本發(fā)明屬于天線的
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種認知無線電系統(tǒng)的全向通信天線的控制方法。
背景技術(shù)：
：認知無線電(CognitiveRadio，CR)是一種可控頻譜共享技術(shù)。它能夠連續(xù)不斷地感知無線環(huán)境的變化、在不改變系統(tǒng)硬件的條件下，使用可控技術(shù)實時地調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)(如發(fā)射功率、載波頻率等)，以適應(yīng)環(huán)境的變化，從而實現(xiàn)對已有頻譜的再利用，能達到很高的頻譜的利用率。特別是可讓非授權(quán)用戶，即次用戶(seconddaryuser，SU)使用授權(quán)用戶，即主用戶(primaryuser，PU)的頻譜。由于面對不可再生的無線電頻譜資源，與授權(quán)用戶共享頻譜的時候，SU肯定對PU產(chǎn)生一些干擾，那么如何去抑制這些干擾，在不影響PU正常工作的前提下，滿足SU的通信質(zhì)量要求，成為認知無線電系統(tǒng)研究的重點以及挑戰(zhàn)。當前，認知無線電系統(tǒng)作為無線通信領(lǐng)域研究熱點之一，一般非授權(quán)用戶(SU)使用全向天線通信，在時域或頻域上尋找可用頻譜?；谌蛱炀€的特性，它可以在各個方向上檢測當前整個區(qū)域的頻譜使用情況，由于非授權(quán)用戶(SU)在實際的通信過程中，僅希望對目標的方向發(fā)送和接收信號，這樣不可避免會對非目標的方向產(chǎn)生干擾，因此不能充分利用現(xiàn)有的頻譜資源。在與授權(quán)用戶(PU)共享頻譜時，減少非授權(quán)用戶(SU)產(chǎn)生的干擾，能使SU和PU共享信道，可以將可控天線技術(shù)引入到認知無線電系統(tǒng)中。非授權(quán)用戶(SU)使用可控天線進行發(fā)射和接收，當非授權(quán)用戶(SU)處于發(fā)射狀態(tài)時，將對非期望方向的用戶形成零陷，使期望方向的用戶接收到信噪比最大；當非授權(quán)用戶(SU)處于接收狀態(tài)，僅在期望方向上接收信號，零陷窄帶波束以外的信號；這樣既可以避免非授權(quán)用戶(SU)對授權(quán)用戶(PU)產(chǎn)生干擾，又能降低與其它用戶間的相互干擾[8]?？煽靥炀€是通過空分多址原理來實現(xiàn)對不同用戶的區(qū)分，從而提高頻譜利用率以及通信質(zhì)量，改善認知無線電系統(tǒng)的性能?？煽靥炀€的結(jié)構(gòu)主要由以下四個部分構(gòu)成：天線陣列、模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)、波束形成網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)處理部分。如圖1所示：(1)天線陣列部分：它包括多個天線陣元，一般是均勻圓形陣、均勻直線陣、隨機分布線陣、十字陣等。(2)模數(shù)轉(zhuǎn)換部分：接收鏈路(下行)由模擬信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號，發(fā)射鏈路(上行)由數(shù)字信號轉(zhuǎn)換模擬信號。(3)自適應(yīng)處理部分：通過自適應(yīng)算法和數(shù)字信號處理器來對實時輸入的信號和干擾矢量進行處理，用來產(chǎn)生自適應(yīng)的最優(yōu)權(quán)值參數(shù)。(4)波束形成網(wǎng)絡(luò)：能夠動態(tài)自適應(yīng)加權(quán)處理，經(jīng)過自適應(yīng)信號處理器處理，產(chǎn)生所期望的自適應(yīng)波束。在認知無線電系統(tǒng)中，使用全向天線的認知用戶與授權(quán)用戶共享頻譜時，不可避免會對授權(quán)用戶產(chǎn)生干擾，而且控制過程復(fù)雜，這樣會影響系統(tǒng)的性能。技術(shù)實現(xiàn)要素：基于此，本發(fā)明的首要目地是克服上述問題，提供一種基于天線控制系統(tǒng)的控制方法，該控制方法在認知無線電系統(tǒng)中引入可控天線技術(shù)，利用其空分多址特性使認知用戶和授權(quán)用戶共享頻譜，在同時域同頻域的情況下，可以實現(xiàn)認知用戶的通信工作。本發(fā)明的另一個目地在于提供一種基于天線控制系統(tǒng)的控制方法，該天線控制方法可以提高認知無線電系統(tǒng)的性能，作為認知用戶能從空域中尋找更多的頻譜機會，減少同頻干擾，降低了頻率復(fù)用系數(shù)，提高頻譜利用率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于天線控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于該方法利用轉(zhuǎn)臺控制器、控制裝置及天線之間的通信完成對天線的控制，包括如下步驟：101、啟動，系統(tǒng)初始化；102、控制裝置與天線、轉(zhuǎn)臺控制器建立連接；該步驟中，控制裝置與天線的連接端口以RS232的形式，用于對天線系統(tǒng)進行程控工作模式的通訊和控制。且控制裝置與天線的通信格式如下：7E+00H+COM(命令)+LEN(數(shù)據(jù)長度)+DATA(數(shù)據(jù))+校驗碼+7E。控制裝置與天線轉(zhuǎn)臺控制器之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為UDP協(xié)議，雙方需要綁定端口號。命令格式為16進制字節(jié)。其中，協(xié)議格式是用于上位機(可控天線控制系統(tǒng)也稱為控制裝置)向下位機(轉(zhuǎn)臺控制器)發(fā)送控制命令信息，其主要包括有：起始字節(jié)：0xFF，結(jié)束字節(jié)：OxFE；命令符：操作命令的代碼數(shù)據(jù)位，操作時所需要的數(shù)據(jù)。上位機向下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)包含下面兩種幀格式：1、三字節(jié)命令的幀格式，三字節(jié)命令的幀格式包括有起始符、終止符及命令符。起始符0xFF：作為數(shù)據(jù)起始標志，收到此字符，則證明數(shù)據(jù)開始傳輸。終止符0xFE：作為數(shù)據(jù)結(jié)束標志，收到此字符，則證明數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。命令符0x01：此數(shù)值代表著操作命令，不同的命令代表不同的功能。2、七字節(jié)命令的幀格式，七字節(jié)命令的幀格式包括有起始符、命令符、透明信息、數(shù)據(jù)高、數(shù)據(jù)中、數(shù)據(jù)低、終止符。起始符0xFF：作為數(shù)據(jù)起始標志，收到此字符，則證明數(shù)據(jù)開始傳輸。終止符0xFE：作為數(shù)據(jù)結(jié)束標志，收到此字符，則證明數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。命令符0x07：此數(shù)值代表著操作命令的信息，按照具體命令填寫。103、輸入需要選擇的波位號或者衰減量。在該步驟中，需要判斷輸入的波位號是否錯誤，如果錯誤則要重新操作；并判斷衰減量是否超過范圍，如果超過范圍則需要重新輸入。104、將波位號或者衰減量按照通信格式打包。105、將打包后的數(shù)據(jù)傳輸給轉(zhuǎn)臺控制器。106、轉(zhuǎn)臺控制器控制天線工作，并由天線反饋工作狀態(tài)數(shù)據(jù)給控制裝置。本發(fā)明結(jié)合嵌入式和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，來實現(xiàn)天線的波束角度可調(diào)、方向可調(diào)、功率可調(diào)的功能，為了提高天線角度控制的準確性，也提高了天線的輻射角度以及改善了系統(tǒng)的性能。并且由于對天線的有效控制，能夠減少同頻干擾，降低了頻率復(fù)用系數(shù)，提高頻譜利用率。附圖說明圖1是現(xiàn)有技術(shù)的天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所實施的天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明所實施的控制流程圖。圖4是本發(fā)明所實施控制字的狀態(tài)定義圖。圖5是本發(fā)明所實施ENC28J60的初始化流程圖。圖6是本發(fā)明所實施天線串口的中斷流程圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖2所示，本發(fā)明所實現(xiàn)的天線系統(tǒng)包括有相控陣天線、轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)臺控制器及控制裝置構(gòu)成，所述相控陣天線設(shè)置于轉(zhuǎn)臺上，轉(zhuǎn)臺由轉(zhuǎn)臺控制器進行控制，控制裝置則實現(xiàn)對轉(zhuǎn)臺控制器的控制。無線通信系統(tǒng)是將可用信息加載到無線電波或射頻波上，再利用天線進行電波的發(fā)射和接收操作，從而實現(xiàn)設(shè)備間的通信。天線還具有能量轉(zhuǎn)換功能，將饋線的高頻電流轉(zhuǎn)換為無線電波。垂直極化波就是電場強度方向垂直于地面，水平極化波就是電場強度方向平行于地面。本系統(tǒng)的雙頻段圓環(huán)相控陣天線的天線極化方式是垂直極化，其工作方式是水平面電控掃描，垂直面固定波束。方向圖上有主瓣和副瓣之分，波束寬度就是主瓣兩半功率點間的夾角，其中主瓣的瓣寬和方向性成反比的，決定了抗干擾能力的強弱。相控陣天線是在轉(zhuǎn)臺控制器的控制下，利用電控制陣列單元的相位來改變波束指向，實現(xiàn)波束的快速掃描，而且其方向圖是隨著波束的掃描發(fā)生變化。通常，使用鍵盤操作相控陣天線，鍵盤將輸入指令傳輸給控制裝置，控制裝置將控制信號傳輸給轉(zhuǎn)臺控制器，轉(zhuǎn)臺控制器則執(zhí)行具體的控制指令，控制相控陣天線的調(diào)整。其具體實現(xiàn)的控制方法為：101、啟動，系統(tǒng)初始化。102、控制裝置與天線、轉(zhuǎn)臺控制器建立連接。該步驟中，控制裝置與天線的連接端口以RS232的形式，用于對天線系統(tǒng)進行程控工作模式的通訊和控制。且控制裝置與天線的通信格式如下：7E+00H+COM(命令)+LEN(數(shù)據(jù)長度)+DATA(數(shù)據(jù))+校驗碼+7E?？刂蒲b置與天線轉(zhuǎn)臺控制器之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為UDP協(xié)議，雙方需要綁定端口號。命令格式為16進制字節(jié)。其中，協(xié)議格式是用于上位機(可控天線控制系統(tǒng))向下位機(轉(zhuǎn)臺控制器)發(fā)送控制命令信息，其注意包括有：起始字節(jié)：0xFF，結(jié)束字節(jié)：OxFE；命令符：操作命令的代碼數(shù)據(jù)位，操作時所需要的數(shù)據(jù)。上位機向下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)包含下面兩種幀格式：1、字節(jié)命令的幀格式，如表1所示為三字節(jié)命令的幀格式。表1起始符0xFF：作為數(shù)據(jù)起始標志，收到此字符，則證明數(shù)據(jù)開始傳輸。終止符0xFE：作為數(shù)據(jù)結(jié)束標志，收到此字符，則證明數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。命令符0x01：此數(shù)值代表著操作命令，不同的命令代表不同的功能。2、七字節(jié)命令的幀格式，如表2所示為七字節(jié)命令的幀格式。起始符命令符透明信息數(shù)據(jù)高數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)低終止符0xFF0x070x000xaa0xaa0xaa0xFE1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)表2起始符0xFF：作為數(shù)據(jù)起始標志，收到此字符，則證明數(shù)據(jù)開始傳輸。終止符0xFE：作為數(shù)據(jù)結(jié)束標志，收到此字符，則證明數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。命令符0x07：此數(shù)值代表著操作命令的信息，按照具體命令填寫。103、輸入需要選擇的波位號或者衰減量。在該步驟中，需要判斷輸入的波位號是否錯誤，如果錯誤則要重新操作；并判斷衰減量是否超過范圍，如果超過范圍則需要重新輸入。104、將波位號或者衰減量按照通信格式打包。105、將打包后的數(shù)據(jù)傳輸給轉(zhuǎn)臺控制器。106、轉(zhuǎn)臺控制器控制天線工作，并由天線反饋工作狀態(tài)數(shù)據(jù)給控制裝置。如圖4所示，為天線控制信號中，控制字的狀態(tài)定義圖，每一位的狀態(tài)均有“0”和“1”兩種。相控陣天線系統(tǒng)通常是由陣列天線、移相器、饋電網(wǎng)絡(luò)等組成。陣列天線一般是若干個單元天線組成；移相器是由數(shù)字式移相器和連續(xù)式移相器組成，數(shù)字式移相器提供離散的移相值，必須是360°×(1/2)的整數(shù)倍，其中n代表位數(shù)。在0°～360。范圍內(nèi)，連續(xù)式移相器的移相值是可以連續(xù)變化的。本系統(tǒng)使用的相控陣天線的移相器是數(shù)字式移相器，n＝5，移相器位的狀態(tài)“0”表示直通，不移相；“1”表示移相，即對應(yīng)通道相位延遲對應(yīng)的度數(shù)。衰減器位的狀態(tài)“0”代表直通，不衰減；“1”表示衰減，即對應(yīng)通道幅度衰減對應(yīng)的dB數(shù)。具體實踐中，在控制裝置上使用鍵盤操作相控陣天線的基本操作步驟如下：①開機后，系統(tǒng)顯示主界面。②按菜單menu鍵進入選擇界面，根據(jù)提示輸入需要選擇的波位號或者衰減量。③輸入完成后按enter鍵結(jié)束輸入，返回主界面。④如果波位號選擇錯誤，則會顯示提示信息，按enter鍵返回選擇界面，重新進行選擇。⑤如果衰減量輸入超出范圍，會顯示提示信息，按enter鍵返回重新輸入。⑥在選擇界面，可以通過上和下及左右鍵來控制光標，以進行選擇。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能，控制裝置及轉(zhuǎn)臺控制器的以太網(wǎng)模塊設(shè)計大多是采取嵌入式微控制器和外圍協(xié)議芯片組合的解決方案，以結(jié)合控制裝置的主芯片的特性以及更好實現(xiàn)高速通信，轉(zhuǎn)臺控制器采用以太網(wǎng)模塊設(shè)計方式，采用28引腳獨立以太網(wǎng)芯片ENC28J60。如圖5所示，基于SPI接口的ENC28J60以太網(wǎng)驅(qū)動的核心就是初始化過程。具體實現(xiàn)的過程是首先需要初始化SPI接口，片選使能；再進行軟件復(fù)位，等待時鐘的穩(wěn)定；然后設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)的起始和結(jié)束地址；設(shè)置MAC地址和配置PHY全雙工，最后初始化中斷并使能數(shù)據(jù)接收位。結(jié)合圖6所示，轉(zhuǎn)臺控制器與相控陣天線通過串口RS232連接，用于對天線系統(tǒng)進行程控工作模式的通訊和控制。其串口的中斷方式流程如圖6所示。轉(zhuǎn)臺控制器的串口進行初始化設(shè)置，與相控陣天線系統(tǒng)建立正常連接后，可控天線控制器就可以使用串口對天線系統(tǒng)進行程控工作模式的通訊和控制。控制流程是基于μCOS/II操作系統(tǒng)和μIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧下實現(xiàn)的，可控天線控制器上電后，顯示開機界面，顯示實時時鐘，下方有三個按鈕，RESET復(fù)位按鈕、Adjust校準按鈕、NEXT進入網(wǎng)絡(luò)信息界面按鈕。轉(zhuǎn)臺控制器采用UDP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通訊，且IP地址已經(jīng)固定為192.168.1.201，端口號為10001，這樣需要把控制裝置的IP地址設(shè)置與轉(zhuǎn)臺控制器同一網(wǎng)段，這里設(shè)置為192.168.1.200，端口號為10001?？刂蒲b置發(fā)出約定的控制命令，轉(zhuǎn)臺控制器收到控制命令后做出相應(yīng)的處理。總之，本發(fā)明結(jié)合嵌入式和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，來實現(xiàn)天線的波束角度可調(diào)、方向可調(diào)、功率可調(diào)的功能，為了提高天線角度控制的準確性，也提高了天線的輻射角度以及改善了系統(tǒng)的性能。并且由于對天線的有效控制，能夠減少同頻干擾，降低了頻率復(fù)用系數(shù)，提高頻譜利用率。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3