CN101281997A - 智能天线故障处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能天线故障处理方法，涉及智能天线技术，该方法存储所有由连续天线单元组成的重构阵列的广播信道加权系数，该方法还包括以下步骤：A.判断是否出现天线单元故障，如果未出现，则返回步骤A继续判断，如果出现，则选择连续天线单元组成重构阵列；B.根据所存储的对应所选重构阵列的广播信道加权系数调整重构阵列，进行信号的收发。本发明还同时公开了一种智能天线故障处理装置。利用本发明的方法和装置，可以减小阵列广播信道加权系数的预存储量，且实施简单，只需要判断连续天线单元个数就可以相应地选择广播信道加权系数。

Description

智能天线故障处理方法及装置

技术领域

本发明涉及智能天线技术，尤其涉及一种智能天线故障处理方法及装置。

背景技术

随着移动通信的迅速发展，越来越多的业务将通过无线电波的方式来进行，智能天线技术将是提高网络容量最有效的方法之一，智能天线为天线辐射方向图的增益特性能够根据信号情况实时进行自适应变化的阵列天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。智能天线的若干天线单元出现故障时，会对利用天线阵列的辐射方向图综合生成的广播信道的波束产生影响。由于天线单元的故障，实际的广播信道辐射方向图和预设的广播信道辐射方向图会产生差异，如图1A和图1B所示。图1A是无故障情况下广播信道的辐射方向图，图1B是天线单元1和天线单元4两个天线单元发生故障情况下广播信道的辐射方向图。从图1B中可以看出，天线单元1、天线单元4出现故障对广播信道覆盖造成的破坏。通常，所述广播信道也可以称为公共信道。

目前，智能天线的天线单元出现故障时，最好的解决办法有两种：一种是，根据剩余的天线单元重新进行广播信道的赋形；另一种是，用单天线单元进行发射，因为一般情况下，单天线单元是满足广播信道覆盖范围的。但是，现有的两种方法都存在不足：

对于第一种方法，一方面需要实时优化辐射方向图或将优化好的辐射方向图存储在智能天线***中，无论是实时优化还是预存储，都需要很复杂的操作、计算量和/或存储空间。具体来说，考虑扇区天线阵列的对称性，以8单元阵列天线为例，那么，故障天线单元数量和剩余阵列的优化组合数量如表1所示，从表1可以看出，随着故障天线单元数量的增加，需要优化阵列的组合方式也越来越多。另一方面，并不是所有新阵列的情况都可以优化出适用于通信***的辐射方向图，例如：如果新阵列的天线单元间距太大，就不适合进行广播信道辐射方向图的合成。

故障天线单元数量	需优化阵列的组合
		1	4
2	16
		3	28
4	38

表1

对于第二种方法，采用单天线单元发射的方式完全摈弃了阵列天线功率合并的好处，这对于使用阵列天线进行收发的通信***来说是一种浪费，同时也缩小了通信***的覆盖范围。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种智能天线故障处理方法及装置，能够在天线单元出现故障时，重构天线阵列，得到适用于通信***的辐射方向图。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种智能天线故障处理方法，存储所有由连续天线单元组成的重构阵列的广播信道加权系数，该方法还包括以下步骤：

A、判断是否出现天线单元故障，如果未出现，则返回步骤A继续判断，如果出现，则选择无故障的连续天线单元组成重构阵列；

B、根据所存储的对应所选重构阵列的广播信道加权系数调整重构阵列进行信号的收发。

上述技术方案中，所述存储的重构阵列的广播信道加权系数对应的辐射方向图满足两个条件：该辐射方向图根据覆盖需求确定波束要求；且该辐射方向图的加权功率损失小于等于连续天线单元数的常用对数。

而且，相同数量的连续天线单元组成的重构阵列的辐射方向图中加权损耗最小的辐射方向图。

步骤A中的重构阵列为由无故障的连续天线单元组成的最大重构阵列。

步骤A中的天线单元故障的判断具体为：利用保护时隙的空闲时间进行天线单元通道响应估计，如果天线单元通道的响应低于一定值，则确定该天线单元为故障天线单元。

本发明还公开了一种智能天线故障处理装置，该装置包括：

判断模块，用于判断是否出现天线单元故障，在出现天线单元故障时发送指令至选择模块；

选择模块，根据判断模块发送的指令选择无故障的连续天线单元组成重构阵列；

存储模块，用来存储所有由连续天线单元组成的重构阵列的广播信道加权系数；

信号收发模块，根据选择模块所选择的重构阵列获取存储模块内存储的相应广播信道加权系数，调整所选择的重构阵列，利用确定的重构阵列进行信号的收发。

上述技术方案中，所述重构阵列为由无故障的连续天线单元组成的最大重构阵列。

所述判断模块利用保护时隙的空闲时间进行天线单元通道响应估计，根据天线通道的响应是否低于一定值确定天线单元是否为故障天线单元。

本发明的方法和装置，在天线单元出现故障时，由于选择无故障的最大连续天线单元组成重构阵列，从而能够得到适用于通信***的辐射方向图。并且，由于本发明仅需存储几个连续天线单元组成的重构阵列的的广播信道加权系数，大大减少了天线阵列广播信道加权系数的预存储量，比如：对于8天线单元直线阵列来说，最多只需要存储2～8个连续天线单元时的广播信道加权系数，即：仅存储2个连续天线单元的广播信道加权系数、3个连续天线单元的广播信道加权系数，...，8个连续天线单元的广播信道加权系数，实施简单，只需要判断连续天线单元个数就可以相应地选择广播信道加权系数。

附图说明

图1A为无故障情况下广播信道的辐射方向图；

图1B为两个天线单元发生故障情况下广播信道的辐射方向图；

图2为本发明方法的实现流程示意图。

具体实施方式

本发明所提供的智能天线故障处理方法，其基本思路是：预存储所有由连续天线单元组成的重构阵列的广播信道加权系数，当出现天线单元故障告警时，在剩余天线单元中寻找无故障的连续天线单元组成最大重构阵列，利用新的重构阵列以及预存储的相应广播信道加权系数进行加权发射。

图2为本发明智能天线故障处理方法实现流程示意图，如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤101、预存储所有由连续天线单元组成的重构阵列的广播信道加权系数；

步骤102、判断是否出现天线单元故障，如果未出现，则返回步骤102继续判断，如果出现，则执行步骤103；

这里，所述判断通常采用利用保护时隙的空闲时间进行天线单元通道响应估计的方法，如果天线单元通道的响应低于一定值，则确定该天线单元为故障天线单元。其中，所述定值跟所应用的通信***的覆盖范围、以及天线阵列本身有关，一般通过仿真和测试确定。

步骤103、选择无故障的最大连续天线单元组成重构阵列；

步骤104、根据步骤101中预存的相应步骤103中所选重构阵列的广播信道加权系数调整重构阵列，进行信号的收发。

下面进一步说明本发明方法的实现过程及原理。

在图2所示流程中，步骤101中所述预存储的重构阵列的广播信道加权系数对应的辐射方向图应满足如下要求：

假设天线单元数为N，预存储的重构阵列包含有M个连续天线单元，1＜M≤N，

1)根据覆盖需求确定波束要求，例如：65度范围内波束波动小于3dB，3dB宽度范围为[65度，70度]，6dB范围为[85度，90度]，10dB范围为[110度，120度]等；

2)加权总发射功率高于单天线单元发射功率，例如：当M＝2时，加权功率损失要小于3dB。其中，加权功率损失可以用下面公式计算：

$P_l=101g\left(M\right)-201g\left(\right|\left|\frac{w}{\max \left\{\right|w_1|,|w_2|,\·\·\·,|w_M\left|\right\}}\right|\left|\right)$

其中，||·||表示向量的范数，即 $\left|\right|x\left|\right|=\sqrt{\underset{\∀m}{\mathrm{\Σ}}{\left|x_m\right|}^2}w$ 是广播信道加权系数，因此条件2)的要求为：

P_l≤101g(M)

如果能够得到满足上述要求的天线阵列辐射方向图，则将对应的天线阵列的广播信道加权系数存储在智能天线***中，对于相同数量连续天线单元组成的天线阵列的广播信道加权系数，则存储满足上述要求且辐射方向图加权功率损失最小的广播信道加权系数。

如果不能得到满足上述要求的辐射方向图，则将广播信道加权系数设置为单天线单元(M＝1)发射的广播信道加权系数，即w＝[1，0，…，0]^T。

所述步骤102中，判断是否出现天线单元故障。智能天线需要对每个天线单元的响应进行估计，进而完成校准和天线状态的判断。例如在TD-SCDMA***，利用保护时隙的空闲时间进行天线通道响应估计，如果天线通道的响应低于一定值，则判断该天线单元失效，即为故障天线单元，发出告警信息。其中，所述定值一般通过仿真和测试确定。当智能天线***出现天线单元故障告警时，则执行步骤103进行重构阵列的选择，如果天线单元没有出现故障，则停留在本步骤继续判断。

所述步骤103，选择用于广播发射的无故障的连续天线单元组成的重构阵列，所述连续重构阵列为最大连续重构阵列，即由最大数量无故障的连续天线单元组成的重构阵列，例如：用‘1’表示天线单元的状态为无故障，‘0’表示天线单元的状态为故障，则对于一个状态为[0，1，1，1，1，1，0，0]的8单元天线阵列来说，其重构阵列为：由第2天线单元至第6天线单元构成的5单元天线阵列；而对于一个状态为[0，1，1，1，1，0，1，1]的8单元天线阵列，其重构阵列为：由第2天线单元至第5天线单元构成的4单元天线阵列。

所述步骤104中，根据步骤101中预存的相应所选择重构阵列的广播信道加权系数调整重构阵列，进行信号的收发。假设步骤103得到的重构阵列的天线单元数量为Num_subarray，则根据步骤101存储的Num_subarray连续天线重构阵列的广播信道加权系数调整该重构阵列上，其他的天线单元关闭。

出现天线单元故障的智能天线利用上述确定的重构阵列进行通信***信号的接收和发送。

为了实现本发明的上述方法，本发明还提供了一种智能天线故障处理装置，该装置包括判断模块、选择模块、存储模块及信号收发模块。其中，判断模块，用于判断是否出现天线单元故障，在出现天线单元故障时发送指令至选择模块；选择模块，根据判断模块发送的指令选择最大连续天线单元作为重构阵列；存储模块，用来存储所有连续天线重构阵列的广播信道加权系数；信号收发模块，根据选择模块所选择的重构阵列获取存储模块内存储的相应广播信道加权系数，调整所选择的重构阵列，利用确定的重构阵列进行信号的收发。

智能天线需要对每个天线单元的响应进行估计，进而完成校准和天线状态的判断。例如在TD-SCDMA***，利用保护时隙的空闲时间进行天线通道响应估计，如果天线通道的响应低于一定值，该值一般通过仿真和测试确定，则辐射方向图会发生畸变，该天线单元失效，即为故障天线单元，发出告警信息。当智能天线***出现天线单元故障告警时，判断模块判断天线单元出现故障，向选择模块发出指令，选择模块根据收到的指令选择重构阵列，选择的标准是：无故障的最大数量的连续天线单元组成重构阵列；信号收发模块根据选择模块所选择的重构阵列，获取存储模块内预存储的相应广播信道加权系数，利用确定的重构阵列进行信号的收发。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1. 一种智能天线故障处理方法，其特征在于，存储所有由连续天线单元组成的重构阵列的广播信道加权系数，该方法还包括以下步骤：

A、判断是否出现天线单元故障，如果未出现，则返回步骤A继续判断，如果出现，则选择无故障的连续天线单元组成重构阵列；

B、根据所存储的对应所选重构阵列的广播信道加权系数调整重构阵列进行信号的收发。

2. 根据权利要求1所述的智能天线故障处理方法，其特征在于，所述存储的重构阵列的广播信道加权系数对应的辐射方向图满足两个条件：

所述辐射方向图根据覆盖需求确定波束要求；且所述辐射方向图的加权功率损失小于等于连续天线单元数的常用对数。

3. 根据权利要求2所述的智能天线故障处理方法，其特征在于，所述辐射方向图为：相同数量的连续天线单元组成的重构阵列的辐射方向图中加权损耗最小的辐射方向图。

4. 根据权利要求3任一项所述的智能天线故障处理方法，其特征在于，步骤A中所述重构阵列为由无故障的连续天线单元组成的最大重构阵列。

5. 根据权利要求1至4中任一项所述的智能天线故障处理方法，其特征在于，步骤A中所述天线单元故障的判断具体为：利用保护时隙的空闲时间进行天线单元通道响应估计，如果天线单元通道的响应低于一定值，则确定该天线单元为故障天线单元。

6. 一种智能天线故障处理装置，其特征在于，该装置包括：

判断模块，用于判断是否出现天线单元故障，在出现天线单元故障时发送指令至选择模块；

选择模块，根据判断模块发送的指令选择无故障的连续天线单元组成重构阵列；

存储模块，用来存储所有由连续天线单元组成的重构阵列的广播信道加权系数；

信号收发模块，根据选择模块所选择的重构阵列获取存储模块内存储的相应广播信道加权系数，调整所选择的重构阵列，利用确定的重构阵列进行信号的收发。

7. 根据权利要求6所述的智能天线故障处理装置，其特征在于，所述重构阵列为由无故障的连续天线单元组成的最大重构阵列。

8. 根据权利要求6或7所述的智能天线故障处理装置，其特征在于，所述判断模块利用保护时隙的空闲时间进行天线单元通道响应估计，根据天线通道的响应是否低于一定值确定天线单元是否为故障天线单元。

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