专利名称：重建天线三维矢量方向图的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，更具体地，涉及一种重建天线三维矢量方向图的方法和装置。
背景技术：
随着我国3G牌照的发放，目前3G及其B3G/4G技术发展迅速，它们与前面的移动 通信技术都有一个共同的特点，就是都具有更高的信道容量要求。所以，如何提高信道容量 就成了研究的关键点。但由于无线电频带资源始终有限，再加上调制解调等基础理论至今 未有重大变革性的突破，因此诸如ΜΙΜ0(多入多出)、SA(智能天线)等能够有效提高信道 容量的技术得到广泛和深入的研究。众所周知，信道建模和仿真以及产品性能指标测试评价是产业链上非常重要的一 环。而这两方面的工作都首先依赖于信道模型的表示。在前面所述这些研究领域，已经把 传统的无线信道建模不包含天线的模式打破，在建模和仿真的时候充分考虑通信双方的天 线三维方向图及即时姿态。鉴于此，导致对天线最重要的特征之一的三维矢量方向图提出 了一种新的表示方法。该新方法能有满足现有信道仿真和产品性能测试评价要求，并且大 幅度的压缩了数据量，有效简化了模型。
发明内容
为了简化模型，减少数据量，本发明提出了一种重建简化的天线三维矢量方向图 的方法包括以下步骤获取天线的三维矢量方向图y(v)；对y(v)进行傅立叶变换，得到 函数Υ(ω)；根据实际系统要求，对含有M个数据的Υ(ω)进行滤波，保留其中N个数据 (N小于Μ)，其他频点上的值置零，即用N个非零数据和(M-N)个零代替原先的M个数据的 Y (ω)，达到用较少数据表示方向图的目的；以及对经滤波的Y (ω)进行反傅立叶变换，得 到新的三维矢量方向图y’ (ν).其中，还包括以下步骤确定天线所应用的通信系统对天线方向图的要求的最小 增益门限，其中，当y’ (ν)的最小值未处于最小增益门限附近时，对滤波的频宽进行调整并 重新对y(v)进行滤波和反傅立叶变换，直至y’ (ν)的最小值处于最小增益门限附近。其中，建立天线的三维矢量方向图y(v)的步骤包括获取y(v)中的M个采样数 据，其中，M为大于零的整数。其中，对y (ν)进行傅立叶变换，得到函数Υ( ω)的步骤包括得到Υ( ω)中的M个 变换域数据。其中，对Υ(ω)进行滤波的步骤包括对M个变换域数据进行取模运算，并对取模 运算结果排序；从取模运算结果中找到最大的前N个值。然后将Υ(ω)中与N个最大值对 应的数据保留不变，将其他值置零，以得到具有N个非零值的新变换域数组，其中，N是大于 零小于M的整数。这里，由于傅立叶变换的特性，M个变换域数据存在对称关系，即当M为 奇数时，除中间值外其余数据均成对出现，每对数据的模相等，而当M为偶数时，所有数据
4均成对出现，每对数据的模相等。所以，对应于M为偶数的情况，前N个取模运算结果数据 可以是前业个数据(k为整数)；而对应于M为奇数的情况，前N个取模运算结果数据有可 能是前业+1个数据(这里对应于中间值为最大值的情况)，也有可能是前业个数据(这里 对应于中间值不是最大值的情况)。其中，所述的对滤波的频宽进行调整包括当r (ν)的最小值大于最小增益门限 时，使N增加预定数值，当y’ (ν)的最小值小于最小增益门限时，使N减小预定数值。其中，y(v)是基于天线的物理结构和材料特性仿真得到的，或者是通过实验测量 得到的。此外，本发明还提出了一种重建简化的天线三维矢量方向图的装置，包括函数建 立模块，用于建立天线的三维矢量方向图y(v)；傅立叶变换模块，用于对y(V)进行傅立叶 变换，得到函数Υ(ω)；滤波模块，用于对γ(ω)进行滤波；以及反傅立叶变换模块，用于对 经滤波的γ(ω)进行反傅立叶变换，得到新的三维矢量方向图y’(ν)。其中，还包括最小增益门限确定单元，用于确定天线所应用的通信系统的最小增 益门限，其中，当y’ (ν)的最小值未处于最小增益门限附近时，对滤波的频宽进行调整并重 新对y(v)进行滤波和反傅立叶变换，直至y’ (ν)的最小值处于最小增益门限附近。其中，函数建立模块包括仿真模块，用于基于天线的物理结构和材料特性仿真得 到y(v)；或者试验模块，用于通过实验测量得到y (ν)。通过实施本发明，此天线的三位矢量方向图即可以用2N个数据表示，且表示的结 果能够满足工程实际和仿真的要求。使用者可以用这2N个数据进行反傅立叶变换获得任 意空间角上的矢量信息，进行仿真、测量等等工作。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中图1为实施例某天线的结构示意图；图2为某天线在微波暗室中测试的方向图的空间角电场分量(Φ =0，θ e (-π,
+ 沉))；图3为图2方向图经过傅立叶变换以后的图形；图4为经过本发明方法(保留10个非零数据)处理后的结果图示；图5为经过本发明方法(保留20个非零数据)处理后的结果图示；以及图6示出了本发明的方法的流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。步骤1，获取所要使用的天线的三维矢量方向图y (V)，其中y为复数取值，表示天 线接收到(或者发送的)某一确定频率的电磁波信号的幅度和相位，自变量ν为三维空间 方位矢量，在直角坐标系下可分解为(Θ，Φ，γ)三个分量。其中θ为空间角，φ为方位角，Y为测试点到天线中心的直径距离。而对于远场方向图，都是在某一确定(Y)下测试 的，因此最终简化为只关注(Θ，Φ)两个变量。得到具体某一天线的三维矢量方向图y的 具体数据，一般通过两种方法得到。第一、通过天线的物理结构和材料特性，由专业的电磁 场仿真工具仿真得到其三维矢量方向图。第二、如果已有天线成品，则到微波暗室进行测 量，得到其三维矢量方向图。步骤2，对y(v)进行二维傅立叶变换得到Y ( ω )，Y ( ω )与y (ν)具有同样数量的 数据。例如，y(v)为具有M(大于零的自然数)个元素的数组，则Υ(ω)也同样具有M个元 素的数组。步骤3，确定此天线的最小增益门限，根据天线应用场景对增益波动的要求来确定 此天线方向图的最小增益门限。即确定好天线三维矢量方向图的最小增益门限SNR_min。步骤4，将Y ( ω )数组的元素全部进行取模运算，然后将取模运算后的元素从大到 小排序。步骤5，从排序后的数组中选取最大的前N(大于0小于M的自然数)个值，对应N 个角频率Co1，ω2，ω3，ω4，…ω Ν，将此Y ( ω )数组中与ω ω 2，ω 3，ω 4，".ωΝ相对应 的N个复数保留不动，将其它所有值置零，得到新数组Ζ(ω)，即Ζ(ω) =0，当ω兴(ω” ω2，ω3, ω4, ...ωΝ)，Ζ(ω) =γ(ω)，当 ω = (ω” ω2, ω3, ω4, ...ωΝ)。步骤6，将Z ( ω )进行反傅立叶变换，得到y1 (ν)。步骤7，计算y1 (ν)的最小值是否在SNRjnin附近，如果y1 (ν)的最小值在SNRjnin 上下R(R是根据具体的精度要求而制定的)db范围以内，则到步骤9，否则带条件回到步骤 5 如果Y1(V)的最小值大于SNR_min+R则将取非零数值的个数N增加1，然后回到步骤5， 如果Y1(V)的最小值小于于SNR_min-R则将取非零数值的个数N减少1，然后回到步骤5， 如此循环直到满足Y1(V)的最小值在SNRjnin上下Rdb的范围以内，然后接后续步骤。步骤8，至此，此天线的三位矢量方向图即可以用2N个数据表示，且表示的结果能 够满足工程实际和仿真的要求。使用者可以用这2N个数据进行反傅立叶变换获得任意空 间角上的矢量信息，进行仿真、测量等等工作。具体地，可以通过如下实施例来解释。步骤Al，对于一实际如图1所示的天线，到微波暗室进行测试，在1. IGhz的频点 测得到所要使用的天线的三维矢量方向图。不失一般意义，这里仅取其中的电场分量在空 间角坐标上的分布做示例代表，空间角电场分量e( θ )共181个数据(e的含义代表电场， Φ = 0, θ e (-π，+π )，其中对于θ，每隔2°采集一个数据，加上中间0度，因此共181 个)。步骤Α2，对e(9)进行维傅立叶变换得到Ε(ω)，Ε(ω)与e(9)具有同样数量的 数据。例如，e(e)为具有181个元素的数组，则Ε(ω)也同样具有181个元素的数组。步骤A3，确定此天线的最小增益门限，由于我们天线应用在home NodeB场景下， 其增益波动20db即可以表征天线到达波的方向性了，因此确定此天线方向图的最小增益 门限为-20db。即确定好天线三维矢量方向图的最小增益门限SNRjnin为-20db。此系统 为定向测定系统，要求精度在Idb范围。步骤A4，将Ε(ω)数组取模运算，然后从大到小排序。步骤Α5，从排序后的数组中选取最大的10个值，正好在这个例子的情况下，前面5个正好是最大的，将Ε(ω)中前面这5个值和最后倒数5个值保留(这是由于傅立叶变换的 对称性决定的)，其余171个值全部置零。这里，由于傅立叶变换的特性，M个变换域数据存 在对称关系，即当M为奇数时，除中间值外其余数据均成对出现，每对数据的模相等，而当M 为偶数时，所有数据均成对出现，每对数据的模相等。所以，对应于M为偶数的情况，前N个 取模运算结果数据可以是前业个数据(k为整数)；而对应于M为奇数的情况，前N个取模 运算结果数据有可能是前业+1个数据(这里对应于中间值为最大值的情况)，也有可能是 前2k个数据(这里对应于中间值不是最大值的情况)。步骤A6，将E (ω)进行反傅立叶变换，得到e1 ( θ )。步骤Α7，计算e1 ( θ )的最小值是否在_20db附近，计算结果满足要求。步骤A8，至此，此天线的三位矢量方向图即可以用5的2倍个数据表示，且表示的 结果能够满足工程实际和仿真的要求。以上过程配图描述如下，如图2所示，图2即为某天 线在微波暗室中测试的方向图的空间角电场分量的曲线图，共181个数据。从图中可以直 观看出存在小于_20db两个尖峰。图3为此方向图经过傅立叶变换以后的图形。经过前述 步骤的处理以后，得到图4所示的结果，可以直观看出其最小值在-20db上下Idb的范围 内。此时，原先需要181个数据表示的三维矢量方向图，只用10个数据即可以在满足要求 的情况下表示此天线的三位矢量方向图。不失一般意义，用户也可以根据实际要求，在保留傅立叶变换数量和最终表示的 天线矢量方向图的精度方面做自由的折中。对于以上的这个实施例子，我们在保留20个数 据的情况下得到图5的结果，从图上可以直观看出，其表达的细节能力增强很多，是以增加 了 1倍的数据量为代价的。最后，图6示出了本发明的方法的流程图。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种重建天线三维矢量方向图的方法，其特征在于，包括以下步骤 获取天线的三维矢量方向图y (ν)；对y(v)进行傅立叶变换，得到函数Υ(ω)；根据实际系统要求，对含有M个数据的所述Y (ω)进行滤波，保留其中N个数据，其他 频点上的值置零，其中，N小于M ；以及对经滤波的Υ(ω)进行反傅立叶变换，得到新的三维矢量方向图y’(ν)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤确定所述天线所应用的通信系统对天线方向图的要求的最小增益门限， 其中，当所述y’ (ν)的最小值未处于所述最小增益门限附近时，对所述滤波的频宽进 行调整并重新对所述y (ν)进行滤波和反傅立叶变换，直至所述y’ (ν)的最小值处于所述最 小增益门限附近。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，获取天线的三维矢量方向图y(v)的 步骤包括确定y(v)中的M个采样数据， 其中，M为大于零的整数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对y(ν)进行傅立叶变换，得到函数Υ(ω) 的步骤包括得到Υ(ω)中的M个变换域数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述Υ(ω)进行滤波的步骤包括 对所述M个变换域数据进行取模运算，并对取模运算结果排序；从所述取模运算结果中选取最大的前N个值，将其他值置零，其中，N是大于零小于M的 整数。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述的对所述滤波的频宽进行调整 包括当所述y’ (ν)的最小值大于所述最小增益门限时，使N增加预定数值，当所述y’ (ν) 的最小值小于最小增益门限时，使N减小预定数值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述y(ν)是基于所述天线的物理结构和 材料特性仿真得到的，或者是通过实验测量得到的。
8.一种重建天线三维矢量方向图的装置，其特征在于，包括 函数建立模块，用于建立天线的三维矢量方向图y(v)；傅立叶变换模块，用于对y (ν)进行傅立叶变换，得到函数Υ(ω)； 滤波模块，用于对所述Υ(ω)进行滤波；以及反傅立叶变换模块，用于对经滤波的Υ(ω)进行反傅立叶变换，得到新的三维矢量方 向图y’(V)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括最小增益门限确定单元，用于确定所述天线所应用的通信系统的最小增益门限， 其中，当所述y’ (ν)的最小值未处于所述最小增益门限附近时，对所述滤波的频宽进 行调整并重新对所述y (ν)进行滤波和反傅立叶变换，直至所述y’ (ν)的最小值处于所述最 小增益门限附近。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述函数建立模块包括 仿真模块，用于基于所述天线的物理结构和材料特性仿真得到所述y(ν)；或者 试验模块，用于通过实验测量得到所述y (ν)。
全文摘要
为了简化模型，减少数据量，本发明提出了一种重建天线三维矢量方向图的方法，包括以下步骤获取天线的三维矢量方向图y(v)；对y(v)进行傅立叶变换，得到函数Y(ω)；根据实际系统要求，对含有M个数据的Y(ω)进行滤波，保留其中N个数据(N小于M)，其他频点上的值置零，即用N个非零数据和(M-N)个零代替原先的M个数据的Y(ω)，达到用较少数据表示方向图的目的；以及对经滤波的Y(ω)进行反傅立叶变换，得到新的三维矢量方向图y’(v)。
文档编号H01Q1/24GK102075956SQ20091022365
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者彭宏利, 黄旭 申请人:中兴通讯股份有限公司