利用多天線消除高速移動(dòng)環(huán)境下多頻偏的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用多天線消除高速移動(dòng)環(huán)境下多頻偏的方法，包括：利用多天線構(gòu)成扇區(qū)化天線；按照通信環(huán)境的條件確定波束的寬度；以確定的波束寬度在360度的范圍進(jìn)行掃描；當(dāng)掃描到某一方位的信號(hào)的強(qiáng)度大于預(yù)定閾值強(qiáng)度時(shí)停止掃描，并利用由多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線所接收到的信號(hào)進(jìn)行通信。
【專利說明】利用多天線消除高速移動(dòng)環(huán)境下多頻偏的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信技術(shù)及多媒體應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，本發(fā)明涉及一種利用多天線消除高速移動(dòng)環(huán)境下多頻偏的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線通信和有線通信在傳輸?shù)姆绞缴嫌兄举|(zhì)上的區(qū)別，有線傳輸時(shí)信號(hào)只有單一的通道，而在無線傳輸中信號(hào)從發(fā)射端到達(dá)接收端卻可以有很多個(gè)“通道”，這就是無線傳輸所帶來的多徑效應(yīng)。從時(shí)域來看，當(dāng)多個(gè)不同路徑的信號(hào)到達(dá)接收天線時(shí)，由于多徑信號(hào)的時(shí)延不同，造成了對信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展。當(dāng)信號(hào)的帶寬進(jìn)一步增加，使得信號(hào)的碼元持續(xù)期和時(shí)延擴(kuò)展相當(dāng)時(shí)，就會(huì)有明顯的碼間串?dāng)_形成，這時(shí)無線信道對于信號(hào)中的不同頻率成分具有不同的衰落特性，此時(shí)的無線信道就稱為頻率選擇性信道。
[0003]正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)在傳輸過程中把一定帶寬的信道劃分為多個(gè)相互正交的子信道，從而把寬帶問題變成了窄帶問題，使多個(gè)碼元在多個(gè)并行的子信道上并行的傳輸。在正交頻分復(fù)用中子帶之間的頻譜允許有部分的重疊而不破壞相互間的正交性，因而具有更高的頻譜利用率，這就使得OFDM成為了下一代無線通信中的核心技術(shù)。但是，要使用OFDM技術(shù)首先要保證子載波間的正交性，對子載波間正交性造成破壞的因素是頻率的偏移，頻率偏移會(huì)造成嚴(yán)重的子載波間的相互干擾，使OFDM的誤碼率性能大幅下降。因此，使用OFDM技術(shù)要首先解決頻偏的問題。
[0004]無線通信中頻率偏移主要有兩個(gè)來源:1.)由收發(fā)信機(jī)之間的本振頻率不完全一致造成的頻率偏移。這類頻率偏移對于一對收發(fā)信機(jī)來說是固定的，通過對比和估計(jì)就可以加以消除。2.)無線傳輸過程中電磁波入射到移動(dòng)的用戶或反射物而導(dǎo)致的多普勒頻移。當(dāng)無線傳輸?shù)氖瞻l(fā)信機(jī)之間只有一條傳播路徑時(shí)，只可能存在一個(gè)多普勒頻移，可以通過在接收端對該頻偏加以估計(jì)并消除。
[0005]在實(shí)際的無線通信中，頻率偏移和多徑傳輸往往會(huì)糾纏在一起使問題變的很復(fù)雜。在高速移動(dòng)環(huán)境下，無線傳輸?shù)亩鄰叫?yīng)和高速移動(dòng)所造成的多普勒頻移相結(jié)合使得頻偏的估計(jì)和信道的估計(jì)都變得十分困難。這種情況形成的原因是發(fā)射給同一用戶的信號(hào)在無線傳輸?shù)倪^程中分別經(jīng)歷了不同的傳輸路徑，多徑信號(hào)入射到高速移動(dòng)的物體會(huì)具有不同的多普勒頻移，此時(shí)的信道具有顯著的頻率選擇性，同時(shí)還具有快時(shí)變的特性。對于這類信道的估計(jì)問題，目前已有大量的研究，針對具有單天線的接收機(jī)分別在時(shí)域或頻域?qū)π诺澜⒘四Ｐ?，并提出了相?yīng)的解決方法。一般地，對這類信道要先估計(jì)出頻偏再加以補(bǔ)償，消除了頻偏的影響后再獲得對信道的估計(jì)。對于單天線接收機(jī)來說，只能估計(jì)出一個(gè)頻偏，如果有多個(gè)頻偏存在時(shí)所估計(jì)出的頻偏是多個(gè)頻偏在接收機(jī)處的一個(gè)合成效果，該值會(huì)介于多個(gè)頻偏之間，但和任何一個(gè)實(shí)際的頻偏都不相符。因此，想用估計(jì)到的這個(gè)頻偏去消除由多個(gè)頻偏所帶來的影響是不可能的，會(huì)給系統(tǒng)的誤碼率性能帶來很大的影響，出現(xiàn)這種狀況的根本原因是利用為處理單頻偏而建立的模型已無法應(yīng)對多頻偏的問題。
[0006]在高速無線通信系統(tǒng)中由于相干解調(diào)具有比較好的誤碼率性能而被廣泛采用，但相干解調(diào)時(shí)需要在接收端獲得信道的信息，這就要求對信道有準(zhǔn)確的估計(jì)和跟蹤。在非專利文獻(xiàn)[I]中，對于多普勒頻移不很顯著的情況，ICI被當(dāng)作高斯噪聲來處理，使用了接收天線的分集技術(shù)來改善系統(tǒng)的性能。而在非專利文獻(xiàn)[2]中，利用多徑信道的時(shí)域及頻域具有的相關(guān)性及帶限性，對多普勒頻移較小時(shí)的情況提出了一種魯棒的信道估計(jì)算法，使信道的估計(jì)精度進(jìn)一步提升。當(dāng)移動(dòng)的速度提高時(shí)，在一個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)的無線信道變化已不能忽略，非專利文獻(xiàn)[3]中采用線性模型描述信道的時(shí)變性，為了減少運(yùn)算量，在頻域信道矩陣中只考慮存在ICI較大的相鄰子載波，對殘余能量較低的ICI給以了忽略。為應(yīng)對多徑快時(shí)變信道，有多種基于基展開模型的信道估計(jì)方法被提出，其中有非專利文獻(xiàn)[4-6]的復(fù)指數(shù)函數(shù)、非專利文獻(xiàn)[7-8]的多項(xiàng)式、非專利文獻(xiàn)[9]的橢圓函數(shù)，這些方法利用基函數(shù)對時(shí)變信道進(jìn)行降階逼近，從而把時(shí)變信道的估計(jì)問題轉(zhuǎn)化為了參數(shù)估計(jì)問題。在非專利文獻(xiàn)[10]中，對各類基于基展開模型的信道估計(jì)方法進(jìn)行了總結(jié)，給出了統(tǒng)一的線性均方誤差估計(jì)(LMMSE)以及最小二乘估計(jì)(LS)?；诨归_模型的信道估計(jì)方法從時(shí)域擬合時(shí)變的信道，模型的階數(shù)高低要和信道時(shí)變的快慢相適應(yīng)。當(dāng)需要估計(jì)的參數(shù)增多以及信道的相干時(shí)間變短時(shí)，要達(dá)到相同的估計(jì)精度就需要更多的導(dǎo)頻信息，而且需要更高的計(jì)算復(fù)雜度。
[0007]對于高速移動(dòng)環(huán)境下的信道估計(jì)的另一類方法是假設(shè)信道在頻域服從高斯-馬爾科夫過程(參見非專利文獻(xiàn)[11])，利用Kalman濾波器估計(jì)并跟蹤多徑快衰落信道(參見非專利文獻(xiàn)[12，13])。采用這類方法要頻繁地插入訓(xùn)練序列，當(dāng)信道變化加快時(shí)則難以跟蹤信道的變化。與基于基展開模型的參數(shù)估計(jì)方法類似，這種基于頻域AR模型并結(jié)合Kalman濾波的方法也需要在模型的階數(shù)與估計(jì)的精度和頻譜的利用率之間尋求一個(gè)折中。為了在不降低頻譜利用率的情況下提高估計(jì)的精度，在文(參見非專利文獻(xiàn)[14，15])中提出了利用迭代對信道估計(jì)與檢測方法，其中利用判決反饋的方式用檢測符號(hào)代替部分的導(dǎo)頻信息和訓(xùn)練序列。這類方法的研究重點(diǎn)是如何通過提高符號(hào)的判決精度來提高收斂速度，以及如何降低計(jì)算的復(fù)雜度。在目前的符號(hào)判決方法中，大多都是假設(shè)頻域信道矩陣為塊對角矩陣(參見非專利文獻(xiàn)[16，17])，這樣做可以消除ICI中的大部分，而且不會(huì)使計(jì)算量增加過多。這種假設(shè)并不能完全消除ICI的影響，當(dāng)移動(dòng)速度較高時(shí)塊對角矩陣的寬度會(huì)變大，使檢測復(fù)雜度增加，迭代算法的計(jì)算量加大，無法適應(yīng)高速移動(dòng)的情況。
[0008]上面所介紹的技術(shù)試圖用解決單頻偏的方法來解決多頻偏問題，雖然有一定的效果，但是算法復(fù)雜且無法從根本上解決問題。
[0009]具體地說，現(xiàn)有技術(shù)存在下述缺點(diǎn):
[0010](I)要估計(jì)高速移動(dòng)環(huán)境下OFDM的頻偏需要更多導(dǎo)頻符號(hào)，占用了更多的頻譜資源。多頻偏的存在使信號(hào)的幅度和頻率特性變化較大，使用同等數(shù)量的導(dǎo)頻符號(hào)已經(jīng)不能很好的估計(jì)和補(bǔ)償頻偏的影響?，F(xiàn)有的方法是用估計(jì)單頻偏的方法來應(yīng)對多頻偏問題的，而多頻偏信號(hào)經(jīng)過了合成后糾纏在了一起已經(jīng)從信號(hào)上區(qū)分不出來了。
[0011](2)算法的復(fù)雜程度增加，延時(shí)相應(yīng)的增加。多個(gè)頻偏的存在使得算法的復(fù)雜程度增加，通過在時(shí)頻域的共同處理和估計(jì)能夠?qū)烙?jì)的頻偏有一定的改善，但是所增加的復(fù)雜程度是實(shí)際應(yīng)用中較難克服的問題。
[0012](3)頻偏無法估計(jì)準(zhǔn)確，補(bǔ)償后系統(tǒng)的性能無法得到很好的改善。
[0013]現(xiàn)有的方法采用的是傳統(tǒng)的應(yīng)對單頻偏的方法，從根本上來說解決不了多頻偏問題，所估計(jì)出的頻偏也不能夠補(bǔ)償多頻偏所造成的影響，因此使得系統(tǒng)在頻偏補(bǔ)償后無法獲得很好的性能提升。
[0014]參考文獻(xiàn)列表:
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0032]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠從高速環(huán)境下的多頻偏的成因入手利用多天線的空域特性來處理多頻偏的影響的方法。
[0033]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種利用多天線消除高速移動(dòng)環(huán)境下多頻偏的方法，包括:第一步驟，利用多天線構(gòu)成扇區(qū)化天線；第二步驟，按照通信環(huán)境的條件確定波束的寬度；第三步驟，以確定的波束寬度在360度的范圍進(jìn)行掃描；以及第四步驟，當(dāng)掃描到某一方位的信號(hào)的強(qiáng)度大于預(yù)定閾值強(qiáng)度時(shí)停止掃描，并利用由多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線所接收到的信號(hào)進(jìn)行通信。
[0034]優(yōu)選地，所述預(yù)定閾值強(qiáng)度是可設(shè)置的。
[0035]優(yōu)選地，多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線只接收具有單一頻偏的一條多徑信號(hào)。
[0036]優(yōu)選地，利用多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線是利用三個(gè)天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線。
[0037]優(yōu)選地，利用多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線是利用四個(gè)至九個(gè)天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線。
[0038]優(yōu)選地，扇區(qū)化天線被安裝在高速行駛的車輛上。
[0039]優(yōu)選地，利用由多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線所接收到的信號(hào)進(jìn)行的通信是采用正交頻分復(fù)用技術(shù)的通信。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中:
[0041]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線示意。
[0042]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線的工作不意。
[0043]需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標(biāo)有相同或者類似的標(biāo)號(hào)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0044]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0045]多天線方案概述
[0046]本申請發(fā)明人有利地發(fā)現(xiàn):由于在高速移動(dòng)的環(huán)境下多頻偏的存在，使得高頻譜效率的OFDM系統(tǒng)無法獲得應(yīng)有的性能；而現(xiàn)有的方法還是把多頻偏問題當(dāng)作單頻偏問題處理，只是采用了一些算法上的改進(jìn)，從多頻偏形成的機(jī)理上無法根本上解決多頻偏所帶來的影響。多頻偏是由于多徑信號(hào)在接收端的疊加合成造成的，如果能夠從空域的角度直接避免多路徑信號(hào)在接收端的合成將使問題得到根本上的解決。由此，可以通過在高速車輛的接收端使用多天線，可以利用天線的空域處理能力，對特定的來波方向形成波束，使接收端只接收單路徑的信號(hào)，此時(shí)只有單一的頻偏，就可以使用傳統(tǒng)的估計(jì)和補(bǔ)償頻偏的方法使系統(tǒng)的性能得到較大程度的提升，從根本上解決了問題。
[0047]在高速移動(dòng)環(huán)境下，無線信號(hào)入射到接收端時(shí)會(huì)具有明顯的多普勒頻移特性。如果信號(hào)只有一條路徑時(shí)，在接收端就只有一個(gè)頻偏，通過對頻偏的估計(jì)可以加以消除和補(bǔ)償。但是，由于無線傳輸?shù)亩鄰教匦?，多條路徑同時(shí)入射到高速移動(dòng)的終端時(shí)會(huì)具有多個(gè)不同的多普勒頻移。多徑多頻偏的信號(hào)在接收端的疊加就形成了差拍信號(hào)，時(shí)域信號(hào)的包絡(luò)就會(huì)產(chǎn)生變化，形成了時(shí)間選擇性衰落。由于在高速移動(dòng)環(huán)境下多普勒頻移比較顯著，這種由多徑多普勒頻移所引起的信道時(shí)頻域的變化對無線信號(hào)帶來了非常大的影響。此時(shí)信道的時(shí)域選擇性衰落和頻域選擇性衰落使得傳統(tǒng)的時(shí)頻域的處理方法已經(jīng)無能為力了，也就是說如果再利用單天線進(jìn)行接收，多徑信號(hào)一旦在接收端疊加合成了就無法從根本上解決問題了。
[0048]無線信號(hào)所受到的頻率選擇性衰落和時(shí)間選擇性衰落的根本原因是由于無線傳輸在空域的多徑效應(yīng)和多普勒頻移造成的，或者說由于使用單天線接收高速移動(dòng)下的多徑多頻偏信號(hào)使得信號(hào)出現(xiàn)了時(shí)間選擇性和頻率選擇性，其本質(zhì)上是在空域具有多個(gè)頻偏的多徑衰落。對于由空域產(chǎn)生的問題，利用時(shí)頻域的處理是無法解決的。
[0049]相對于有線通信來說，無線通信不但有時(shí)間、頻率的概念還有著空間的概念。無線信號(hào)在空間傳播時(shí)同樣也有能量的概念，雖然目前還無法用理論和公式來確切地描述這種空間的‘譜’，但它確實(shí)是存在的。因此，要完全透徹的描述無線通信和無線信道，必須要使用時(shí)間、頻率和空間的三維參數(shù)。對于無線通信中的衰落問題，從其本質(zhì)出發(fā)必須從信號(hào)的空間譜入手，對于空間中的不同路徑的信號(hào)要利用它們到達(dá)接收端時(shí)的入射方位角的不同，從空間的角度加以判斷和區(qū)分。因此，本發(fā)明在接收端具有多天線后，結(jié)合陣列天線的空域處理技術(shù)可以對不同的多徑信號(hào)的來波方向進(jìn)行估計(jì)，并通過波束成形對不同路徑的信號(hào)分別處理和提取。
[0050]高速移動(dòng)環(huán)境下無線通信的多徑數(shù)量并不是很多，一般情況只有兩三條路徑，表現(xiàn)為每條路徑具有不同的方位信息。雖然到達(dá)接收端的不同多徑信號(hào)有著不同的多普勒頻移，但卻是從不同的方位角入射來的，如果能夠?qū)Σ煌较虻膩聿ㄐ盘?hào)進(jìn)行分離，就可以使每條路徑上只具有單一的頻偏，依然可以通過估計(jì)得到正確的頻偏并加以消除。
[0051]多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線結(jié)構(gòu)[0052]利用多天線實(shí)現(xiàn)的扇區(qū)化天線為了獲得可靠的通信路徑需要在360度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)波束的切換，切換的速度要能夠保證正常的通信需求。同時(shí)，考慮到不同方向上的多天線所形成波束應(yīng)該具有相同的增益，因此多天線的排列形式可以考慮均勻的圓形陣列，而不能使用線性陣列。
[0053]為了使多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線對不同方向的來波具有相同的增益，多天線的排列采用圓形陣列。當(dāng)單元天線是微帶天線時(shí)，用多個(gè)微帶天線排成圓柱的形狀，通過對不同天線的選擇，用不同位置的天線構(gòu)成的陣列就可以在特定的方向形成波束，而在其他的方向上形成零陷點(diǎn)起到抑制作用。對于不同天線組合的變化就使得多天線形成的波束實(shí)現(xiàn)了切換，使形成的波束只對多徑信號(hào)的一路進(jìn)行接收克服了多徑多頻偏對無線通信所帶來的影響，對于只有一個(gè)頻偏時(shí)的估計(jì)和補(bǔ)償是容易實(shí)現(xiàn)的。
[0054]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線示意。圖1中假設(shè)基站BS發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過兩條路徑傳輸?shù)竭_(dá)高速移動(dòng)的接收端MS時(shí)具有兩個(gè)頻偏(第一頻偏fl和第二頻偏f2)，由于這兩條路徑的入射方位不同，利用多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線可以只對其中的一條路徑形成波束，而對另一條波束形成零陷點(diǎn)，這樣在接收到的信號(hào)中就會(huì)只含有單一的頻偏，可以通過較為成熟的算法加以估計(jì)和補(bǔ)償，使系統(tǒng)的性能得到有效的提升。
[0055]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線的工作不意。
[0056]如圖2所示，首先，在第一步驟SI中，利用多天線構(gòu)成扇區(qū)化天線；
[0057]并且，在第二步驟S2中按照通信環(huán)境的條件確定波束的寬度，出于對多徑信號(hào)的抑制作用及避免扇區(qū)化天線的頻繁掃描，波束的寬度可以選擇在60度；具體地說，按照通信環(huán)境的條件確定波束的寬度，出于對多徑抑制的需要，波束的寬度不能太寬，但是過窄又會(huì)引起頻繁的波束掃描，因此從折中的角度及實(shí)際的應(yīng)用角度考慮波束的寬度，如60度的波束即可以有效的分離不同的路徑信號(hào)，同時(shí)也不至于出現(xiàn)頻繁的掃描；
[0058]隨后，在第三步驟S3中，以確定的波束寬度在360度的范圍進(jìn)行掃描；
[0059]在第四步驟S4中，當(dāng)掃描到某一方位的信號(hào)的強(qiáng)度大于預(yù)定閾值強(qiáng)度時(shí)停止掃描，隨后可以利用由多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線在特定的方位上進(jìn)行通信(由于正交頻復(fù)用對頻偏的敏感性，這里假定采用正交頻分復(fù)用技術(shù)的通信)；即當(dāng)掃描到某一方位的信號(hào)足夠正常通信時(shí)停止掃描，而不必要掃描出最強(qiáng)的信號(hào)方位才進(jìn)行通信，由于波束的寬度限制使高速移動(dòng)的車輛只可能接收到單路徑的信號(hào)，克服了多頻偏對通信的影響。
[0060]雖然以采用正交頻分復(fù)用技術(shù)的通信示出了本發(fā)明的具體示例，但是對于存在與采用正交頻分復(fù)用技術(shù)的通信相同問題的其它通信方式，也可以應(yīng)用本發(fā)明的方案。
[0061]優(yōu)選地，用戶可以設(shè)置所述預(yù)定閾值強(qiáng)度。而且，在應(yīng)用時(shí)，用戶可以根據(jù)具體通信條件和通信設(shè)備對預(yù)定閾值強(qiáng)度進(jìn)行任意適當(dāng)設(shè)置。
[0062]優(yōu)選地，多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線可以只接收具有單一頻偏的某一條多徑信號(hào)。
[0063]例如，在具體實(shí)施例中，利用多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線是利用三個(gè)天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線，此時(shí)扇區(qū)化天線結(jié)構(gòu)最簡單，可以有效簡化結(jié)構(gòu)。但是，在其它實(shí)施例中，例如利用多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線是利用四個(gè)或者更多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線。優(yōu)選地，利用多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線是利用三個(gè)至九個(gè)天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線，此時(shí)可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和效果的最佳折中。
[0064]并且，實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供的上述方法尤其適用于移動(dòng)速度超過60km/h (千米每小時(shí))的對象(例如行駛的車輛上的乘客)的采用正交頻分復(fù)用技術(shù)的通信；換言之，上述方法對移動(dòng)速度超過60km/h的對象的正交頻分復(fù)用通信的通信質(zhì)量改善尤
其顯著。
[0065](I)在高速移動(dòng)環(huán)境下當(dāng)接收端設(shè)置了多天線后可以實(shí)現(xiàn)對多條路徑的分離，從空域處理的角度解決了多頻偏的問題。
[0066]具體地說，當(dāng)多路徑的信號(hào)從不同的角度到達(dá)高速移動(dòng)的車輛時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的頻偏，這些具有不同頻偏的信號(hào)會(huì)在單天線的接收端疊加在一起，多頻偏信號(hào)混合后無法正確的估計(jì)出不同的頻偏，也就無法對原有的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，會(huì)對系統(tǒng)的性能造成較大的影響。但是當(dāng)接收端設(shè)置了多天線后，可以利用多天線的空域處理能力對特定的方向形成波束，這樣就可以對不同來波方向的多徑信號(hào)進(jìn)行分離，使接收到的信號(hào)中不再是多徑信號(hào)的合成。
[0067](2)對頻偏的估計(jì)算法變?yōu)閱晤l偏問題，算法的復(fù)雜度降低。
[0068]具體地說，由于使用了多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線，只對某一個(gè)特定的方向形成波束，而具有不同頻偏的多徑信號(hào)是從不同的方向入射到高速行進(jìn)的列車上的，因此利用多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線可以只接收具有單一頻偏的某一條多徑信號(hào)，而對其它方向入射來的信號(hào)可以進(jìn)行有效的抑制，這樣在接收端實(shí)際處理的就是單頻偏問題，使問題的復(fù)雜度降低，而且有相對成熟的算法可以利用，可以有很好的估計(jì)性能。
[0069](3)可以提高對頻偏的估計(jì)精度，經(jīng)補(bǔ)償后可以提高系統(tǒng)的性能。
[0070]具體地說，在接收端使用單天線時(shí)是無法使多路徑的信號(hào)在接收端分開接收的，而合成后的多路徑信號(hào)因?yàn)榫哂卸鄠€(gè)頻偏使得后續(xù)的估頻偏和對頻偏的補(bǔ)償都帶來了問題，無法正確的估計(jì)出多個(gè)頻偏并對多個(gè)頻偏進(jìn)行補(bǔ)償，因此對于OFDM系統(tǒng)來說碼間干擾問題嚴(yán)重。但當(dāng)使用了多個(gè)天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線后，在空域上區(qū)分開了多徑信號(hào)，可以使接收到的信號(hào)只具有單頻偏，可以實(shí)現(xiàn)對頻偏的正確估計(jì)和補(bǔ)償，這樣就可以使系統(tǒng)的性能獲得顯者的提聞。
[0071]現(xiàn)有技術(shù)是對在接收端接收到經(jīng)過合并后的多路徑信號(hào)的處理來試圖估計(jì)頻偏，通過在時(shí)頻域的處理來獲得對多頻偏的補(bǔ)償。而在本發(fā)明中，通過在接收端的多天線對多路徑信號(hào)實(shí)現(xiàn)了分離作用，可以做到在接收端只有單路徑信號(hào)，避免了多路徑多頻偏信號(hào)在接收端的直接合成，因此從根本上克服了多頻偏無法正確估計(jì)和補(bǔ)償?shù)膯栴}。傳統(tǒng)的接收端只有單天線，而在本發(fā)明中在接收端是使用的多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線，通過扇區(qū)化天線的切換可以對某個(gè)方向形成定向的接收而對其余的方向形成抑制，可以避免多路徑信號(hào)在接收端的合成。
[0072]在具體示例中，例如，通過在高速行駛的車輛上設(shè)置多天線，可以利用多天線構(gòu)成能夠進(jìn)行波束掃描的扇區(qū)化天線，在高速行使的過程中有針對性的對某一個(gè)方向形成波束，在保證通信質(zhì)量的同時(shí)由于有波束寬度的限制可以降低甚至完全消除由于多徑效應(yīng)而在高速移動(dòng)車輛上形成的多頻偏，使頻偏的估計(jì)和糾正算法得到簡化，使系統(tǒng)的性能得到了有效的提聞。
[0073]此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區(qū)分說明書中的各個(gè)組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個(gè)組件、元素、步驟之間的邏輯關(guān)系或者順序關(guān)系等。
[0074]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用多天線消除高速移動(dòng)環(huán)境下多頻偏的方法，其特征在于包括: 第一步驟，利用多天線構(gòu)成扇區(qū)化天線； 第二步驟，按照通信環(huán)境的條件確定波束的寬度； 第三步驟，以確定的波束寬度在360度的范圍進(jìn)行掃描； 第四步驟，當(dāng)掃描到某一方位的信號(hào)的強(qiáng)度大于預(yù)定閾值強(qiáng)度時(shí)停止掃描，并利用由多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線所接收到的信號(hào)進(jìn)行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用多天線消除高速移動(dòng)環(huán)境下多頻偏的方法，其特征在于，所述預(yù)定閾值強(qiáng)度是可設(shè)置的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用多天線消除高速移動(dòng)環(huán)境下多頻偏的方法，其特征在于，多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線只接收具有單一頻偏的一條多徑信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用多天線消除高速移動(dòng)環(huán)境下多頻偏的方法，其特征在于，利用多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線是利用三個(gè)天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用多天線消除高速移動(dòng)環(huán)境下多頻偏的方法，其特征在于，利用多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線是利用四個(gè)至九個(gè)天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用多天線消除高速移動(dòng)環(huán)境下多頻偏的方法，其特征在于，扇區(qū)化天線被安裝在高速行駛的車輛上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用多天線消除高速移動(dòng)環(huán)境下多頻偏的方法，其特征在于，利用由多天線構(gòu)成的扇區(qū)化天線所接收到的信號(hào)進(jìn)行的通信是采用正交頻分復(fù)用技術(shù)的通信。
【文檔編號(hào)】H04L27/26GK103607362SQ201310616642
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】孟銀闊 申請人:上海電機(jī)學(xué)院