专利名称：一种智能天线线序检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信领域，具体而言，本发明涉及移动通信的智能天线技术领域。
背景技术：
在移动通信技术的发展中，智能天线技术已成为一个重要的研究领域。智能天线技术给移动通信系统带来的优势是目前任何技术都难以替代的。此外，在使用智能天线时也需要结合使用其它基带数字信号处理技术，如联合检测、干扰抵消等。
在无线基站中使用了智能天线技术后，将带来许多益处。基站接收到的信号是来自各天线单元和收信机所接收到的信号之和，如果采用最大功率合成算法，在不计多径传播的条件下，则总的接收信号将增加10×lgN dB，其中，N为天线单元的数量。存在多径时，此接收灵敏度的改善将视多径传播条件及上行波束赋形算法而变，其结果也将近10×1gN dB的增益。
CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)系统是一个自干扰系统，其容量的限制主要来自本系统的干扰。也就是说，降低干扰对CDMA系统极为重要，降低干扰就可以大大增加CDMA系统的容量。在CDMA系统中使用了智能天线后，就提供了将所有扩频码所提供的资源全部利用的可能性，使得CDMA系统容量增加一倍以上成为可能。对使用普通天线的无线基站，其小区的覆盖完全由天线的辐射方向确定。当然，天线的辐射方向是可能根据需要而设计的。但在现场安装后，除非更换天线，其辐射方向是不可能改变和很难调整的。但智能天线阵的辐射则完全可以用软件控制，在网络覆盖需要调整或出现新的建筑物使原覆盖改变时，均可非常简单地通过软件来优化。
目前，智能天线技术已经作为3G技术发展的主要方向之一。智能天线技术不仅可以使用在时分双工TDD系统中，也完全可以使用到频分双工FDD系统中，智能天线的广泛应用正是为我们提供了一个领先的、完善的技术平台，它在一定程度上推动了移动通信技术的发展。
智能天线具体应用在移动通信系统中，由于线缆较多，工程安装相比传统的单天线系统要复杂。例如在采用8单元阵的TD-SCDMA(Time Division-Synchronization Code Division Multiple Access，时分同步码分多址接入)系统中，天线安装过程就要连接8根天线外加一根校准电缆一共9根天线，这9根电缆同天线端口的连接顺序是固定的，而在工程中很容易由于工程安装人员的操作失误而出现连接错误的情况，如果校准电缆同其他电缆发生了，则可以在校准过程检测出现，但如果8单元中任何几根之间发生了连接错误，则无法通过校准网络检测出来。如果智能天线线序出现错序则会对网络正常工作造成不利影响，特别是会影响广播波束成型的形状，这样将严重影响网络覆盖，降低系统性能。
因此，有必要提出一种智能天线线序检测的技术方案，以解决天线安装过程中出现的智能天线线序连接出现错序的问题。
发明内容
本发明要解决的问题是提出一种智能天线线序检测方法及设备，解决天线安装过程中出现的智能天线线序连接出现错序的问题。
为达到上述目的，本发明公开了一种智能天线线序检测方法，包括以下步骤 基站通过智能天线接收终端发送的信号； 所述基站根据所述智能天线的每根天线收到的信号计算赋型权值W，计算赋型权值W的幅角向量C， 所述基站根据所述幅角向量C对每根天线的幅角c进行分析，当所述每根天线的幅角c形成等差数列时，所述智能天线线序连接正常，否则所述智能天线线序连接错误。
根据本发明的实施例，所述基站通过智能天线接收具有直射路径的所述终端发送的信号。
根据本发明的实施例，所述基站根据所述智能天线的每根天线收到的信号进行信道估计，根据信道估计结果利用EBB(EigenvalueBased Beamforming，特征向量)算法计算赋形权值W。
根据本发明的实施例，所述基站根据所述智能天线的每根天线收到的信号计算信号的空间协方差矩阵R，根据空间协方差矩阵R利用EBB算法计算赋形权值W。
根据本发明的实施例，所述基站根据所述幅角向量C对每根天线的幅角c进行分析包括 当所述智能天线的每根天线之间的距离等于0.5倍的接收信号的波长，依次对相邻的两根天线进行幅角c的差值分析，如果前一根天线比后一根天线的幅角c大于180度，则每次对后一根天线幅角c加上360度，直到两者幅角相差不大于180度为止；如果前一根天线比后一根天线的幅角c小于-180度，则每次对后一根天线幅角c减去360度，直到两者幅角相差不大于180度为止。
根据本发明的实施例，确保相邻两根天线之间的幅角c的差值小于180度之后还包括以横坐标为天线编号，纵坐标为每根天线的幅角c画点图，当天线之间的各个幅角c点位于一条直线上时，所述每根天线的幅角c形成等差数，所述智能天线线序连接正常，否则所述智能天线线序连接错误。
根据本发明的实施例，还包括 所述基站根据所述智能天线的每根天线收到的信号进行DOA估计，计算在该DOA角度下所述每根天线的幅角c。
根据本发明的实施例，DOA估计的到达角为α之后，还包括 计算在到达角为α时各个天线之间的理想相位差，β′(ka)＝cos(α)×180×(ka-1)，ka＝1...Ka； 对上述计算结果进行校正， 计算相位残差因子，
如果
则认为所述智能天线线序连接错误，否则所述智能天线线序连接正常，其中Ka为天线数目，c(ka)为相应天线的幅角，Γ为设置的判别门限。
本发明还公开了一种智能天线线序检测装置，包括 信号采集模块，所述信号采集模块用于获取通过智能天线接收终端发送的信号； 计算模块，所述计算模块用于根据所采集的信号计算智能天线的赋型权值W，并计算赋型权值W的幅角向量C， 判断模块，所述分析模块用于根据所述幅角向量C进行分析，当所述每根天线的幅角c形成等差数列时，判断所述智能天线线序连接正常，否则判断所述智能天线线序连接错误。
根据本发明的实施例，所述信号采集模块获取的信号为基站通过智能天线接收具有直射路径的所述终端发送的信号。
根据本发明的实施例，所述计算模块用于根据所采集的信号进行信道估计，根据信道估计结果利用EBB算法计算赋形权值W。
根据本发明的实施例，所述计算模块用于根据所述智能天线的每根天线收到的信号计算信号的空间协方差矩阵R，根据空间协方差矩阵R利用EBB算法计算赋形权值W。
根据本发明的实施例，所述判断模块对所述每根天线的幅角c进行分析包括 当所述智能天线的每根天线之间的距离等于0.5倍的接收信号的波长，依次对相邻的两根天线进行幅角c的差值分析，如果前一根天线比后一根天线的幅角c大于180度，则每次对后一根天线幅角c加上360度，直到两者幅角相差不大于180度为止；如果前一根天线比后一根天线的幅角c小于-180度，则每次对后一根天线幅角c减去360度，直到两者幅角相差不大于180度为止。
根据本发明的实施例，所述判断模块以横坐标为天线编号，以纵坐标为每根天线的幅角c画点图，当天线之间的各个幅角c点位于一条直线上时，所述判断模块判断所述每根天线的幅角c形成等差数，所述智能天线线序连接正常，否则所述智能天线线序连接错误。
根据本发明的实施例，所述计算模块还包括DOA计算模块，所述DOA计算模块用于计算所述智能天线收到信号的到达角α，且所述DOA计算模块用于计算在到达角为α时各个天线之间的理想相位差，β′(ka)＝cos(α)×180×(ka-1)，ka＝1...Ka；并对上述计算结果进行校正，
进一步计算相位残差因子，
如果
则认为所述智能天线线序连接错误，否则所述智能天线线序连接正常，其中Ka为天线数目，c(ka)为相应天线的幅角，Γ为设置的判别门限。
由于智能天线在安装的过程中，线缆较多，工程安装相比传统的单天线系统更加复杂。工程安装人员的容易操作失误而出现连接错误的情况，智能天线线序连接出现错序会严重影响智能天线的性能。利用本发明的技术方案，通过在网络维护设备或者信号发射设备中进行分析判断，可以在天线安装完成后，对天线安装是否正确进行检测。利用本发明的公开的技术方案，简单、高效，通过简单的操作即能判断线序是否存在错误，有利于对系统设备进行监测，给实际的工程实现带来极大方便。
图1为智能天线线序检测流程图； 图2为智能天线模型示意图； 图3为无天线反序线序检测图； 图4为有天线反序线序检测图； 图5为智能天线线序检测装置结构图。
具体实施例方式 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述 如图1所示，为实现本发明公开的智能天线线序检测方法的一种实现方式的流程图。
S100通过智能天线接收信号。
在移动通信网络中，基站通过智能天线接收终端发送的信号。无线信道通常为随机可变的不稳定信道，终端与基站之间通常相隔的距离较远，而且两者之间存在各种各样的障碍物。优选地，选择基站扇区内具有直射路径的终端的信号接收，通常收到的信号会比没有直射路径的终端的信号要强。如图2所示，为在本发明的实施例中智能天线模型图，优选入射信号为相对天线面方位角与天线面法线夹角α小于30度、具有直射路径的终端的信号，如图中RP(Reference Point，参考点)所示。
S200计算智能天线的赋型权值，并计算赋型权值的幅角。
基站根据智能天线的每根天线收到的信号计算赋型权值W，并计算赋型权值W的幅角向量C。
根据智能天线原理，对于均匀线阵，当终端离智能天线较远时，终端发射信号到达天线可以认为是均匀平面波。此时，各接收天线上的信号只存在相位的差别，而不存在幅度的差别。并且，当信号入射角度确定之后，各个天线上接收信号的幅角之间具有固定关系，其通过信号到达各天线的路程差和电磁波的传播速度可以计算得到。显然对于均匀线阵，信号到达各天线的路程差为一等差数列，如果存在天线序号反序，则必然不满足等差数列。因此，通过这个关系，即可判定是否存在天线线序反序的问题。智能天线的赋型权值W由每根天线的赋型权值组成，每根天线的赋型权值包括幅度和幅角，智能天线的赋型权值W对应的幅角向量为C。幅角向量C中包括各根天线的幅角c，所以，当赋型权值W的幅角向量C中包括的各根天线的幅角c如果满足等差数列，则不存在天线线序反序的现象。
基站可以通过多种算法求得智能天线的赋型权值W，例如，基站根据所述智能天线的每根天线收到的信号进行信道估计，根据信道估计结果利用EBB算法计算赋形权值W，从而进一步计算赋型权值W的幅角向量C，幅角向量C中包括各根天线的幅角c。
此外，基站还可以根据所述智能天线的每根天线收到的信号计算信号的空间协方差矩阵R，根据空间协方差矩阵R利用EBB算法计算赋形权值W，空间协方差矩阵R的最大特征值对应的特征向量就是赋形权值W。
通过信号直接求得信号的空间协方差矩阵R的方法通常如下 第一步获得各天线信号，设为m(i，ka)，i＝1...N，ka＝1...Ka。N为信号长度，Ka为天线总个数。
第二步求信号空间协方差矩阵R(i)，i＝1...N R(m，n)(i)＝m(i，m)*m(i，n)，i＝1...N，m＝1...Ka，n＝1...Ka 第三步求信号空间协方差矩阵均值R S300分析各天线的幅角之间是否满足等差数列。
幅角向量C中包括各根天线的幅角c，基站根据所述幅角向量C对上述每根天线的幅角c进行分析，当所述每根天线的幅角c形成等差数列时，智能天线线序连接正常，否则智能天线线序连接错误。
作为本发明的实施例，基站将每根天线的幅角c进行分析包括 当智能天线的每根天线之间的距离等于0.5倍的接收信号的波长，依次对相邻的两根天线进行幅角c的差值分析，如果前一根天线比后一根天线的幅角c的大于180度，则每次对后一根天线幅角c加上360度，直到两者幅角相差不大于180度为止；如果前一根天线比后一根天线的幅角c小于-180度，则每次对后一根天线幅角c减去360度，直到两者幅角相差不大于180度为止。
例如，对于TD-SCDMA系统的智能天线，采用如下方法进行判断每根天线进行以下循环判断； for ka＝1∶7 如果前一根天线的比后一根天线的幅角大180度； If c(ka)-c(ka+1)＞180 当前一根天线的比后一根天线的幅角大180度； While c(ka)-c(ka+1)＞180 后一根天线的幅角加上360度； c(ka+1)＝c(ka+1)+360 End 如果前一根天线的比后一根天线的幅角小于-180度； else if c(ka)-c(ka+1)＜＝-180 当前一根天线的比后一根天线的幅角小于-180度； While c(ka)-c(ka+1)＜＝-180 后一根天线的幅角减去360度； c(ka+1)＝c(ka+1)-360 end end end 作为本发明的实施例，确保相邻两根天线之间的幅角c的差值小于180度之后，可以采用如下方式分析智能天线线序是否存在反序以横坐标为天线编号，纵坐标为每根天线的幅角c画点图，当天线之间的各个幅角c点位于一条直线上时，每根天线的幅角c形成等差数，智能天线线序连接正常，否则所述智能天线线序连接错误。
作为本发明的实施例，基站根据智能天线的每根天线收到的信号进行DOA估计，计算在该DOA角度下每根天线的幅角c。
例如，基站通过DOA估计得到的到达角为α之后，进行以下步骤分析 计算在到达角为α时各个天线之间的理想相位差，β′(ka)＝cos(α)×180×(ka-1)，ka＝1...ka； 对上述计算结果进行校正， 计算相位残差因子，
如果
则认为所述智能天线线序连接错误，否则所述智能天线线序连接正常，其中Γ为设置的判别门限，可取0.5或1，可以根据实验仿真结果选取合适的门限判断，Γ越小判断标准越严格，Ka为天线数目，c(ka)为相应天线的幅角。
此外，可以对上述处理后的相位c(ka)，β(ka)，ka＝1...Ka进行绘制图分析。横坐标为天线编号ka，纵坐标为相位，从图上即可进一步看出是否存在线序反序的情况，并且可以从图看出哪些天线存在反序。
其中β(ka)，ka＝1...Ka在图上各点可以连成一条直线K。
1)如果c(ka)，ka＝1...Ka所有点都在直线K上，或者离直线K非常接近，则不存在线序反序的情况。
2)如果c(ka)，ka＝1...Ka部分点属于直线K，部分点不属于直线K，则存在天线线序反序的情况，并且不属于直线K的点所对应的天线存在反序。
3)如果c(ka)，ka＝1...Ka所有点都不在直线K上，则存在天线线序反序的情况。
如图3所示，为智能天线线序正常条件下实验仿真的图示。
如图4所示，为智能天线第一根、第二根天线的线序反序条件下实验仿真的图示。
如图5所示，本发明还公开了一种智能天线线序检测装置500，包括 信号采集模块510，信号采集模块510用于获取通过智能天线接收终端发送的信号； 计算模块520，计算模块520用于根据所采集的信号计算智能天线的赋型权值W，并计算赋型权值W的幅角向量C， 判断模块530，分析模块用于根据幅角向量C进行分析，幅角向量C中包括各根天线的幅角c，当每根天线的幅角c形成等差数列时，判断智能天线线序连接正常，否则判断智能天线线序连接错误。
智能天线的赋型权值W由每根天线的赋型权值组成，每根天线的赋型权值包括幅度和幅角，智能天线的赋型权值W对应的幅角向量为C，幅角向量C中包括各根天线的幅角c。
作为上述设备的实施例，信号采集模块510获取的信号为基站通过智能天线接收具有直射路径的终端发送的信号。
作为上述设备的实施例，计算模块520用于根据所采集的信号进行信道估计，根据信道估计结果利用EBB算法计算赋形权值W。
作为上述设备的实施例，计算模块520用于根据智能天线的每根天线收到的信号计算信号的空间协方差矩阵R，根据空间协方差矩阵R利用EBB算法计算赋形权值W。
作为上述设备的实施例，判断模块530对每根天线的幅角c进行分析包括 当智能天线的每根天线之间的距离等于0.5倍的接收信号的波长，依次对相邻的两根天线进行幅角c的差值分析，如果前一根天线比后一根天线的幅角c的大于180度，则每次对后一根天线幅角c加上360度，直到两者幅角相差不大于180度为止；如果前一根天线比后一根天线的幅角c小于-180度，则每次对后一根天线幅角c减去360度，直到两者幅角相差不大于180度为止。
作为上述设备的实施例，判断模块530以横坐标为天线编号，以纵坐标为每根天线的幅角c画点图，当天线之间的各个幅角c点位于一条直线上时，判断模块530判断每根天线的幅角c形成等差数，智能天线线序连接正常，否则智能天线线序连接错误。
作为上述设备的实施例，计算模块520还包括DOA计算模块521，DOA计算模块521用于计算智能天线收到信号的到达角α，且DOA计算模块521用于计算在到达角为α时各个天线之间的理想相位差，β′(ka)＝cos(α)×180×(ka-1)，ka＝1...Ka；并对上述计算结果进行校正，
进一步计算相位残差因子，
如果
则判断模块530判断智能天线线序连接错误，否则判断智能天线线序连接正常，其中Γ为设置的判别门限，可取0.5或1，可以根据实验仿真结果选取合适的门限判断，Γ越小判断标准越严格，Ka为天线数目，c(ka)为相应天线的幅角。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种智能天线线序检测方法，其特征在于，包括以下步骤
基站通过智能天线接收终端发送的信号；
所述基站根据所述智能天线的每根天线收到的信号计算赋型权值W，计算赋型权值W的幅角向量C，
所述基站根据所述幅角向量C对每根天线的幅角c进行分析，当所述每根天线的幅角c形成等差数列时，所述智能天线线序连接正常，否则所述智能天线线序连接错误。
2.如权利要求1所述的智能天线线序检测方法，其特征在于，所述基站通过智能天线接收具有直射路径的所述终端发送的信号。
3.如权利要求1所述的智能天线线序检测方法，其特征在于，所述基站根据所述智能天线的每根天线收到的信号进行信道估计，根据信道估计结果利用特征向量EBB算法计算赋形权值W。
4.如权利要求1所述的智能天线线序检测方法，其特征在于，所述基站根据所述智能天线的每根天线收到的信号计算信号的空间协方差矩阵R，根据空间协方差矩阵R利用EBB算法计算赋形权值W。
5.如权利要求1至4之一所述的智能天线线序检测方法，其特征在于，所述基站对所述每根天线的幅角c进行分析包括
当所述智能天线的每根天线之间的距离等于0.5倍的接收信号的波长，依次对相邻的两根天线进行幅角c的差值分析，如果前一根天线比后一根天线的幅角c的大于180度，则每次对后一根天线幅角c加上360度，直到两者幅角相差不大于180度为止；如果前一根天线比后一根天线的幅角c小于-180度，则每次对后一根天线幅角c减去360度，直到两者幅角相差不大于180度为止。
6.如权利要求5所述的智能天线线序检测方法，其特征在于，确保相邻两根天线之间的幅角c的差值小于180度之后还包括以横坐标为天线编号，纵坐标为每根天线的幅角c画点图，当天线之间的各个幅角c点位于一条直线上时，所述每根天线的幅角c形成等差数，所述智能天线线序连接正常，否则所述智能天线线序连接错误。
7.如权利要求5所述的智能天线线序检测方法，其特征在于，还包括
所述基站根据所述智能天线的每根天线收到的信号进行DOA估计，计算在该DOA角度下所述每根天线的幅角c。
8.如权利要求5所述的智能天线线序检测方法，其特征在于，DOA估计的到达角为α之后，还包括
计算在到达角为α时各个天线之间的理想相位差，β′(ka)＝cos(α)×180×(ka-1)，ka＝1...Ka；
对上述计算结果进行校正，
计算相位残差因子，
如果
则认为所述智能天线线序连接错误，否则所述智能天线线序连接正常，其中Ka为天线数目，c(ka)为相应天线的幅角，Γ为设置的判别门限。
9.一种智能天线线序检测装置，其特征在于，包括
信号采集模块，所述信号采集模块用于获取通过智能天线接收终端发送的信号；
计算模块，所述计算模块用于根据所采集的信号计算智能天线的赋型权值W，并计算赋型权值W的幅角向量C，
判断模块，所述分析模块用于根据所述幅角向量C进行分析，当所述每根天线的幅角c形成等差数列时，判断所述智能天线线序连接正常，否则判断所述智能天线线序连接错误。
10.如权利要求9所述的智能天线线序检测装置，其特征在于，所述信号采集模块获取的信号为基站通过智能天线接收具有直射路径的所述终端发送的信号。
11.如权利要求9所述的智能天线线序检测装置，其特征在于，所述计算模块用于根据所采集的信号进行信道估计，根据信道估计结果利用EBB算法计算赋形权值W。
12.如权利要求9所述的智能天线线序检测装置，其特征在于，所述计算模块用于根据所述智能天线的每根天线收到的信号计算信号的空间协方差矩阵R，根据空间协方差矩阵R利用EBB算法计算赋形权值W。
13.如权利要求9所述的智能天线线序检测装置，其特征在于，所述判断模块对所述每根天线的幅角c进行分析包括
当所述智能天线的每根天线之间的距离等于0.5倍的接收信号的波长，依次对相邻的两根天线进行幅角c的差值分析，如果前一根天线比后一根天线的幅角c的大于180度，则每次对后一根天线幅角c加上360度，直到两者幅角相差不大于180度为止；如果前一根天线比后一根天线的幅角c小于-180度，则每次对后一根天线幅角c减去360度，直到两者幅角相差不大于180度为止。
14.如权利要求13所述的智能天线线序检测装置，其特征在于，所述判断模块以横坐标为天线编号，以纵坐标为每根天线的幅角c画点图，当天线之间的各个幅角c点位于一条直线上时，所述判断模块判断所述每根天线的幅角c形成等差数，所述智能天线线序连接正常，否则所述智能天线线序连接错误。
15.如权利要求13所述的智能天线线序检测装置，其特征在于，所述计算模块还包括DOA计算模块，所述DOA计算模块用于计算所述智能天线收到信号的到达角α，且所述DOA计算模块用于计算在到达角为α时各个天线之间的理想相位差，β′(ka)＝cos(α)×180×(ka-1)，ka＝1...Ka；并对上述计算结果进行校正，
ka＝1...Ka；进一步计算相位残差因子，
如果
则认为所述智能天线线序连接错误，否则所述智能天线线序连接正常，其中Ka为天线数目，c(ka)为相应天线的幅角，Γ为设置的判别门限。
全文摘要
本发明公开了一种智能天线线序检测方法，包括以下步骤基站通过智能天线接收终端发送的信号；所述基站根据所述智能天线的每根天线收到的信号计算赋型权值W，计算赋型权值W的幅角向量C，所述基站根据所述幅角向量C对每根天线的幅角c进行分析，当所述每根天线的幅角c形成等差数列时，所述智能天线线序连接正常，否则所述智能天线线序连接错误。本发明的公开的技术方案，简单、高效，通过简单的操作即能判断智能天线线序是否存在错误，有利于对系统设备进行监测，给实际的工程实现带来极大方便。
文档编号H04B7/08GK101741418SQ20081022553
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月4日 优先权日2008年11月4日
发明者蔡月民, 吴柯维, 康绍莉 申请人:大唐移动通信设备有限公司