[0040] (5f)将缓存中的信号均匀时间间隔读出，即得到N个阵元的虚拟阵列天线信号：
[0041 ] /,.(挺 + "込少)，/,.(祐 +/"Δ的，...，(沁 + ":Δ約. 、
[00创终婉1 + ?μΔ汾，& (瓷+饼A汾,-----，社(托、'+ "?Δ的；
[0043]步骤6,将所得的Ν个虚拟阵列天线信号通过波束成形算法合成，从而能够获得系 统增益并提高误码性能。
【主权项】
1. 一种基于高速移动通信的虚拟阵列天线信号产生方法，其特征是，包括步骤如下： 步骤1、设定虚拟阵列天线阵元的个数N、相邻阵元信号的相位差ΔΦ和相邻相位点间的 相位差Δ φ ; 步骤2、将接收天线接收到的原始信号进行采样后，输入给数字锁相环进行频率跟踪， 得到含有多普勒频移的载波信号的相同分量Ir(n)和正交分量Qr(n); 步骤3、根据所得的相同分量Ir(n)和正交分量Qr(n)，计算出当前采样值的瞬时相位Φ (η)：(1) 步骤4、根据步骤1所设定的相邻阵元信号的相位差ΔΦ和步骤3所计算出的瞬时相位Φ (η)，确定Ν个虚拟阵列天线信号的初始相位成：⑵ 步骤5、将初始相位说所对应的Ν个相同分量和正交分量作为Ν阵元的虚拟阵列天线信 号的第一组抽样点；并重复以相邻相位点间的相位差△ Φ为间隔，对相同分量Ir(η)和正交 分量Qr(n)持续进行均匀相位间隔抽样;所有的抽样点存入缓存，最终经过均匀时间间隔读 出，构成N阵元的虚拟阵列天线信号； 步骤6,将所得的N阵元的虚拟阵列天线信号通过波束成形合成为一个具有阵列天线系 统增益的原始信号，提供给后续使用和处理。2. 根据权利要求1所述的一种基于高速移动通信的虚拟阵列天线信号产生方法，其特 征是，步骤1中，设定的相邻相位点间的相位差Α Φ为：(3) 式中，Μ为设定每个周期均匀相位间隔抽取点的个数。
【文档编号】H04B7/06GK105871433SQ201610185640
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】唐智灵, 李思敏, 周相君
【申请人】桂林电子科技大学