一種基于高速移動通信的虛擬陣列天線信號產生方法
【專利摘要】本發明公開一種基于高速移動通信的虛擬陣列天線信號產生方法，其將單天線接收到的單組I、Q信號，通過移相和均勻相位間隔抽樣，獲得了N個陣元的虛擬陣列天線信號，然后通過對虛擬的陣列信號進行波束合成，使得通信系統在不添加硬件資源的情況下獲得了陣列增益，同時也補償了多普勒頻移。本發明利于實現優化高速移動通信性能，而又不需要增加硬件負擔的方法，具有高增益和高抗干擾能力的特征。
【專利說明】
-種基于高速移動通信的虛擬陣列天線信號產生方法
技術領域
[0001] 本發明設及高速移動通信技術領域，具體設及一種基于高速移動通信的虛擬陣列 天線信號產生方法。
【背景技術】
[0002] 多普勒頻移現象被化ristian Johann Doppler發現于1842年，證明了只要福射源 與觀測之間存在相對移動的時候，被觀測信號的頻率就會發生改變。對無線通信而言，多普 勒頻移使得載波頻率的估計產生誤差，導致通信系統性能下降，例如正交頻分復用(OFDM) 系統對頻率偏移非常敏感。高速移動環境下多普勒頻移和多普勒擴展更加顯著，頻率偏移 使OFDM系統子載波間的正交性遭到破壞，產生子載波間干擾（ICI)，嚴重影響系統的性能。 無線網絡通信應用中，多普勒頻移對通信速率的提高提出了嚴峻的挑戰。
[0003] 雖然通過增加接收天線的個數能夠有效降低多普勒頻移對通信系統性能所產生 的影響。但是基于通信設備小型化的發展趨勢，對通信設備的體積有著嚴格的要求，常見的 移動通信設備都只能采用單接收天線。可見，在高速移動通信中，如何能夠在兼顧通信設備 體積的前提下，降低多普勒頻移，是目前亟待解決的問題。

【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是現有高速移動通信中存在多普勒頻移，從而使得通 信系統性能下降的問題，提供一種基于高速移動通信的虛擬陣列天線信號產生方法。
[0005] 為解決上述問題，本發明是通過W下技術方案實現的：
[0006] -種基于高速移動通信的虛擬陣列天線信號產生方法，包括步驟如下：
[0007] 步驟1、設定虛擬陣列天線陣元的個數N、相鄰陣元信號的相位差ΔΦ和相鄰相位點 間的相位差A Φ;
[000引步驟2、將接收天線接收到的原始信號進行采樣后，輸入給數字鎖相環進行頻率跟 蹤，得到含有多普勒頻移的載波信號的相同分量k(n)和正交分量Qr(n);
[0009] 步驟3、根據所得的相同分量k(n)和正交分量Qr(n)，計算出當前采樣值的瞬時相 位 Φ (η):
[0010]
(1)
[0011] 步驟4、根據步驟1所設定的相鄰陣元信號的相位差ΔΦ和步驟3所計算出的瞬時 相位Φ (η)，確定Ν個虛擬陣列天線信號的初始相位
[0012] 蘇=/'Δ;//十抑"），/c=U，...，W (2)
[0013] 步驟5、將初始相位始所對應的N個相同分量和正交分量作為N個虛擬陣列天線信 號的第一組抽樣點；并重復W相鄰相位點間的相位差A Φ為間隔，對相同分量Ir(n)和正交 分量Qr(n)持續進行均勻相位間隔抽樣;所有的抽樣點存入緩存，最終經過均勻時間間隔讀 出，構成N陣元的虛擬陣列天線信號；
[0014] 步驟6,將所得的N陣元的虛擬陣列天線信號通過波束成形合成為一個具有陣列天 線系統增益的原始信號，提供給后續使用和處理。
[0015] 上述方案中，步驟1中，設定的相鄰相位點間的相位差Δ Φ為：
[0016]
(3)
[0017]式中，Μ為設定每個周期均勻相位間隔抽取點的個數。
[0018] 與現有技術相比，本發明將單天線接收到的單組I、Q信號，通過移相和均勻相位間 隔抽樣，獲得了N個陣元的虛擬陣列天線信號，然后通過對虛擬的陣列信號進行波束合成， 使得通信系統在不添加硬件資源的情況下獲得了陣列增益，同時也補償了多普勒頻移。本 發明利于實現優化高速移動通信性能，而又不需要增加硬件負擔的方法，具有高增益和高 抗干擾能力的特征。
【附圖說明】
[0019] 圖1為一種基于高速移動通信的虛擬陣列天線信號產生方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020] -種基于高速移動通信的虛擬陣列天線信號產生方法，如圖1所示，具體實施步驟 如下：
[0021] 步驟1、確定合適的虛擬陣列天線信號參數，設N個虛擬陣列天線陣元，相鄰陣元信 號的相位差為A Φ。
[0022] 步驟2、將采樣后的原始信號輸入給數字鎖相環忍片進行頻率跟蹤，得到含有多普 勒頻移的載波信號的相同分量Ir(n)和正交分量Qr(n)。
[0023] 步驟3、根據所得的相同分量Ir(n)和正交分量Qr(n)，計算出瞬時相位Φ(η):
[0024]
(1)
[0025] 本步驟在實際操作時，可W預先在FPGA中將所有正交分量Qr(n)和相同分量k(n) 相除的arctg值存儲在表中，之后可W根據所得的相同分量k(n)和正交分量Qr(n)，通過查 表獲得瞬時相位Φ (η)。
[0026] 步驟4、根據步驟1所設定的相鄰陣元信號的相位差ΔΦ和步驟3所計算出的瞬時相 位Φ (η)，確定Ν個虛擬陣列天線的信號初始相位裙
[0027] = kA ψ + φ{η), /c = 1,2,,.Λ" (2)
[002引運樣，就能使姑.，始，....，據滿足始-為:=.祐-挺=叛-滅=..娩V -翅ν-ι = Δι'/， 即相當于確定了均勻相位間隔抽樣的初始抽樣點。
[0029] 步驟5、分別對相同分量Ir(n)和正交分量Qr(n)進行均勻相位間隔抽樣。
[0030] 首先，將初始相位板所對應的N個相同分量/,舶)，/,.舶)，···，/,.(φ〇ν)和正交分量 按賄)，疑姊認…:，熱純f)作為N個虛擬陣列天線信號的第一組抽樣點；
[0031 ]然后，W相鄰相位點間的相位差Δ Φ為間隔，對相同分量Ir(n巧日正交分量化(11)進行均 勻相位間隔抽樣，即相位始+Δφ所對應的N個相同分量/,.舶+Δφ)，/,.(φη2+Δφ)，…，/,,^ν+Δφ) 和正交分量公.帥。1+Δφ)，谷.帥。2+Δφ)，…，公帥。\'-+·Δφ)作為Ν個虛擬陣列天線信號的第二組 抽樣點；
[0032] 重復W相鄰相位點間的相位差Δ Φ為間隔，對相同分量Ir(n巧日正交分量Qt(n)進行均勻 相位間隔抽樣，即相位Φ(?+";Δφ所對應的N個相同分量/坤〇1+機Δφ)，人.舶十機Δφ)，…，/,.(φ〇ν+訊Δφ) 和正交分量&姊。1-切!騎)，投燭。2+畑:Δφ)，·'·，包(φ。v+;リΔφ)作為N個虛擬陣列天線信號的第 m+1組抽樣點；其中m=l，2,. . .，〇〇.
[0033] 上述所有的抽樣點持續輸出，并最終構成N個虛擬陣列天線信號。
[0034] 在進行實際操作時，設對每個周期均勻相位間隔抽取Μ個點，則相鄰相位點間的相 位差Δ方= ^，Ν個相位增量計數器根據原始采樣信號的瞬時相位Φ (η)和各自虛擬陣元的 Μ 初相位計算出相位增量與A Φ相比較相等時，觸發抽取器對Ir(n)和Qr(n)進行抽樣；
[0035] (5a)第一組抽樣點由步驟4確定，即W始為初始相位對原始采樣信號進行抽樣，具 體實現由步驟3所計算出的Φ (η)與始相比較，相等時抽取第一組抽樣點 /,(挺)，/,.(拓)，...，/,(撕)，公(滅），公(旅），...，公.(撕）
[0036] (5b)再次計算下一個原始采樣信號的瞬時相位值Φ(η+1);
[0037] (5c)根據相鄰兩次采樣信號的瞬時相位計算其相位差Δ = Φ (η+1)-φ (η)，并且 計算出Ν個相位增量計數器的計數值Λ' ，使能相位增量計數器開始計數且此時計數值 Δ. s/ =1，每讀取一個采樣值計數器計數值s^+1;
[0038] (5d)當N個計數器計數值各自達到s/=s時，對原始采樣信號進行第二次抽樣，得 到第二組抽樣點/,.(邊+Δ抑，/,.(妃+Δ巧，...，4㈱ν+Δ奶，役城+ Δ減， β (祐+ Δ辦，...，（2 (如十，并且將數據送入緩存，清零相位增量計數器；
[0039] (5e)每經過L(L的取值取決于系統精度要求和硬件的速度)個采樣周期重復步驟 (5b)~(5d);
[0040] (5f)將緩存中的信號均勻時間間隔讀出，即得到N個陣元的虛擬陣列天線信號：
[0041 ] /,.(挺 + "込少)，/,.(祐 +/"Δ的，...，(沁 + ":Δ約. 、
[00創終婉1 + ?μΔ汾，& (瓷+餅A汾,-----，社(托、'+ "?Δ的；
[0043]步驟6,將所得的Ν個虛擬陣列天線信號通過波束成形算法合成，從而能夠獲得系 統增益并提高誤碼性能。
【主權項】
1. 一種基于高速移動通信的虛擬陣列天線信號產生方法，其特征是，包括步驟如下： 步驟1、設定虛擬陣列天線陣元的個數N、相鄰陣元信號的相位差ΔΦ和相鄰相位點間的 相位差Δ φ ; 步驟2、將接收天線接收到的原始信號進行采樣后，輸入給數字鎖相環進行頻率跟蹤， 得到含有多普勒頻移的載波信號的相同分量Ir(n)和正交分量Qr(n); 步驟3、根據所得的相同分量Ir(n)和正交分量Qr(n)，計算出當前采樣值的瞬時相位Φ (η)：(1) 步驟4、根據步驟1所設定的相鄰陣元信號的相位差ΔΦ和步驟3所計算出的瞬時相位Φ (η)，確定Ν個虛擬陣列天線信號的初始相位成：⑵ 步驟5、將初始相位說所對應的Ν個相同分量和正交分量作為Ν陣元的虛擬陣列天線信 號的第一組抽樣點；并重復以相鄰相位點間的相位差△ Φ為間隔，對相同分量Ir(η)和正交 分量Qr(n)持續進行均勻相位間隔抽樣;所有的抽樣點存入緩存，最終經過均勻時間間隔讀 出，構成N陣元的虛擬陣列天線信號； 步驟6,將所得的N陣元的虛擬陣列天線信號通過波束成形合成為一個具有陣列天線系 統增益的原始信號，提供給后續使用和處理。2. 根據權利要求1所述的一種基于高速移動通信的虛擬陣列天線信號產生方法，其特 征是，步驟1中，設定的相鄰相位點間的相位差Α Φ為：(3) 式中，Μ為設定每個周期均勻相位間隔抽取點的個數。
【文檔編號】H04B7/06GK105871433SQ201610185640
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月29日
【發明人】唐智靈, 李思敏, 周相君
【申請人】桂林電子科技大學