[发明专利]基于双层圆形天线阵的60GHz波束赋形方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及基于双层圆形天线阵的60GHz波束赋形方法和系统。

背景技术

2003年，IEEE发布新标准IEEE 802.15.3，“WPAN的无线媒体接入拉制（MAC）和物理层（PHY）规范”，该标准首次提出在短距离范围内实现吉比特速率传输的无线通信系统。为了在60GHz频段达到超过5Gbps的传输速率，2009年IEEE 802.15.3c标准对IEEE 802.15.3标准做了进一步的补充改进说明，标准中对三种物理层模式进行了定义说明，并且定义了一种全新的波束赋形协议，其目的是增大系统的传输范围。

60GHz毫米波短距离无线通信技术在频谱资源紧缺的今天突显出巨大潜力。60GHz毫米波带宽大，灵活性强，然而它面临的最大挑战是过高的路径损失。为了弥补损耗与衰减，波束赋形成为60GHz毫米波的一个重要研究领域。

目前IEEE 802.15.3c标准中的波束赋形协议已经得到广泛应用，IEEE 802.15.3c标准中波束赋形协议定义的码本有以下特点：

1.码本设计基于调相天线阵列，每一列是一个权重矢量，对应一个实际波束；

2.仅采用相位调制，无幅度调制，减小了60GHz射频段电子器件的功耗；

3.码本设计的波束在360度平面范围内对称分布，目的是尽量减少不同频段下波束移动造成的增益损失；

波束赋形包括两个部分：码本设计和训练步骤，码本是指一系列提前定义好的固定的波束赋形矢量，码本矩阵的每一列是一个天线权重矢量，代表一个波束；训练步骤是指找出最佳波束的搜索过程。

3c波束码本的表达式为：

Wm,k=jfloor(m×mod(k+K/2),KK/4)]]>

m=0,1,2,…M-1；k=0,1,2,…K-1

其中m为矩阵的行编号，也可以看作是对天线元件的编号；k为矩阵的列编号，也可以看作是对波束的编号，M为天线元件个数，K为波束数量。floor函数表示取小于或者等于括号内指定表达式的最大整数。mod表示取模运算函数，mod（X,Y）为X除以Y所得的余数。

一维天线阵阵列因子表达式可以写成：

Ak(θ)=Σm=0M-1Wm,kej2πmdλcosθ]]>

其中k表示波束编号，A_k(θ)表示第k个波束对应的阵列因子。对于矩形天线阵列来说，阵列因子可以拆写成x轴方向和y轴方向一维天线阵阵列因子的乘积，所以3c标准对码本的定义和应用主要围绕一维天线阵展开。