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1、(10)申请公布号 CN 102917397 A (43)申请公布日 2013.02.06 C N 1 0 2 9 1 7 3 9 7 A *CN102917397A* (21)申请号 201210376306.8 (22)申请日 2012.09.29 H04W 24/08(2009.01) (71)申请人东南大学 地址 210096 江苏省南京市四牌楼2号 (72)发明人洪伟 李林盛 张念祖 (74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 代理人缪友菊 (54) 发明名称 一种基于相控阵天线阵列的无线信道测量装 置与测量方法 (57) 摘要 本发明涉及一种基于相控阵天线。
2、阵列的无线 信道测量装置，包括远端机和近端机，远端机包括 一相控阵天线阵列，而近端机则包括顺序连通的 第一光端机、中频子系统、基带子系统、GPS接收 机和数据管理服务器，数据管理服务器中还设置 有磁盘阵列，而相控阵天线阵列则包括顺序连通 的天线辐射单元、波束成形网络、射频子系统和第 二光端机，第二光端机和第一光端机通过电缆连 通。本发明还公开了一种利用无线信道测量装置 进行无线信道测量的方法。本发明通过控制相控 阵天线阵列的波束指向进行空间扫描，可以对无 线信道的空域特性进行快速精确测量，同时结合 无线信道测量装置的收发切换，对无线信道的空 域特性进行准实时双向测量，提高了测量装置的 接收灵敏。
3、度。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置，其特征在于，包括远端机和近端机， 所述的远端机包括一相控阵天线阵列，而所述的近端机则包括顺序连通的第一光端机、中 频子系统、基带子系统、GPS接收机和数据管理服务器，所述的数据管理服务器中还设置有 磁盘阵列，而所述的相控阵天线阵列则包括顺序连通的天线辐射单元、波束成形网络、射频 子系统和第二光端机，所述的第二光端机和第一光端机通过电缆连通。 2.根据权利要求1。
4、所述的一种基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置，其特征在 于，所述的GPS接收机包含GPS驯服铷原子钟。 3.一种利用权利要求1所述的基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置进行无线信 道测量的方法，其特征在于，包括以下步骤： （1）设定发射端的相控阵天线阵列的波束位置，形成特定的波束指向； （2）设定接收端的相控阵天线阵列的波束位置，形成特定的波束指向； （3）利用基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置进行无线信道测量，并记录测量状 态和数据； （4）将步骤（1）所述的发射端改为接收端，而将步骤（2）所述的接收端改为发射端，然 后利用基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置进行无线信道测量，并记录测量。
5、状态和数 据； （5）改变步骤（2）所述的接收端的相控阵天线阵列的波束位置，并重复步骤（3）和步骤 （4），直至接收端的相控阵天线阵列的所有波束位置测量完毕； （6）改变步骤（1）所述的发射端的相控阵天线阵列的波束位置，并重复步骤（3）、步骤 （4）和步骤（5），直至发射端的相控阵天线阵列的所有波束位置测量完毕。 权 利 要 求 书CN 102917397 A 1/4页 3 一种基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置与测量方法 技术领域 0001 本发明涉及一种信道测量装置与测量方法，尤其是涉及一种基于相控阵天线阵列 的无线信道测量装置与测量方法，属于无线通信技术领域。 背景技术 0002 在无。
6、线通信系统中，无线信道是信息的传输媒介，无线信道的传播特性对系统性 能有着直接的影响。在设计任何无线通信系统时，必须深入了解无线信道的传播特性，以优 化系统的性能。无线信道测量是了解无线信道特征的直接途径，通过信道测量可以得到真 实环境中的信道数据，包括路径损耗模型、功率延迟线、信道传递函数、均方根时延扩展、相 干时间、电波的离开角和到达角，等等。在此基础上，可以对各信道参数进行统计分析，并根 据分析的结果，运用合理的数学方法，建立起无线信道模型。 0003 为实现高数据速率、高频谱效率和高功率辐射效率等，在IMT-Advanced及未来移 动通信系统中将采用无线MIMO传输技术，而MIMO系。
7、统的实际容量与电波传播的实际特性 密切相关。随着通信系统的不断发展，人们渴望进一步提高系统的传输速率，除了对信道的 时域、频域资源进行更加深入的开发外，开始对空域进行开发，尤其是MIMO和智能天线的 引入，信道测量和建模也更加关注空间信息。对于MIMO系统而言，其信道模型除了考虑路 径损耗和时延扩展等参数外，还需明确信道的空域特性，例如电波在发送天线上的离开角 和接收天线上到达角，发送和接收功率在角度域的分布，相隔一定距离的天线阵元上发送 或接收信号的相关性等。在实际的无线传输环境中，信道测量数据对于MIMO信道建模和容 量分析等至关重要。而且，对于采用MIMO传输技术的移动通信系统的研发、部。
8、署、优化、以 及系统性能分析等，信道测量结果、建模和系统容量的精确估计都将起到基础性与先导性 的作用。 0004 目前通过实验获取信道空域特性信息的方法主要有高增益定向天线扫描和阵列 结合高分辨率DOA算法，前者的原理直观易懂，利用高增益窄波束天线在0360的范围内 扫描，从而直接获取来波功率在角度上的分布，缺点是直接测量得到的结果受天线方向图 影响较大，并且窄波束定向天线的尺寸会比较大，给制作和实验带来一些不便，实际测量时 需要采用机械旋转的方式进行空间扫描，速度受限，对于时变特性明显的信道测量结果准 确度下降；后者的好处在于精度高，但缺点是整个系统制作复杂，算法与测试天线阵列的形 式直接相。
9、关，整个系统的校准需要很大的工作量，并且后续处理计算量大。 发明内容 0005 发明目的：本发明为了提高无线信道的空域角度扩散特性测量的准确性和有效 性，提供一种基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置与测量方法。 0006 技术方案：一种基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置，其特征在于，包括远端 机和近端机，所述的远端机包括一相控阵天线阵列，而所述的近端机则包括顺序连通的第 一光端机、中频子系统、基带子系统、GPS接收机和数据管理服务器，所述的数据管理服务器 说 明 书CN 102917397 A 2/4页 4 中还设置有磁盘阵列，而所述的相控阵天线阵列则包括顺序连通的天线辐射单元、波束成 形网。
10、络、射频子系统和第二光端机，所述的第二光端机和第一光端机通过电缆连通，其中， 数据管理服务器用于记录测量的数据，并对部分参数进行实时观测和结果显示，而GPS（全 球定位系统）接收机用于提供高稳定度的基准频率、基准定时，以及当前的经纬度和移动速 度等信息。 0007 进一步，所述的GPS接收机包含GPS驯服铷原子钟，为测量系统提供精确的定位和 定时信息。 0008 一种利用上述的基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置进行无线信道测量的 方法，其特征在于，包括以下步骤： （1）设定发射端的相控阵天线阵列的波束指向； （2）设定接收端的相控阵天线阵列的波束指向； （3）利用基于相控阵天线阵列的无线信道。
11、测量装置进行无线信道测量，并记录测量状 态和数据； （4）将步骤（1）所述的发射端改为接收端，而将步骤（2）所述的接收端改为发射端，然 后利用基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置进行无线信道测量，并记录测量状态和数 据； （5）改变步骤（2）所述的接收端的相控阵天线阵列的波束位置，并重复步骤（3）和步骤 （4），直至接收端的相控阵天线阵列的所有波束位置测量完毕； （6）改变步骤（1）所述的发射端的相控阵天线阵列的波束位置，并重复步骤（3）、步骤 （4）和步骤（5），直至发射端的相控阵天线阵列的所有波束位置测量完毕。 0009 有益效果：本发明通过控制相控阵天线阵列的波束指向进行空间扫描，可以对。
12、无 线信道的空域特性进行快速精确测量，同时结合无线信道测量装置的收发切换，可对无线 信道的空域特性进行准实时双向测量，而由于采用了有源的相控阵天线，提高了测量装置 的接收灵敏度。 附图说明 0010 图1为本发明所述的无线信道测量装置的结构示意图； 图2为本发明所述的相控阵天线阵列的结构示意图； 图3为本发明所述的无线信道测量方法的流程图。 0011 图中主要标记含义如下： 1、相控阵天线阵列 2、第一光端机 3、中频子系统 4、GPS接收机 5、基带子系统 6、数据管理服务器 7、电源 11、第二光端机 12、射频子系统 13、波束成形网络 14、天线辐射单元 61、磁盘阵列。 具体实施方式。
13、 0012 下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施 例。 0013 实施例：图1为本发明所述的无线信道测量装置的结构示意图；图2为本发明所 说 明 书CN 102917397 A 3/4页 5 述的相控阵天线阵列的结构示意图； 如图1和图2所示：一种基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置，包括远端机和近端 机，所述的远端机包括一相控阵天线阵列1，而所述的近端机则包括顺序连通的第一光端机 2、中频子系统3、基带子系统5、GPS接收机4和数据管理服务器6，以及为近端机提供电的 电源7，所述的数据管理服务器6中还设置有磁盘阵列61，而所述的相控阵天线阵列1则包 括顺序连。
14、通的天线辐射单元14、波束成形网络13、射频子系统12和第二光端机11，所述的 第二光端机11和第一光端机2通过电缆连通，其中，数据管理服务器6用于记录测量的数 据，并对部分参数进行实时观测和结果显示，而GPS接收机4则用于提供高稳定度的基准频 率、基准定时，以及当前的经纬度和移动速度等信息，且在本实施方式中，所述的GPS接收 机4包含GPS驯服铷原子钟。 0014 在本实施方式中，所述的相控阵天线阵列1通过波束成形网络13可以对各个天线 辐射单元14设置特定的相位，从而使得相控阵天线阵列1的辐射波束指向需要的角度，实 现波束扫描的功能。当所述的基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置的工作状态为。
15、接收 模式时，相控阵天线阵列1的射频子系统12将接收到的信号进行处理后，通过第二光端机 11转换为光信号，然后经光缆传送至近端机的第一光端机2，然后变换为电信号后进入近 端机的中频子系统3和基带子系统5进行处理，最后将数据存储在数据管理服务器6中的 磁盘阵列61中，以供后期进行无线信道参数的提取和特性分析。 0015 当所述的基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置的工作状态为发射状态时，近 端机中的数据管理服务器6产生需要的基带信号，结合GPS驯服铷原子钟提供的位置和时 间信息后进入基带子系统3和中频子系统5，然后经基带子系统3和中频子系统5进入第一 光端机2，并将其转换为光信号，然后通过光缆传。
16、输至远端机的第二光端机11，再次转换为 电信号后进入相控阵天线阵列中的射频子系统12，射频子系统12将收到的信号变频到需 要的频率，然后放大，经波束成形网络13后进入各个天线辐射单元14辐射出去，最后在空 间形成预定的波束指向。 0016 此外，所述的基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置支持Radio over fiber （RoF）技术，能够很好的支持分布式小区的测量场景。 0017 图3为本发明所述的无线信道测量方法的流程图。 0018 如图3所示：一种利用上述的基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置进行无线 信道测量的方法，包括以下步骤： （1）设定发射端的相控阵天线阵列的波束指向； （2。
17、）设定接收端的相控阵天线阵列的波束指向； （3）利用基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置进行无线信道测量，并记录测量状 态和数据； （4）将步骤（1）所述的发射端改为接收端，而将步骤（2）所述的接收端改为发射端，然 后利用基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置进行无线信道测量，并记录测量状态和数 据； （5）改变步骤（2）所述的接收端的相控阵天线阵列的波束位置，并重复步骤（3）和步骤 （4），直至接收端的相控阵天线阵列的所有波束位置测量完毕； （6）改变步骤（1）所述的发射端的相控阵天线阵列的波束位置，并重复步骤（3）、步骤 说 明 书CN 102917397 A 4/4页 6 （4）和步骤（5。
18、），直至发射端的相控阵天线阵列的所有波束位置测量完毕。 0019 其中具体为：在利用本发明所述的基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置进行 无线信道测量时，本发明可以将发射端的相控阵天线波束设置到一个预定的位置，然后接 收端相控阵天线波束在水平面内或者垂直面内进行扫描，无线信道测量装置记录对应于各 个波束的数据，或者固定接收端的波束位置，利用发射端波束进行扫描；而进行收发两端互 易性测量时，则可以将收发两端的相控阵天线都设定到一个固定的波束位置，进行一次测 量并记录结果，然后在保持相控阵天线的波束位置不变的情况下，将收发两端的功能互换， 即原来的发射端改为接收端，原来的接收端改为发射端，然后再进。
19、行一次数据测量。 0020 上述基于相控阵天线阵列的无线信道测量装置中的相控阵天线阵列的波束可以 指向需要的位置，进行空间扫描，而上述的方法则利用了相控阵天线阵列的波束可控扫描 特性，实现了对无线信道的空域特性进行测量。 0021 如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释 为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对 其在形式上和细节上作出各种变化。 说 明 书CN 102917397 A 1/2页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102917397 A 2/2页 8 图3 说 明 书 附 图CN 102917397 A 。