[发明专利]一种波束扫描与DOA相结合的邻居发现与精确对准方法

说明书

本发明公开了一种波束扫描与DOA相结合的邻居发现与对准方案，它涉及微波相控天线系统无中心组网中的邻居发现及波束对准方法。该方案中各节点首先利用天线切换及固定波束赋形实现粗波束扫描及邻居发现，然后利用DOA估计及数字波束赋形进一步实现精确波束对准。此方案能够应用于微波无中心通信组网中，解决邻居发现及精确波束对准问题，有效的减小了硬件与软件算法复杂度，能够满足车载、舰载及空载微波设备多节点无中心组网的需求。

技术领域

本发明涉及一种波束扫描与DOA相结合的邻居发现与对准方案，能够实现各节点全向多邻居发现与波束精确对准，适用无中心多节点组网，能够满足车载、舰载及空载微波设备通信与组网的需要。

背景技术

在车载、舰载及空载微波通信中，为了满足多节点组网的要求，需要其相控天线系统能够实现360°高精度邻居发现与波束对准。目前常见的邻居发现与波束对准主要有：1)DOA估计算法，利用多通道T/R组件接收信号，在基带利用DOA估计算法进行邻居发现与自适应波束赋形；2)天线切换方案，利用对天线波束切换，实现波束的扫描与切换。然而DOA估计算法需要大量的射频通道，设备复杂度与成本较高；天线切换方案精度交叉，且波束交叉点增益较低，不能满足高精度波束对准的要求。随着网络化微波的不断发展，急需一种成本低、精度高的邻居发现与波束对准方案，满足微波通信组网的要求。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术应用在全向通信中的不足之处，而提供了一种低复杂度高精度的邻居发现与对准方案。该方案首先利用开关切换天线，形成多个波束对全向进行扫描，节点间波束对准实现邻居发现，然后各节点利用波束对应的多个天线进行DOA估计，实现波束的精确对准。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种波束扫描与DOA相结合的邻居发现与精确对准方案，包括以下步骤：

(1)各节点时间同步后，发射节点的N通道基带处理组件控制M选N开关组件在M个平面定向天线中选择相邻的N个平面定向天线组成一个天线阵子；其中，M为大于等于6的自然数，N为小于等于M/2的自然数；

(2)发射节点在MAC层生成邻居发现帧并传入N通道基带处理单元进行调制及发射粗波束赋形，后经N通道射频组件进行上变频，通过选择的天线阵子发射；

(3)接收节点的N通道基带处理组件控制通过M选N组件控制M选N开关组件在M个平面定向天线中选择相邻的N个平面定向天线组成一个天线阵子；

(4)接收节点通过选择的天线阵子接收邻居发现帧，若接收到邻居发现帧，则经N通道射频组件进行下变频，后经N通道基带处理单元进行接收粗波束赋形及解调，传入接收节点MAC层，并向发射节点发送回复消息；否则返回步骤(1)；

(5)发射节点收到回复消息后进行波束对准；

(6)波束对准后确定出发射节点和接收节点分别参与工作的N个天线并进行时隙预约，完成节点间的邻居发现；

(7)发射节点通过参与工作的N个天线发射信号；

(8)接收节点通过参与工作的N个天线接收发射节点的信号，对信号进行相位激励等效为线阵，并进行DOA估计，实现有用信号及干扰信号的方向估计，根据方向估计对发射节点进行波束精确对准，并对干扰信号进行零陷波。

其中，步骤(1)和步骤(3)中发射节点和接收节点在M个平面定向天线中选择相邻的N个平面定向天线组成一个天线阵子，按照设定的扫描方向进行选择，且发射节点和接收节点的扫描方向一致，但不同扫描周期采用不同的起点。

其中，每个天线阵子形成1个或多个粗波束，一个时隙仅有1个粗波束进行工作，各波束按照顺时针或逆时针顺序实现360°扫描。

本发明与背景技术相比具有如下优点：