专利名称：天线指标计算方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天线技术，尤其涉及一种天线指标计算方法及装置。
背景技术：
智能天线是TD-SCDMA系统中采用的一项物理层关键技术，它根据空分多址 (SDMA)的思想，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。其基本原理是采用波束赋形算法和数字信号处理器产生全局或局部最优的天线阵列权值矢量，并利用波束形成网络动态调整业务波束，使主波束对准有用信号上行波达角(DOA)方向，旁瓣和零陷对准其他干扰用户方向，从而达到增强有效信号、抑制干扰信号的目的。TD-SCDMA系统采用时分同步技术，上下行信号对称， 从而简化了智能天线系统的设计，根据上行接收信号的生成权值可直接应用于下行业务波束的赋形，这为测量双极化智能天线的业务波束的主瓣宽度和旁瓣增益提供了条件。主瓣宽度和旁瓣增益作为智能天线技术的重要评价指标，为鉴别智能天线及其波束赋形算法的增益、波束跟踪和干扰抑制等能力提供了依据。获得主瓣宽度和旁瓣增益指标的前提是绘制智能天线的波束幅度方向图，目前一般采用转台绘点法绘制，即将待测天线安装于电控转台，另一方面扫频仪外接信标天线，通过路测终端发起呼叫或数据业务，待业务波束建立且稳定后，从网络侧获取EBB等波束赋形算法生成的权值序列，并将该序列作为固定权值重新输入至基站侧，以使基站产生恒定的业务波束，然后通过转台控制系统使天线阵列等角度间隔转动，每转动固定角度间隔则暂停一段时间，此期间通过扫频仪记录改点的接收功率数据，并对记录的数据进行统计平均。通过对天线覆角范围内所有等间隔点的记录，可绘制成波束幅度方向图，进而根据方向图的主瓣形状找到两个半功率点，以计算主瓣宽度；同时将主瓣最大功率点与左右旁瓣的最大功率点进行比较，以计算旁瓣增益。每次测量时，为了保证图形的精细度，离散点间的角度间隔往往取在一度以下，且对任一离散点需要采集大量的数据以求统计平均，甚至还要进行反复的图形绘制。目前对双极化智能天线业务波束的主瓣宽度和旁瓣增益的测量，存在以下问题(1)天线转台成本较高，大多数省市级单位并不具备；(2)对于双极化智能天线阵列，不同极化方向的传播特性不同，阵元之间无法建立阵列流型；(3)为了保证主瓣宽度指标的精确度，等间隔点之间的夹角较小，需要测量的离散点较多，工作流程复杂，且工作量较大；(4)测量过程中易受到天气、NLOS环境、小区间干扰、设备噪声等因素影响，业务波束的变形较为严重。在智能天线的测试中，波达角误差是反映智能天线性能的一项重要指标，目的是为了检测智能天线波束赋形算法是否能够准确判断入射信号的角度并产生准确指向使用户接受信号强度或信噪比最大的方向的发射信号；当入射信号或发射信号的角度与最强功率径相对天线法线方向的角度具有一定偏差时，将使终端上下行信号无法达到最优质量，
5智能天线的波束跟踪能力也将显著下降；当角度偏差较大时，终端方位甚至将落入业务波束的旁瓣，上下行信号质量将受到抑制。目前测量智能天线的波达角误差主要有两种方法， 一种利用GPS等高精度定位设备首先获取测试终端和发射天线的位置，并计算测试终端相对发射天线的方位角度，接着根据该方位角和天线阵列的法线方向确定终端相对天线法线方向的顺时针或逆时针夹角，然后终端发起呼叫或数据业务，使专用物理信道DPCH建立， 待业务信道稳定后，在网络侧提取测试终端对应的业务波束的波达角估计值，将该估计值与测试终端相对天线法线方向的角度进行比照，以最终获得波达角误差；另一种则基于天线转台，待测试终端发起呼叫或数据业务，使DPCH建立且保持稳定后，通过转台绘点法描绘出业务波束的幅度方向图，找到方向图中的最大功率点所在角度，并将方向图中的0°角与天线法线方向相关联，以获得最大功率点所在的实际物理方位角度，将该物理方位角度与终端相对天线法线方向的角度进行比照，以最终获得波达角误差。目前对双极化智能天线业务波束的波达角的测量，存在以下问题(1)对于第一种方法，波达角估计与波束赋形算法产生的波束指向存在差异，不能完全反映波达角误差，即对于相同的波达角估计值，不同的波束赋形算法将产生不同的波束指向；(2)对于第二种方法，天线转台成本较高，大多数省市级单位并不具备；(3)对于第二种方法，最大功率点不完全处于主瓣中间位置，不能准确描述波束指向，即当用户终端向与最大功率点距离较短的主瓣边缘方向移动时，波束跟踪能力将显著低于相反方向；(4)对于第二种方法，测量过程中易受到天气、NLOS环境、小区间干扰、设备噪声等因素影响，业务波束的变形较为严重。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种天线指标计算方法及装置，节约测试成本，不易受到干扰且提升了指标精度。为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种天线指标计算方法，包括A、对待测系统进行测试，获得待测系统的权值测试数据；B、设置待生成波束幅度方向图中离散点的数量，并设置所述离散点均勻分布，计算各个离散点的方位角和导向矢量；C、根据权值测试数据计算各个离散点对应的不同极化方向的功率值，将方位角相同的离散点的功率值进行叠加；D、根据设置的离散点及叠加后的离散点的功率值生成波束幅度方向图，根据所述波束幅度方向图计算天线波束的主瓣宽度指标值和旁瓣增益指标值。其中，所述权值测试数据包括待测系统不同阵元的功率数据和相位数据；所述步骤A还包括根据阵元的极化方向将所述功率数据和相位数据分组。具体地，所述步骤B中，第i个离散点的方位角为
权利要求
1.一种天线指标计算方法，其特征在于，包括A、对待测系统进行测试，获得待测系统的权值测试数据；B、设置待生成波束幅度方向图中离散点的数量，并设置所述离散点均勻分布，计算各个离散点的方位角和导向矢量；C、根据权值测试数据计算各个离散点对应的不同极化方向的功率值，将方位角相同的离散点的功率值进行叠加；D、根据设置的离散点及叠加后的离散点的功率值生成波束幅度方向图，根据所述波束幅度方向图计算天线波束的主瓣宽度指标值和旁瓣增益指标值。
2.根据权利要求1所述的天线指标计算方法，其特征在于，所述权值测试数据包括待测系统不同阵元的功率数据和相位数据；所述步骤A还包括根据阵元的极化方向将所述功率数据和相位数据分组。
3.根据权利要求1所述的天线指标计算方法，其特征在于，所述步骤B中，第i个离散点的方位角为
4.根据权利要求2所述的天线指标计算方法，其特征在于，所述步骤C具体包括 根据所述权值测试数据和所述每个离散点的导向矢量将每个阵元对应的功率数据记录和相位数据记录合并转化为复数； 计算每个离散点的功率值为Pi = 201ogl0(wHai)，其中，Pi不同极化方向的离散点i对应的功率值，H代表矩阵转置操作，a,是该离散点的导向矢量，w是任意一个极化方向对应的权值矢量；将相同方位角的不同极化方向的离散点功率值进行叠加，叠加后的功率值为A=10xlogl0(10pi/1°+I0p2/K)),其中j代表两个离散点叠加后的功率值，Pl、P2表示不同极化方向上离散点i的功率值，单位均为分贝毫瓦(dBm)。
5.根据权利要求1所述的天线指标计算方法，其特征在于，所述步骤D具体包括 根据叠加后的离散点的功率值生成波束幅度方向图；各个离散点通过插值或直接连线构成了一条曲线，找到波束幅度方向图的曲线上最大功率值所在的离散点，再根据最大功率值计算出半功率值，找到幅度方向图的曲线上半功率值对应的两个离散点，记录这两个半功率离散点所在的角度Θ1和Θ2;计算Θ1和θ 2的差值，当该差值的绝对值小于180°时，该差值的绝对值为所述天线波束的主瓣宽度；当该差值的绝对值大于180°时，用360°减去该差值的绝对值得到天线波束的主瓣宽度；找到幅度方向图的虚线上两个旁瓣的最大功率值所在的离散点，根据这两个离散点对应的功率值P2和P3，及主瓣最大功率值Pl，计算旁瓣增益G为 G = (Ρ2+Ρ3)/2-Ρ1ο
6.一种天线指标计算装置，其特征在于，包括测试模块，用于对待测系统进行测试，获得待测系统的权值测试数据； 设置模块，用于设置待生成波束幅度方向图中离散点的数量，并设置所述离散点均勻分布；方位角计算模块，用于计算各个离散点的方位角； 导向矢量计算模块，用于计算各个离散点的导向矢量；离散点功率计算模块，用于根据权值测试数据计算各个离散点对应的不同极化方向的功率值；将方位角相同的离散点的功率值进行叠加计算；生成模块，用于根据设置的离散点及叠加后的离散点的功率值生成波束幅度方向图； 主瓣宽度计算模块，根据所述波束幅度方向图计算天线波束的主瓣宽度指标值； 旁瓣增益计算模块，根据所述波束幅度方向图计算天线波束的旁瓣增益指标值。
7.一种天线指标计算方法，其特征在于，包括A、通过测试终端对待测系统进行测试，获得待测系统的权值测试数据；B、根据阵元的极化方向将权值测试数据分组，根据每组权值测试数据生成相应的波束幅度方向图；C、计算每个波束幅度方向图中的主瓣中线的方向角；D、根据所述每个主瓣中线的方向角计算天线波束的波达角。
8.根据权利要求7所述的天线指标计算方法，其特征在于，所述步骤B中，根据每组权值测试数据生成相应的波束幅度方向图的操作包括对于每组权值测试数据，设置待生成波束幅度方向图中离散点的数量，并设置所述离散点均勻分布；计算各个离散点的方位角和导向矢量；根据个离散点的方位角和导向矢量生成该组全权值测试数据对应的波束幅度方向图。
9.根据权利要求7所述的天线指标计算方法，其特征在于，所述步骤C具体包括搜索所述波束幅度方向图中的最大功率值，计算出半功率值为最大功率值减去3dBm ； 搜索方向图中半功率值对应的两个离散点； 计算两个半功率值对应的离散点之间的中线所在方位角。
10.根据权利要求9所述的天线指标计算方法，其特征在于，当半功率值对应的离散点的数目超过2个，以左右两边最接近最大功率值对应的离散点的两个点作为半功率点。
11.根据权利要求9所述的天线指标计算方法，其特征在于，所述计算两个半功率值对应的离散点之间的中线所在方位角的操作包括计算两个半功率值对应的离散点的方位角分别为0 1和02; 计算两个半功率值对应的离散点之间的中线所在方位角为Φ1，/ 1 ι β)当 I θ 1-θ 2| 彡 180° 时，Φ1 二-；/9 + /91当 I θ l-θ 2| > 180° 时，ΦΙ= 2 -180°。
12.根据权利要求7所述的天线指标计算方法，其特征在于，步骤C中，各个波束幅度方向图中的主瓣中线的方向角分别为Φ1和Φ2，所述步骤D根据所述每个主瓣中线的方向角计算天线波束的波达角Φ为当 I Φ1-Φ2| ( 180° 时，Φ= Φ1^Φ2 ；当 I Φ1-Φ2| > 180° 时，Φ =収广_180。。
13.根据权利要求7所述的天线指标计算方法，其特征在于，还包括 测量测试终端方位角相对天线法线方向的方位角；根据所述波达角和测试终端方位角相对天线法线方向的方位角计算波达角误差。
14.根据权利要求13所述的天线指标计算方法，其特征在于，所述利用GPS测量测试终端方位角相对天线法线方向的方位角的操作包括通过GPS分别测量测试终端和待测天线阵列所在的地理位置； 计算测试终端相对待测天线阵列的方位角； 测量天线法线的方向角度； 计算测试终端方位角相对天线法线方向的方位角。
15.根据权利要求13所述的天线指标计算方法，其特征在于，根据所述波达角Φ和测试终端方位角相对天线法线方向的方位角β计算波达角误差e为当 I Φ-β I >= 180° 时，e = Φ-β ； 当 β-Φ > 180° 时，e = Φ-β+360° ； 当 Φ-β > 180° 时，e = Φ-β-360°。
16.一种天线指标计算装置，其特征在于，包括测试模块，用于通过测试终端对待测系统进行测试，获得待测系统的权值测试数据； 分组模块，用于根据阵元的极化方向将权值测试数据分组； 生成模块，用于根据每组权值测试数据生成相应的波束幅度方向图； 第一计算模块，用于计算每个波束幅度方向图中的主瓣中线的方向角； 波达角计算模块，用于根据所述每个主瓣中线的方向角计算天线波束的波达角。
17.根据权利要求16所述的天线指标计算装置，其特征在于，还包括设置模块，用于对于每组权值测试数据，设置待生成波束幅度方向图中离散点的数量， 并设置所述离散点均勻分布；方向角计算模块和导向矢量计算模块，分别计算各个离散点的方位角和导向矢量； 所述生成模块，根据个离散点的方位角和导向矢量生成该组全权值测试数据对应的波束幅度方向图。
18.根据权利要求16所述的天线指标计算装置，其特征在于，还包括 测量模块，用于测量测试终端方位角相对天线法线方向的方位角；误差计算模块，用于根据所述波达角和测试终端方位角相对天线法线方向的方位角计算波达角误差。
全文摘要
本发明公开了一种天线指标计算方法及装置。其中天线指标计算方法包括对待测系统进行测试，获得待测系统的权值测试数据；设置待生成波束幅度方向图中离散点的数量，并设置离散点均匀分布，计算各个离散点的方位角和导向矢量；根据权值测试数据计算各个离散点对应的不同极化方向的功率值，将方位角相同的离散点的功率值进行叠加；根据设置的离散点及叠加后的离散点的功率值生成波束幅度方向图，根据波束幅度方向图计算天线波束的主瓣宽度指标值和旁瓣增益指标值。本发明的天线指标计算方法及装置，无需使用天线转台工具，节省了测试成本；同时可根据需要调整采样点的间距，极大节省了工作量，提升了指标精度。
文档编号H04B17/00GK102546049SQ20101062452
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者吴勤华, 周巍, 张巧琳, 湛颖, 王可恩, 王胜 申请人:中国移动通信集团湖北有限公司