專利名稱：天線指標(biāo)計(jì)算方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天線技術(shù)，尤其涉及一種天線指標(biāo)計(jì)算方法及裝置。
背景技術(shù)：
智能天線是TD-SCDMA系統(tǒng)中采用的一項(xiàng)物理層關(guān)鍵技術(shù)，它根據(jù)空分多址 (SDMA)的思想，利用信號(hào)在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時(shí)隙、同碼道的信號(hào)區(qū)分開來(lái)，最大限度地利用有限的信道資源。其基本原理是采用波束賦形算法和數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)生全局或局部最優(yōu)的天線陣列權(quán)值矢量，并利用波束形成網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)整業(yè)務(wù)波束，使主波束對(duì)準(zhǔn)有用信號(hào)上行波達(dá)角(DOA)方向，旁瓣和零陷對(duì)準(zhǔn)其他干擾用戶方向，從而達(dá)到增強(qiáng)有效信號(hào)、抑制干擾信號(hào)的目的。TD-SCDMA系統(tǒng)采用時(shí)分同步技術(shù)，上下行信號(hào)對(duì)稱， 從而簡(jiǎn)化了智能天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)上行接收信號(hào)的生成權(quán)值可直接應(yīng)用于下行業(yè)務(wù)波束的賦形，這為測(cè)量雙極化智能天線的業(yè)務(wù)波束的主瓣寬度和旁瓣增益提供了條件。主瓣寬度和旁瓣增益作為智能天線技術(shù)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，為鑒別智能天線及其波束賦形算法的增益、波束跟蹤和干擾抑制等能力提供了依據(jù)。獲得主瓣寬度和旁瓣增益指標(biāo)的前提是繪制智能天線的波束幅度方向圖，目前一般采用轉(zhuǎn)臺(tái)繪點(diǎn)法繪制，即將待測(cè)天線安裝于電控轉(zhuǎn)臺(tái)，另一方面掃頻儀外接信標(biāo)天線，通過(guò)路測(cè)終端發(fā)起呼叫或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，待業(yè)務(wù)波束建立且穩(wěn)定后，從網(wǎng)絡(luò)側(cè)獲取EBB等波束賦形算法生成的權(quán)值序列，并將該序列作為固定權(quán)值重新輸入至基站側(cè)，以使基站產(chǎn)生恒定的業(yè)務(wù)波束，然后通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)使天線陣列等角度間隔轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)固定角度間隔則暫停一段時(shí)間，此期間通過(guò)掃頻儀記錄改點(diǎn)的接收功率數(shù)據(jù)，并對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均。通過(guò)對(duì)天線覆角范圍內(nèi)所有等間隔點(diǎn)的記錄，可繪制成波束幅度方向圖，進(jìn)而根據(jù)方向圖的主瓣形狀找到兩個(gè)半功率點(diǎn)，以計(jì)算主瓣寬度；同時(shí)將主瓣最大功率點(diǎn)與左右旁瓣的最大功率點(diǎn)進(jìn)行比較，以計(jì)算旁瓣增益。每次測(cè)量時(shí)，為了保證圖形的精細(xì)度，離散點(diǎn)間的角度間隔往往取在一度以下，且對(duì)任一離散點(diǎn)需要采集大量的數(shù)據(jù)以求統(tǒng)計(jì)平均，甚至還要進(jìn)行反復(fù)的圖形繪制。目前對(duì)雙極化智能天線業(yè)務(wù)波束的主瓣寬度和旁瓣增益的測(cè)量，存在以下問題(1)天線轉(zhuǎn)臺(tái)成本較高，大多數(shù)省市級(jí)單位并不具備；(2)對(duì)于雙極化智能天線陣列，不同極化方向的傳播特性不同，陣元之間無(wú)法建立陣列流型；(3)為了保證主瓣寬度指標(biāo)的精確度，等間隔點(diǎn)之間的夾角較小，需要測(cè)量的離散點(diǎn)較多，工作流程復(fù)雜，且工作量較大；(4)測(cè)量過(guò)程中易受到天氣、NLOS環(huán)境、小區(qū)間干擾、設(shè)備噪聲等因素影響，業(yè)務(wù)波束的變形較為嚴(yán)重。在智能天線的測(cè)試中，波達(dá)角誤差是反映智能天線性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，目的是為了檢測(cè)智能天線波束賦形算法是否能夠準(zhǔn)確判斷入射信號(hào)的角度并產(chǎn)生準(zhǔn)確指向使用戶接受信號(hào)強(qiáng)度或信噪比最大的方向的發(fā)射信號(hào)；當(dāng)入射信號(hào)或發(fā)射信號(hào)的角度與最強(qiáng)功率徑相對(duì)天線法線方向的角度具有一定偏差時(shí)，將使終端上下行信號(hào)無(wú)法達(dá)到最優(yōu)質(zhì)量，
5智能天線的波束跟蹤能力也將顯著下降；當(dāng)角度偏差較大時(shí)，終端方位甚至將落入業(yè)務(wù)波束的旁瓣，上下行信號(hào)質(zhì)量將受到抑制。目前測(cè)量智能天線的波達(dá)角誤差主要有兩種方法， 一種利用GPS等高精度定位設(shè)備首先獲取測(cè)試終端和發(fā)射天線的位置，并計(jì)算測(cè)試終端相對(duì)發(fā)射天線的方位角度，接著根據(jù)該方位角和天線陣列的法線方向確定終端相對(duì)天線法線方向的順時(shí)針或逆時(shí)針夾角，然后終端發(fā)起呼叫或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，使專用物理信道DPCH建立， 待業(yè)務(wù)信道穩(wěn)定后，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)提取測(cè)試終端對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)波束的波達(dá)角估計(jì)值，將該估計(jì)值與測(cè)試終端相對(duì)天線法線方向的角度進(jìn)行比照，以最終獲得波達(dá)角誤差；另一種則基于天線轉(zhuǎn)臺(tái)，待測(cè)試終端發(fā)起呼叫或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，使DPCH建立且保持穩(wěn)定后，通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)繪點(diǎn)法描繪出業(yè)務(wù)波束的幅度方向圖，找到方向圖中的最大功率點(diǎn)所在角度，并將方向圖中的0°角與天線法線方向相關(guān)聯(lián)，以獲得最大功率點(diǎn)所在的實(shí)際物理方位角度，將該物理方位角度與終端相對(duì)天線法線方向的角度進(jìn)行比照，以最終獲得波達(dá)角誤差。目前對(duì)雙極化智能天線業(yè)務(wù)波束的波達(dá)角的測(cè)量，存在以下問題(1)對(duì)于第一種方法，波達(dá)角估計(jì)與波束賦形算法產(chǎn)生的波束指向存在差異，不能完全反映波達(dá)角誤差，即對(duì)于相同的波達(dá)角估計(jì)值，不同的波束賦形算法將產(chǎn)生不同的波束指向；(2)對(duì)于第二種方法，天線轉(zhuǎn)臺(tái)成本較高，大多數(shù)省市級(jí)單位并不具備；(3)對(duì)于第二種方法，最大功率點(diǎn)不完全處于主瓣中間位置，不能準(zhǔn)確描述波束指向，即當(dāng)用戶終端向與最大功率點(diǎn)距離較短的主瓣邊緣方向移動(dòng)時(shí)，波束跟蹤能力將顯著低于相反方向；(4)對(duì)于第二種方法，測(cè)量過(guò)程中易受到天氣、NLOS環(huán)境、小區(qū)間干擾、設(shè)備噪聲等因素影響，業(yè)務(wù)波束的變形較為嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種天線指標(biāo)計(jì)算方法及裝置，節(jié)約測(cè)試成本，不易受到干擾且提升了指標(biāo)精度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種天線指標(biāo)計(jì)算方法，包括A、對(duì)待測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，獲得待測(cè)系統(tǒng)的權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)；B、設(shè)置待生成波束幅度方向圖中離散點(diǎn)的數(shù)量，并設(shè)置所述離散點(diǎn)均勻分布，計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)的方位角和導(dǎo)向矢量；C、根據(jù)權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的不同極化方向的功率值，將方位角相同的離散點(diǎn)的功率值進(jìn)行疊加；D、根據(jù)設(shè)置的離散點(diǎn)及疊加后的離散點(diǎn)的功率值生成波束幅度方向圖，根據(jù)所述波束幅度方向圖計(jì)算天線波束的主瓣寬度指標(biāo)值和旁瓣增益指標(biāo)值。其中，所述權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)包括待測(cè)系統(tǒng)不同陣元的功率數(shù)據(jù)和相位數(shù)據(jù)；所述步驟A還包括根據(jù)陣元的極化方向?qū)⑺龉β蕯?shù)據(jù)和相位數(shù)據(jù)分組。具體地，所述步驟B中，第i個(gè)離散點(diǎn)的方位角為
權(quán)利要求
1.一種天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，包括A、對(duì)待測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，獲得待測(cè)系統(tǒng)的權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)；B、設(shè)置待生成波束幅度方向圖中離散點(diǎn)的數(shù)量，并設(shè)置所述離散點(diǎn)均勻分布，計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)的方位角和導(dǎo)向矢量；C、根據(jù)權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的不同極化方向的功率值，將方位角相同的離散點(diǎn)的功率值進(jìn)行疊加；D、根據(jù)設(shè)置的離散點(diǎn)及疊加后的離散點(diǎn)的功率值生成波束幅度方向圖，根據(jù)所述波束幅度方向圖計(jì)算天線波束的主瓣寬度指標(biāo)值和旁瓣增益指標(biāo)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，所述權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)包括待測(cè)系統(tǒng)不同陣元的功率數(shù)據(jù)和相位數(shù)據(jù)；所述步驟A還包括根據(jù)陣元的極化方向?qū)⑺龉β蕯?shù)據(jù)和相位數(shù)據(jù)分組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟B中，第i個(gè)離散點(diǎn)的方位角為
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟C具體包括 根據(jù)所述權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)和所述每個(gè)離散點(diǎn)的導(dǎo)向矢量將每個(gè)陣元對(duì)應(yīng)的功率數(shù)據(jù)記錄和相位數(shù)據(jù)記錄合并轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)； 計(jì)算每個(gè)離散點(diǎn)的功率值為Pi = 201ogl0(wHai)，其中，Pi不同極化方向的離散點(diǎn)i對(duì)應(yīng)的功率值，H代表矩陣轉(zhuǎn)置操作，a,是該離散點(diǎn)的導(dǎo)向矢量，w是任意一個(gè)極化方向?qū)?yīng)的權(quán)值矢量；將相同方位角的不同極化方向的離散點(diǎn)功率值進(jìn)行疊加，疊加后的功率值為A=10xlogl0(10pi/1°+I0p2/K)),其中j代表兩個(gè)離散點(diǎn)疊加后的功率值，Pl、P2表示不同極化方向上離散點(diǎn)i的功率值，單位均為分貝毫瓦(dBm)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟D具體包括 根據(jù)疊加后的離散點(diǎn)的功率值生成波束幅度方向圖；各個(gè)離散點(diǎn)通過(guò)插值或直接連線構(gòu)成了一條曲線，找到波束幅度方向圖的曲線上最大功率值所在的離散點(diǎn)，再根據(jù)最大功率值計(jì)算出半功率值，找到幅度方向圖的曲線上半功率值對(duì)應(yīng)的兩個(gè)離散點(diǎn)，記錄這兩個(gè)半功率離散點(diǎn)所在的角度Θ1和Θ2;計(jì)算Θ1和θ 2的差值，當(dāng)該差值的絕對(duì)值小于180°時(shí)，該差值的絕對(duì)值為所述天線波束的主瓣寬度；當(dāng)該差值的絕對(duì)值大于180°時(shí)，用360°減去該差值的絕對(duì)值得到天線波束的主瓣寬度；找到幅度方向圖的虛線上兩個(gè)旁瓣的最大功率值所在的離散點(diǎn)，根據(jù)這兩個(gè)離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率值P2和P3，及主瓣最大功率值Pl，計(jì)算旁瓣增益G為 G = (Ρ2+Ρ3)/2-Ρ1ο
6.一種天線指標(biāo)計(jì)算裝置，其特征在于，包括測(cè)試模塊，用于對(duì)待測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，獲得待測(cè)系統(tǒng)的權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)； 設(shè)置模塊，用于設(shè)置待生成波束幅度方向圖中離散點(diǎn)的數(shù)量，并設(shè)置所述離散點(diǎn)均勻分布；方位角計(jì)算模塊，用于計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)的方位角； 導(dǎo)向矢量計(jì)算模塊，用于計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)的導(dǎo)向矢量；離散點(diǎn)功率計(jì)算模塊，用于根據(jù)權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的不同極化方向的功率值；將方位角相同的離散點(diǎn)的功率值進(jìn)行疊加計(jì)算；生成模塊，用于根據(jù)設(shè)置的離散點(diǎn)及疊加后的離散點(diǎn)的功率值生成波束幅度方向圖； 主瓣寬度計(jì)算模塊，根據(jù)所述波束幅度方向圖計(jì)算天線波束的主瓣寬度指標(biāo)值； 旁瓣增益計(jì)算模塊，根據(jù)所述波束幅度方向圖計(jì)算天線波束的旁瓣增益指標(biāo)值。
7.一種天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，包括A、通過(guò)測(cè)試終端對(duì)待測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，獲得待測(cè)系統(tǒng)的權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)；B、根據(jù)陣元的極化方向?qū)?quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)分組，根據(jù)每組權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的波束幅度方向圖；C、計(jì)算每個(gè)波束幅度方向圖中的主瓣中線的方向角；D、根據(jù)所述每個(gè)主瓣中線的方向角計(jì)算天線波束的波達(dá)角。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟B中，根據(jù)每組權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的波束幅度方向圖的操作包括對(duì)于每組權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)，設(shè)置待生成波束幅度方向圖中離散點(diǎn)的數(shù)量，并設(shè)置所述離散點(diǎn)均勻分布；計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)的方位角和導(dǎo)向矢量；根據(jù)個(gè)離散點(diǎn)的方位角和導(dǎo)向矢量生成該組全權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的波束幅度方向圖。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟C具體包括搜索所述波束幅度方向圖中的最大功率值，計(jì)算出半功率值為最大功率值減去3dBm ； 搜索方向圖中半功率值對(duì)應(yīng)的兩個(gè)離散點(diǎn)； 計(jì)算兩個(gè)半功率值對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)之間的中線所在方位角。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，當(dāng)半功率值對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)的數(shù)目超過(guò)2個(gè)，以左右兩邊最接近最大功率值對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)的兩個(gè)點(diǎn)作為半功率點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算兩個(gè)半功率值對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)之間的中線所在方位角的操作包括計(jì)算兩個(gè)半功率值對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)的方位角分別為0 1和02; 計(jì)算兩個(gè)半功率值對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)之間的中線所在方位角為Φ1，/ 1 ι β)當(dāng) I θ 1-θ 2| 彡 180° 時(shí)，Φ1 二-；/9 + /91當(dāng) I θ l-θ 2| > 180° 時(shí)，ΦΙ= 2 -180°。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，步驟C中，各個(gè)波束幅度方向圖中的主瓣中線的方向角分別為Φ1和Φ2，所述步驟D根據(jù)所述每個(gè)主瓣中線的方向角計(jì)算天線波束的波達(dá)角Φ為當(dāng) I Φ1-Φ2| ( 180° 時(shí)，Φ= Φ1^Φ2 ；當(dāng) I Φ1-Φ2| > 180° 時(shí)，Φ =収廣_180。。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，還包括 測(cè)量測(cè)試終端方位角相對(duì)天線法線方向的方位角；根據(jù)所述波達(dá)角和測(cè)試終端方位角相對(duì)天線法線方向的方位角計(jì)算波達(dá)角誤差。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，所述利用GPS測(cè)量測(cè)試終端方位角相對(duì)天線法線方向的方位角的操作包括通過(guò)GPS分別測(cè)量測(cè)試終端和待測(cè)天線陣列所在的地理位置； 計(jì)算測(cè)試終端相對(duì)待測(cè)天線陣列的方位角； 測(cè)量天線法線的方向角度； 計(jì)算測(cè)試終端方位角相對(duì)天線法線方向的方位角。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的天線指標(biāo)計(jì)算方法，其特征在于，根據(jù)所述波達(dá)角Φ和測(cè)試終端方位角相對(duì)天線法線方向的方位角β計(jì)算波達(dá)角誤差e為當(dāng) I Φ-β I >= 180° 時(shí)，e = Φ-β ； 當(dāng) β-Φ > 180° 時(shí)，e = Φ-β+360° ； 當(dāng) Φ-β > 180° 時(shí)，e = Φ-β-360°。
16.一種天線指標(biāo)計(jì)算裝置，其特征在于，包括測(cè)試模塊，用于通過(guò)測(cè)試終端對(duì)待測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，獲得待測(cè)系統(tǒng)的權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)； 分組模塊，用于根據(jù)陣元的極化方向?qū)?quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)分組； 生成模塊，用于根據(jù)每組權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的波束幅度方向圖； 第一計(jì)算模塊，用于計(jì)算每個(gè)波束幅度方向圖中的主瓣中線的方向角； 波達(dá)角計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述每個(gè)主瓣中線的方向角計(jì)算天線波束的波達(dá)角。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的天線指標(biāo)計(jì)算裝置，其特征在于，還包括設(shè)置模塊，用于對(duì)于每組權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)，設(shè)置待生成波束幅度方向圖中離散點(diǎn)的數(shù)量， 并設(shè)置所述離散點(diǎn)均勻分布；方向角計(jì)算模塊和導(dǎo)向矢量計(jì)算模塊，分別計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)的方位角和導(dǎo)向矢量； 所述生成模塊，根據(jù)個(gè)離散點(diǎn)的方位角和導(dǎo)向矢量生成該組全權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的波束幅度方向圖。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的天線指標(biāo)計(jì)算裝置，其特征在于，還包括 測(cè)量模塊，用于測(cè)量測(cè)試終端方位角相對(duì)天線法線方向的方位角；誤差計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述波達(dá)角和測(cè)試終端方位角相對(duì)天線法線方向的方位角計(jì)算波達(dá)角誤差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種天線指標(biāo)計(jì)算方法及裝置。其中天線指標(biāo)計(jì)算方法包括對(duì)待測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，獲得待測(cè)系統(tǒng)的權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)；設(shè)置待生成波束幅度方向圖中離散點(diǎn)的數(shù)量，并設(shè)置離散點(diǎn)均勻分布，計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)的方位角和導(dǎo)向矢量；根據(jù)權(quán)值測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的不同極化方向的功率值，將方位角相同的離散點(diǎn)的功率值進(jìn)行疊加；根據(jù)設(shè)置的離散點(diǎn)及疊加后的離散點(diǎn)的功率值生成波束幅度方向圖，根據(jù)波束幅度方向圖計(jì)算天線波束的主瓣寬度指標(biāo)值和旁瓣增益指標(biāo)值。本發(fā)明的天線指標(biāo)計(jì)算方法及裝置，無(wú)需使用天線轉(zhuǎn)臺(tái)工具，節(jié)省了測(cè)試成本；同時(shí)可根據(jù)需要調(diào)整采樣點(diǎn)的間距，極大節(jié)省了工作量，提升了指標(biāo)精度。
文檔編號(hào)H04B17/00GK102546049SQ20101062452
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者吳勤華, 周巍, 張巧琳, 湛穎, 王可恩, 王勝 申請(qǐng)人:中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)湖北有限公司