[发明专利]一种遮挡躲避的60GHz多天线系统及其信号处理方法

说明书

技术领域：

本发明属于通信领域，涉及一种多用于对抗轻量级遮挡的多天线系统及其信号处理方法，尤其是一种60GHz系统中基于备选天线子集选择的对抗轻量级遮挡的快速方法。

背景技术：

在60GHz通信系统中，无线链路的连通性极易受障碍物遮挡影响。有些遮挡发生在较长时间和较大空间范围内(如室内家具摆放不当或墙壁阻隔造成的遮挡)，而其他遮挡的发生则相对较为短暂且范围较小(如人员或宠物的移动造成的暂时性遮挡)。在某些应用中短暂的信号中断是不能被接收的，如点对点的非压缩高清电视信号传输，遮挡会导致高速信号流暂时中断，影响媒体流的连贯性，大大降低服务质量。针对这一问题，一种解决方案是部署多个中继器，实现信号的临时跳转。二是应用智能天线技术，实现波束的自适应控制。三是利用天线子阵列的选择方法，尽量选择受障碍物影响较小的天线子阵列进行传输。由于60GHz系统通常配备较大规模的天线阵列，这种方法只能通过多次的迭代获得近似最优的结果。以上方法在遮挡发生时均执行某种自适应过程来减弱遮挡影响：或者选择合适的中继器来执行多跳处理，或者调整天线阵列的发射波束方向，或者迭代的选择一组更好的天线子集进行收发。虽然他们均能有效地对抗发生在较大尺寸和较为静止的遮挡效果。然而在某些场景下，特别是轻量级遮挡频发的情况下采用上述方法将付出过大的成本。因此，研究一种能快速有效对抗轻量级遮挡的多天线系统是有实际意义的。

发明内容：

本发明所解决的技术问题是提供一种既能自适应的选择收发天线子阵列来优化系统，又能以较低的成本有效地对抗频发的、小范围的、暂时性的轻量级遮挡的多天线系统及其信号处理方法。解决了现有方法在对抗频发的轻量级遮挡时成本较高而效率较低这一问题。所提出的多天线系统在没有遮挡的情况下可以优化选择出最优的天线子集用于高速数据传输。当最优的天线子集受到障碍物遮挡时，又可以快速方便的切换到一组备用天线子集以防止严重的链路衰减，维持链路的连通性。

本发明针对上述方法中存在的问题，基于随机优化的天线选择算法，提出了一种60GHz的多天线系统，包含遮挡检测器、发射机和接收机，所述发射机和接收机均包含首选天线选择模块和备用天线选择模块；所述首选天线选择模块用于选择高速数据传输的首选天线子阵列；所述备用天线选择模块用于选择对抗遮挡的备用天线子阵列；所述遮挡检测器用以检测障碍物并且量化其对天线阵列产生的影响；所述首选天线选择模块由天线索引管理器、开关控制、目标函数估算逻辑、迭代更新控制器等子模块构成；所述天线索引管理器控制当前所选的天线阵元的索引号的生成和维护；所述开关控制决定了收发两端各个射频链路具体与那些天线阵元相连接。所述目标函数估算逻辑一般位于接收端，并通过接收训练序列直接估算出当前天线子集对应的目标函数；所述迭代更新控制器一般位于接收端，对天线选择模块中实现的迭代过程做出自适应更新；所述遮挡检测器探测遮挡通信链路的障碍物并将其在整个天线阵列上产生的遮挡效果量化为绕射比矩阵；所述备用天线选择模块由选择历史维护和评分器结合构成；所述选择历史维护子模块收集记录首选天线选择迭代过程中已评估过的天线子集及其目标函数，并随着迭代的进行不断扩充；评分器则根据设计的评分函数和探测得到的遮挡情况为选择历史中的每个元素评分，并选择评分最高的元素作为备用天线子集；所述多天线系统收发两端的天线阵列大小分别为N_r和N_t，独立的射频链路数目分别为n_r和n_t，且n_r≤N_r，n_t≤N_t；所述无线信道为60GHz无线信道。

所述多天线系统的信号处理方法：

(一)判断发射机和接收机是否有遮挡发生；如果没有遮挡发生，转入步骤(二)；如果有遮挡发生，转入步骤(三)；

(二)无遮挡发生时的首选天线选择过程，获得信道的最优性；

(三)当发生遮挡时的备用天线选择过程，获得信道的最优性。

所述步骤(二)无遮挡发生时的首选天线选择过程是：

(1)初始化过程：收发两端的天线索引管理器随机生成一组天线子集作为初始状态和已选天线子集；初始化迭代控制器中的概率向量；为选择历史维护向量写入初始值；

(2)采样和估算过程；进入迭代循环体，每个迭代循环体又分为n_t+n_r个子循环，在第k(1≤k≤n_t+n_r)个子循环中；