[发明专利]一种能补偿多普勒效应的自适应阵列天线系统

说明书

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，特别涉及一种能补偿多普勒效应的自适应阵列天线系统。

背景技术

随着高速铁路的大范围建设，能满足高速通信要求的通信方式和系统的需求也越来越迫切。在通信过程中，高速移动的终端接收到的信号会产生多普勒频移，其对通信的影响主要体现在：1、引起载频的偏移；2、由于多径产生的多普勒扩展。在下一代移动通信系统（LTE、Wimax等）中，为提高通信信道的利用率，广泛采用正交频分复用（OFDM）技术，OFDM技术对频偏变化较为敏感。因此，补偿高速通信中的多普勒效应成为亟需解决的问题。

传统的补偿多普勒效应引起的频偏的方法是通过算法估计多普勒频移量，然后通过在信道估计中进行估计、跟踪和补偿。如中兴公司提出的，专利申请号200810104654.3的中国专利“一种频偏补偿的方法和装置”通过基站对上行信号的多普勒频移进行估计，并将其作为下行信号多普勒频移补偿的参考。但目前的专利的频偏补偿算法均是在基站端完成，需要对现有通信系统进行升级或重新设计。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能补偿多普勒效应的自适应阵列天线系统，在射频前端即对多普勒频移进行补偿，并可以抑制产生多普勒扩展的多径。

本发明的原理是由于自适应阵列天线是一种能根据工作环境要求，能灵活调整天线波束及零陷位置的天线系统，通过控制阵列天线各通道的幅度和相位实现。基于高速射频开关的时间调制阵列能综合出自适应阵列天线进行波束控制的幅度和相位，实现天线波束的自适应控制。

本发明的技术解决方案如下：

一种能补偿多普勒效应的自适应阵列天线系统，特点在于其构成包括：

多个天线阵列，用于接收移动台发来的无线信号并输入射频带通滤波器或者用于接收射频带通滤波器发出的信号并辐射给基站；

高速射频开关，用于决定信号被接收或者发射后，载频相对于接收或者发射前的偏移量；

控制电路，用于周期性控制高速射频开关的控制频率f_p，实现天线阵列的波束指向和用于调节射频开关的控制周期来补偿多普勒频移。

本发明还包括射频带通滤波器、双工器、低噪放大器、合路器、下变频器、中频滤波器、本振、中频放大器、功率分配器、射频放大器和上变频器；

上述元件的连接关系如下：

当所述的双工器处于接收状态时，由多个天线阵元接收移动台发来的无线信号后分别依次输入对应的射频滤波器和高速射频开关、双工器和低噪放大器进入合路器，各阵元支路信号合成一路中频信号后经过下变频器下变频至中频段，再被中频滤波器滤波后进入信号处理模块；

当所述的双工器处于发射状态时，天线处于发射状态，中频信号经中频放大器放大后，由上变频器上变频至射频段进入功率分配器，经功率分配器分配给各射频放大器放大后，各射频信号分别依次输入到对应的双工器、高速射频开关和射频滤波器后，各天线阵元分别接收对应的信号并辐射给基站。

所述的控制电路包括：

信号收集器，用于获取移动物体的速度和位置信息并将信息传输给控制模块；

控制模块，用于周期性地控制高速射频开关的状态；

数字频率合成器，用于控制高速射频开关工作的参考时钟源；

存储器，用于存储高速射频开关的控制时序、高速射频开关的状态切换周期和射频带通滤波器的截止频率。

与现有技术相比，本发明的优点是在射频前端对由于高速移动产生的多普勒效应进行补偿和抑制，使得传统的应用在低速系统的通信方式和系统在应用于高速环境时能直接应用，而无需改进其内部算法。具有更低的硬件复杂度。

附图说明

图1为本发明能补偿多普勒效应的自适应阵列天线系统的结构示意图；

图2为移动台与基站发射和接收的射频信号的载频关系示意图。其中（a）表示移动台和基站在收发时由于相对运动产生的多普勒效应，（b）表示在收发状态下经过射频开关后信号频谱的相对关系。

图3为具有多普勒效应补偿功能的自适应阵列天线系统的工作流程图。

图4a为实施例1中一个控制周期内各高速射频开关的各个开关打开的时序图。

图4b为在这种打开时序控制下整个天线的波束方向图。

图5为实施例1中基站端接收到的信号的功率谱。

图6a为实施例2中一个控制周期内各高速射频开关打开/关闭的时序图。

图6b为在这种开关状态下天线阵列的方向图。