CN108141256B - 天线阵列的相位调整方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线阵列的相位调整方法及装置,涉及通信技术领域,为了解决现有技术中存在的当进行相位调整时,只有逐个激活天线阵元进行估计或测量,其他天线阵元无法工作,天线阵列工作效率较低的问题。该方法包括:按照预设划分规则集合中的第一划分规则将天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列;获取第一天线子阵列对应的第一聚合信号和第二天线子阵列对应的第二聚合信号的相位差;根据所述相位差和第一加权规则,确定天线阵列中每个天线阵元的待调整相位值;分别向每个天线阵元对应的移相器发送与天线阵元对应的待调整相位值。本发明应用在相位对齐的过程中。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种天线阵列的相位调整方法及装置。
背景技术
在包含天线阵列的微波***中,天线阵列中的每个天线阵元都对应一个可调节移相角度的移相器。通过调节移相器可独立地改变每个天线阵元上发射或接收信号的相位。实际应用中,通过调整移相器来改变天线阵列中天线阵元的相位,进而使得发射或接收信号在期望波束方向上达到相干合成,实现阵列天线在期望波束方向上的发射增益或接收增益最大的目的。
示例性的,如图1所示,在包含4个天线阵元的天线阵列中,每个天线阵元对应一路信号通道,每个天线阵元对应的移相器的当前相位分别为ψ1、ψ2、ψ3和ψ4,波束期望方向在θ时,估计得到的每个天线阵元对应的空间信道的相位为则由这4个天线阵元发射的信号经空间信道传播后,估计得到的到达接收端的相位为 为了保证天线阵列中的天线阵元在接收端的相位对齐以实现天线阵列在所述波束期望方向上的发射增益最大,需要调节移相器的相位,使得P1=P2=P3=P4。
目前,现有技术中常用的一种相位调整方法为,根据波束期望方向,估计每个天线阵元对应的空间信道相位,将该估计得到的空间信道相位与该天线阵元对应的移相器的当前相位值叠加,得到该天线阵元对应的发射信号或接收信号的最终相位,调节该天线阵元对应的移相器的相位值使得该天线阵元对应的最终相位值达到目标相位值,实现相位对齐。
但现有技术中的这种相位调整方法,需要逐个对每个天线阵元的相位进行调整,在对单个天线阵元进行相位调整时,只有该天线阵元处于激活状态,其他天线阵元无法工作,则损失了天线阵列的阵列增益,进而该天天线阵列工作效率较低的问题。
发明内容
本发明提供一种天线阵列的相位调整方法及装置,以解决现有技术中存在的在进行想起调整时,天线阵列的工作效率较低的问题。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
第一方面,本发明实施例提供一种天线阵列的相位调整方法,包括:按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列,其中,所述预设划分规则集合中至少包括M-1个划分规则,所述M的取值为所述天线阵列中天线阵元的个数;所述天线阵列中的天线阵元属于所述第一天线子阵列或第二天线子阵列;获取所述第一天线子阵列对应的第一聚合信号和所述第二天线子阵列对应的第二聚合信号的相位差;根据所述相位差和第一加权规则,确定所述天线阵列中每个天线阵元的待调整相位值,所述第一加权规则为预设加权规则集合中,与所述第一划分规则对应的加权规则;分别向每个天线阵元对应的移相器发送与所述天线阵元对应的待调整相位值;其中,所述第一聚合信号为所述第一天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号,所述第二聚合信号为所述第二天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号;或所述第一聚合信号为将所述第一天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号;所述第二聚合信号为将所述第二天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号。
采用上述技术方案后,按照一定的划分规则将整个天线阵列划分为两个天线子阵列,获取两个天线子阵列对应的聚合信号的相位差,再根据得到的相位差以及与划分规则对应的加权规则,确定每个天线阵元对应的移相器的待调整相位值,并发送给每个天线阵元对应的移相器实现相位调整。与现有技术相比,本发明实施例提供的相位调整方法,在整个相位调节过程中,天线阵列的全部天线阵元都可处于激活状态,天线阵列可正常工作,能够提高天线阵列的工作效率。
结合第一方面,在第一方面的第一种实现方式中,所述分别向每个天线阵元对应的移相器发送与所述天线阵元对应的待调整相位值,之后,所述方法还包括:分别获取相位调整前和相位调整后天线阵列对应的信号功率;根据相位调整后天线阵列对应的信号功率和相位调整前天线阵列对应的信号功率,确定信号功率差值;如果所述信号功率差值大于预设阈值,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。通过该实现方式,在经过一次相位调整后,获取天线阵列的对应的信号功率提升值,如果提升值小于预设阈值,可认为再进行相位调整带来的效果较小,无需再调整;否则,可认为还可进行下次相位调整以进一步提升天线阵列的对应的信号功率,实现相位对齐。
结合第一方面,在第一方面的第二种实现方式中,所述分别向每个天线阵元对应的移相器发送与所述天线阵元对应的待调整相位值,之后,所述方法还包括:对调整次数进行计数,得到计数结果;如果所述计数结果未达到预设阈值,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。通过该实现方式,可事先确定一个用于判断是否达到相位对齐的调整次数阈值,通过判断调整次数是否达到预设的调整次数阈值,来确定是否需要进行下一次相位调整。
结合第一方面,或者第一方面的第一种、第二种实现方式中的任意一种,在第一方面的第三种实现方式中,在所述按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列之前,所述方法,还包括:构造划分矩阵Aij,所述划分矩阵至少包括M-1行M列,所述划分矩阵每一行元素的取值为第一取值或第二取值,每个天线阵元与所述划分矩阵每行的元素存在预设对应关系;分别根据所述划分矩阵中每一行元素的取值,确定一个划分规则,每行对应一个划分规则,所述划分规则为将取值为第一取值的元素对应的天线阵元划分为第一天线子阵列;将取值为第二取值的元素对应的天线阵元划分为第二天线子阵列。该实现方式给出了划分规则的一种可能设计原则。
结合第一方面的第三种实现方式,在第一方面的第四种实现方式中,所述划分矩阵Aij为包括M-1行M列,且元素取值仅为0或1的满秩矩阵;所述预设对应关系为,每个天线阵元的预设编号m分别对应划分矩阵Aij的一个列号j;所述划分规则为将每一行的取值为0的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第一天线子阵列,将每一行的取值为1的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第二天线子阵列。该实现方式给出了在上述可能的设计原则下,划分规则的一种可能的实现方式。
结合第一方面的第三种实现方式,在第一方面的第五种实现方式中,在所述按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列之前,所述方法,还包括:根据所述划分矩阵Aij、所述划分矩阵Aij的互补矩阵Aij~,确定加权差值矩阵B;根据所述加权差值矩阵B,确定加权矩阵Gji。该实现方式给出了与划分规则对应的加权规则的一种可能设计原则。
结合第一方面的第五种实现方式,在第一方面的第六种实现方式中,所述根据所述划分矩阵Aij、所述划分矩阵Aij的互补矩阵Aij~,确定加权差值矩阵B,具体包括:根据所述划分矩阵A、所述划分矩阵A的互补矩阵A~以及公式B=S*A-T*A~,确定加权差值矩阵B,其中,S为所述划分矩阵A的能量归一化权值,T为所述互补矩阵A~的能量归一化权值,所述加权差值矩阵B为M-1行M列的矩阵;所述根据所述加权差值矩阵B,确定加权矩阵Gji,具体包括:删除所述加权差值矩阵B的第一列,得到残余加权差值矩阵BR;根据所述残余加权差值矩阵BR的逆矩阵BR~、预设向量V以及公式确定加权矩阵Gji,其中,所述预设向量V为包含M-1个元素,且与所述残余加权差值矩阵BR的每个列向量均正交的横向量,所述加权矩阵Gji为包括M行M-1列的矩阵;分别根据所述加权矩阵Gji每一列中元素的取值以及所述天线阵元的编号,确定一个加权规则,所述加权规则为矩阵Gji的每一列中,每个元素的取值与所述相位差ΔPA的乘积作为与所述该元素的行号j对应的编号m表示天线阵元的待调整相位值;其中,所述划分矩阵第j行对应的划分规则与所述加权矩阵G第j列对应的加权规则相对应,所述j的取值为1至M-1之间的正整数。该实现方式给出了加权规则的一种具体实现方式。
结合第一方面或者第一方面的第一种、第二种、第三种、第四种、第五种或第六种实现方式中的任意一种,在第一方面的第七种实现方式中,所述获取调整相位后的天线阵列对应的信号功率,具体包括:激活所述天线阵列中的所有天线阵元;通过所述天线阵列发射信号;获取所述天线阵列发射的信号经空间信道传播后叠加得到的聚合信号的信号功率;或者获取所述天线阵列中的所有天线阵元接收的信号叠加后得到聚合信号的信号功率。
第二方面,本发明实施例提供一种天线阵列的相位调整装置包括:处理单元,用于按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列,其中,所述预设划分规则集合中至少包括M-1个划分规则,所述M的取值为所述天线阵列中天线阵元的个数;所述天线阵列中的天线阵元属于所述第一天线子阵列或第二天线子阵列;获取所述第一天线子阵列对应的第一聚合信号和所述第二天线子阵列对应的第二聚合信号的相位差;根据所述相位差和第一加权规则,确定所述天线阵列中每个天线阵元的待调整相位值,所述第一加权规则为预设加权规则集合中,与所述第一划分规则对应的加权规则;发送单元,用于分别向每个天线阵元对应的移相器发送与所述天线阵元对应的待调整相位值;其中,所述第一聚合信号为所述第一天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号,所述第二聚合信号为所述第二天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号;或所述第一聚合信号为将所述第一天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号;所述第二聚合信号为将所述第二天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号。
结合第二方面,在第二方面的第一种实现方式中,所述处理单元,还用于分别获取相位调整前和相位调整后天线阵列对应的信号功率;根据相位调整后天线阵列对应的信号功率和相位调整前天线阵列对应的信号功率,确定信号功率差值;当所述信号功率差值大于预设阈值时,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。
结合第二方面,在第二方面的第二种实现方式中,所述处理单元,还用于对调整次数进行计数,得到计数结果;如果所述计数结果未达到预设阈值,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。
结合第二方面或者第二方面的第一种、第二种实现方式中的任意一种,在第二方面的第三种实现方式中,所述处理单元,还用于构造划分矩阵Aij,所述划分矩阵至少包括M-1行M列,所述划分矩阵每一行元素的取值为第一取值或第二取值,每个天线阵元与所述划分矩阵每行的元素存在预设对应关系;分别根据所述划分矩阵中每一行元素的取值,确定一个划分规则,每行对应一个划分规则,所述划分规则为将取值为第一取值的元素对应的天线阵元划分为第一天线子阵列;将取值为第二取值的元素对应的天线阵元划分为第二天线子阵列。
结合第二方面的第三种实现方式,在第二方面的第四种实现方式中,所述处理单元构造的所述划分矩阵Aij为包括M-1行M列,且元素取值仅为0或1的满秩矩阵;所述预设对应关系为,每个天线阵元的预设编号m分别对应划分矩阵Aij的一个列号j;所述划分规则为将每一行的取值为0的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第一天线子阵列,将每一行的取值为1的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第二天线子阵列。
结合第二方面的第三种实现方式,在第二方面的第五种实现方式中,所述处理单元,还用于根据所述划分矩阵Aij、所述划分矩阵Aij的互补矩阵Aij~,确定加权差值矩阵B;根据所述加权差值矩阵B,确定加权矩阵Gji。
结合第二方面的第五种实现方式,在第二方面的第六种实现方式中,所处理单元,具体用于根据所述划分矩阵A、所述划分矩阵A的互补矩阵A~以及公式B=S*A-T*A~,确定加权差值矩阵B,其中,S为所述划分矩阵A的能量归一化权值,T为所述互补矩阵A~的能量归一化权值,所述加权差值矩阵B为M-1行M列的矩阵;删除所述加权差值矩阵B的第一列,得到残余加权差值矩阵BR;根据所述残余加权差值矩阵BR的逆矩阵BR~、预设向量V以及公式确定加权矩阵Gji,其中,所述预设向量V为包含M-1个元素,且与所述残余加权差值矩阵BR的每个列向量均正交的横向量,所述加权矩阵Gji为包括M行M-1列的矩阵;分别根据所述加权矩阵Gji每一列中元素的取值以及所述天线阵元的编号,确定一个加权规则,所述加权规则为矩阵Gji的每一列中,每个元素的取值与所述相位差ΔPA的乘积作为与所述该元素的行号j对应的编号m表示天线阵元的待调整相位值;其中,所述划分矩阵第j行对应的划分规则与所述加权矩阵G第j列对应的加权规则相对应,所述j的取值为1至M-1之间的正整数。
结合第二方面,或者第二方面的第一种实现方式、第二种实现方式、第三种实现方式、第四种实现方式、第五种实现方式、第六种实现方式中的任意一种,在第二方面的第七种实现方式中,所述处理单元,具体用于激活所述天线阵列中的所有天线阵元;通过所述天线阵列发射信号;获取所述天线阵列发射的信号经空间信道传播后叠加得到的聚合信号的信号功率;或者获取所述天线阵列中的所有天线阵元接收的信号叠加后得到聚合信号的信号功率。
第三方面,本发明实施例还提供了一种天线阵列的相位调整装置,包括:处理器,用于按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列,其中,所述预设划分规则集合中至少包括M-1个划分规则,所述M的取值为所述天线阵列中天线阵元的个数;所述天线阵列中的天线阵元属于所述第一天线子阵列或第二天线子阵列;获取所述第一天线子阵列对应的第一聚合信号和所述第二天线子阵列对应的第二聚合信号的相位差;根据所述相位差和第一加权规则,确定所述天线阵列中每个天线阵元的待调整相位值,所述第一加权规则为预设加权规则集合中,与所述第一划分规则对应的加权规则;分别向每个天线阵元对应的移相器发送与所述天线阵元对应的待调整相位值;其中,所述第一聚合信号为所述第一天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号,所述第二聚合信号为所述第二天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号;或所述第一聚合信号为将所述第一天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号;所述第二聚合信号为将所述第二天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号。
结合第三方面,在第三方面的第一种实现方式中,所述处理器,还用于分别获取相位调整前和相位调整后天线阵列对应的信号功率;根据相位调整后天线阵列对应的信号功率和相位调整前天线阵列对应的信号功率,确定信号功率差值;如果所述信号功率差值大于预设阈值,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。
结合第三方面,在第三方面的第二种实现方式中,所述处理器,还用于对调整次数进行计数,得到计数结果;如果所述计数结果未达到预设阈值,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。
结合第三方面或者第三方面的第一种、第二种实现方式中的任意一种,在第三方面的第三种实现方式中,所述处理器,还用于构造划分矩阵Aij,所述划分矩阵至少包括M-1行M列,所述划分矩阵每一行元素的取值为第一取值或第二取值,每个天线阵元与所述划分矩阵每行的元素存在预设对应关系;分别根据所述划分矩阵中每一行元素的取值,确定一个划分规则,每行对应一个划分规则,所述划分规则为将取值为第一取值的元素对应的天线阵元划分为第一天线子阵列;将取值为第二取值的元素对应的天线阵元划分为第二天线子阵列。
结合第三方面的第三种实现方式,在第三方面的第四种实现方式中,所述处理器构造的所述划分矩阵Aij为包括M-1行M列,且元素取值仅为0或1的满秩矩阵;所述预设对应关系为,每个天线阵元的预设编号m分别对应划分矩阵Aij的一个列号j;所述划分规则为将每一行的取值为0的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第一天线子阵列,将每一行的取值为1的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第二天线子阵列。
结合第三方面的第三种实现方式,在第三方面的第五种实现方式中,所述处理器,还用于根据所述划分矩阵Aij、所述划分矩阵Aij的互补矩阵Aij~,确定加权差值矩阵B;根据所述加权差值矩阵B,确定加权矩阵Gji。
结合第三方面的第五种实现方式,在第三方面的第六种实现方式中,所述处理器,具体用于根据所述划分矩阵A、所述划分矩阵A的互补矩阵A~以及公式B=S*A-T*A~,确定加权差值矩阵B,其中,S为所述划分矩阵A的能量归一化权值,T为所述互补矩阵A~的能量归一化权值,所述加权差值矩阵B为M-1行M列的矩阵;所述根据所述加权差值矩阵B,确定加权矩阵Gji,具体包括:删除所述加权差值矩阵B的第一列,得到残余加权差值矩阵BR;根据所述残余加权差值矩阵BR的逆矩阵BR~、预设向量V以及公式确定加权矩阵Gji,其中,所述预设向量V为包含M-1个元素,且与所述残余加权差值矩阵BR的每个列向量均正交的横向量,所述加权矩阵Gji为包括M行M-1列的矩阵;分别根据所述加权矩阵Gji每一列中元素的取值以及所述天线阵元的编号,确定一个加权规则,所述加权规则为矩阵Gji的每一列中,每个元素的取值与所述相位差ΔPA的乘积作为与所述该元素的行号j对应的编号m表示天线阵元的待调整相位值;其中,所述划分矩阵第j行对应的划分规则与所述加权矩阵G第j列对应的加权规则相对应,所述j的取值为1至M-1之间的正整数。
结合第三方面,或者第三方面的第一种实现方式、第二种实现方式、第三种实现方式、第四种实现方式、第五种实现方式、第六种实现方式中的任意一种,在第三方面的第七种实现方式中,所述处理器,具体用于激活所述天线阵列中的所有天线阵元;通过所述天线阵列发射信号;获取所述天线阵列发射的信号经空间信道传播后叠加得到的聚合信号的信号功率;或者获取所述天线阵列中的所有天线阵元接收的信号叠加后得到聚合信号的信号功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为相位对齐原理示意图;
图2为本发明实施例提供的一种阵列天线的相位调整***的示意图;
图3为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的一种阵列天线的相位调整方法的流程示意图;
图5为本发明实施例提供的一种预设规则的定义方法的流程示意图;
图6为本发明实施例提供的一种阵列天线的相位调整装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实施例中的附图,对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图2所示,本发明实施例提供一种天线阵列的相位调整***,包括:信号处理设备101、多个天线阵元102组成的天线阵列、分别与每个天线阵元对应的移相器103。其中,信号处理设备101,用于向移相器103输出电信号以调整移相器的相位、对信号进行调制解调等,其一般包含DSP、FPGA、ASIC等模块中的任意一种;天线阵元102用于接收或发射信号;移相器103用于调节天线阵元接收或发射信号的信号相位,其可为模拟移相器也可以为数字移相器,其具体结构可参考现有技术。另外,图2中还示出了功分器和/或合路器。当所述天线阵列仅用于发射信号时,所述天线阵列的相位调整***还包括功分器,用于将一路信号分为多路信号后分别由每个天线阵元对应的移相器调整相位后由天线阵列中的天线阵元发射。当所述天线阵列仅用于接收信号时,所述天线阵列的相位调整射***还包括合路器,用于将每个天线阵元接受的信号叠加得到一路聚合信号。当所述天线阵列既用于发射信号还用于接收信号时,所述天线阵列的相位调节***既包括功分器也包括合路器,当天线阵列用于发射信号时,功分器处于工作状态,当天线阵列用于接收信号时,合路器处于工作状态。
如图3所示,所述信号处理设备101可通过图3所示的通用计算机设备200实现。
图3所示为本发明实施例提供的计算机设备示意图。计算机设备200包括至少一个处理器201,通信总线202,存储器203以及至少一个通信接口204。
处理器201可以是一个通用中央处理器(CPU),微处理器,特定应用集成电路(application-specific integrated circuit,ASIC),或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。
通信总线202可包括一通路,在上述组件之间传送信息。所述通信接口204,使用任何收发器一类的装置,用于与其他设备或通信网络通信,如以太网,无线接入网(RAN),无线局域网(Wireless Local Area Networks,WLAN)等。
存储器203可以是只读存储器(read-only memory,ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备,随机存取存储器(random access memory,RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备,也可以是电可擦可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory,EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory,CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质,但不限于此。存储器可以是独立存在,通过总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
其中,所述存储器203用于存储执行本发明方案的应用程序代码,并由处理器201来控制执行。所述处理器201用于执行所述存储器203中存储的应用程序代码。
在具体实现中,作为一种实施例,处理器201可以包括一个或多个CPU,例如图3中的CPU0和CPU1。
在具体实现中,作为一种实施例,计算机设备200可以包括多个处理器,例如图3中的处理器201和处理器207。这些处理器中的每一个可以是一个单核(single-CPU)处理器,也可以是一个多核(multi-CPU)处理器。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路、和/或用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。
在具体实现中,作为一种实施例,计算机设备200还可以包括输出设备205和输入设备206。输出设备205和处理器201通信,可以以多种方式来显示信息。例如,输出设备205可以是液晶显示器(liquid crystal display,LCD),发光二级管(light emitting diode,LED)显示设备,阴极射线管(cathode ray tube,CRT)显示设备,或投影仪(projector)等。输入设备206和处理器201通信,可以以多种方式接受用户的输入。例如,输入设备206可以是鼠标、键盘、触摸屏设备或传感设备等。
上述的计算机设备200可以是一个通用计算机设备或者是一个专用计算机设备。在具体实现中,计算机设备200可以是台式机、便携式电脑、网络服务器、掌上电脑(Personal Digital Assistant,PDA)、移动手机、平板电脑、无线终端设备、通信设备、嵌入式设备或有图3中类似结构的设备。本发明实施例不限定计算机设备200的类型。
如图2中的信号处理设备101可以为图3所示的设备,信号处理设备101的存储器中存储了一个或多个软件模块。信号处理设备101可以通过处理器以及存储器中的程序代码来实现软件模块,实现在天线阵列部分或全部激活的状态下,确定各个天线阵元对应的待调整相位值。
如图4所示,本发明实施例提供了一种天线阵列的相位调整方法,可应用于如图2所示的天线阵列的相位调整***中,图2中信号处理设备101和移相器103之间的交互,或者与外部网元之间的交互,可以采用该方法实施例中的方法。该方法包括:
301:信号处理设备按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列。
其中,所述预设划分规则集合中至少包括M-1个划分规则,所述M的取值为所述天线阵列中天线阵元的个数;本步骤中所指的第一划分规则为所述M-1个划分规则中的任意一个。
在进行划分时,对于天线阵列中的任意一个天线阵元,该天线阵元属于所述第一天线子阵列或第二天线子阵列,不能同时存在两个子阵列中。且第一天线子阵列和第二天线子阵列中分别至少包含一个天线阵元。
302:信号处理设备获取所述第一天线子阵列对应的第一聚合信号和所述第二天线子阵列对应的第二聚合信号的相位差。
可选的,当所述天线阵列用于发射信号时,所述第一聚合信号为所述第一天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号,所述第二聚合信号为所述第二天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号。实际应用中,经任意包含多个天线阵元的天线阵列发射的信号在通过空间信道传播的过程中会自然的相干合成。本步骤所指的第一聚合信号和第二聚合信号则分别为第一天线子阵列和第二天线子阵列对应的该相干合成后的信号。
可选的,当所述天线阵列用于接收信号时,所述第一聚合信号为将所述第一天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号;所述第二聚合信号为将所述第二天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号。
需要说明的是,第一聚合信号和第二聚合信号可同时获取,也可分别获取,但在同一次调整过程中,如果所述天线阵列应用在发射端,则接收端用于获取第一聚合信号和第二聚合信号选取的天线阵元或天线阵列相同,也即在一次调整过程中,获取第一聚合信号和第二聚合信号时,接收端的配置不变。同理,如果所述天线阵列应用在接收端,则在获取第一聚合信号和第二聚合信号的过程中,发送端选取相同的天线阵元或天线阵列发射信号,也即发送端的配置保持不变。第一聚合信号和第二聚合信号的具体获取过程可见后文详述。
还需要说明的是,当所述天线阵列用于发射信号时,第一天线子阵列内所有天线阵元发射的信号为同一信号(为便于描述,称为第一发射信号);第二天线子阵列内所有天线阵元发射的信号为同一信号(为便于描述,可称为第二发射信号),但第一天线子阵列和第二天线子阵列的发射信号,也即第一发射信号和第二发射信号可相同也可不同。
同理,当所述天线阵列用于接收信号时,第一天线子阵列内所有天线阵元接收的信号为同一信号(为便于描述,可称为第一接收信号);第二天线子阵列内所有天线阵元接收的信号为同一信号(为便于描述,可称为第二接收信号),但第一接收信号和第二接收信号可相同也可不同。
在本步骤的一种实现方式中,如果分别获取第一聚合信号和第二聚合信号,则在获取第一聚合信号后,可根据现有技术中的算法估计得到第一聚合信号相对于无线通信***的基准时间的相位,称之为该第一聚合信号的相位,同理,在获取第二聚合信号后,可根据现有技术中的算法估计得到第二聚合信号相对于同一个无线通信***的基准时间的相位,称之为该第二聚合信号的相位,然后根据第一聚合信号的相位、第二聚合信号的相位,得到所述相位差。
在本步骤的另一种实现方式中,在同时获取第一聚合信号和第二聚合信号后,根据这两个信号,得到这两个信号的差值,然后根据该差值,得到相位差。
303:信号处理设备根据所述相位差和第一加权规则,确定所述天线阵列中每个天线阵元的待调整相位值。
其中,第一加权规则位于预设加权规则集合中,所述预设加权规则集合中包括至少M-1个加权规则,每个划分规则对应一个加权规则。一旦选取了划分规则,则相应的确定了加权规则。具体而言,该加权规则用于确定哪些天线阵元需要进行相位调整,需要调整的天线阵元对应的待调整相位值与相位差的关系,如待调整相位值为n倍相位差。
304:信号处理设备分别向每个天线阵元的对应的移相器发送待调整相位值。
移相器在接收到信号处理设备发送的待调整相位值后,根据该待调整相位值进行一些配置操作以调整相位值,该过程可参考现有技术。
本发明实施例提供的相位调整方法,按照一定的划分规则将整个天线阵列划分为两个天线子阵列,获取两个天线子阵列对应的聚合信号的相位差,再根据得到的相位差以及与划分规则对应的加权规则,确定每个天线阵元对应的移相器的待调整相位值,并发送给每个天线阵元对应的移相器实现相位调整。与现有技术相比,本发明实施例提供的相位调整方法,在整个相位调节过程中,天线阵列的全部天线阵元都可处于激活状态,天线阵列可正常工作,能够提高天线阵列的工作效率。
其次,采用现有技术中的对单个天线阵元逐个调整的相位调整方法时,相位估计过程中,由于仅单个天线阵元处于激活状态,估计连路的信噪比低,存在该单个阵元接收信号较差,进而利用该接收信号进行相位估计时,相位估计的精度较低的问题。而本申请中天线阵列的部分或全部天线阵元处于激活状态,能够保障相位估计过程中较高的相干合成程度,提高估计链路的信噪比,进而提高相位估计的精度。
再次,采用现有技术中的对单个天线阵元逐个调整的相位调整方法时,完成一轮相位对齐的时间开销与天线阵列大小成正比,在阵列较大的时候,对齐的时间开销巨大,不适合在线地动态的修正相位偏差。而本申请在进行相位调整时,每次只需进行两个子阵列的相位估计,而并非对所有天线阵元逐一估计,估计复杂度大大降低,适合实时校准动态的相位变化。
需要说明的是,上述信号处理设备的动作可以由如图4所示的计算机设备根据上述提及的存储器中的软件程序来执行。
作为图4所示方法的补充或说明,在步骤302的具体实现过程中,当所述天线阵列用于发射信号时,可通过以下实现方式获取第一聚合信号和第二聚合信号。以第一聚合信号为例,在获取第一聚合信号的一种实现方式中,在接收端设置单个天线阵元,以第一天线子阵列为发射端,通过该第一天线子阵列发射信号,获取该单个天线阵元接收的信号,得到第一聚合信号;保持接收端的设置不变,以第二天线阵列为发射端,通过第二天线子阵列发射信号,同样获取接收端的该单个天线阵元接收的信号,得到第二聚合信号。
作为上述实现方式的一个演变,在获取第一聚合信号的另一种实现方式中,在接收端设置包括多个天线阵元的天线阵列,以第一天线子阵列为发射端,通过该第一天线子阵列发射信号,获取接收端任意一个天线阵元接收的信号,得到第一聚合信号;保持接收端的设置不变,以第二天线子阵列为发射端,通过第二天线子阵列发射信号,同样获取接收端的同一个天线阵元接收的信号,得到第二聚合信号。
在获取第一聚合信号的再一种实现方式中,在接收端设置包括多个天线阵元的天线阵列,以第一天线子阵列为发射端,通过该第一天线子阵列发射信号,获取接收端天线阵列接收的多路信号经合路器合路后的信号,得到第一聚合信号;保持接收端的设置不变,以第二天线子阵列为发射端,通过第二天线子阵列发射信号,同样获取接收端天线阵列接收的多路信号经合路器合路后的信号,得到第二聚合信号。
需要说明的是,如果同时获取第一聚合信号和第二聚合信号,则同时激活第一天线子阵列和第二天线子阵列中的天线阵元;如果分别获取第一聚合信号和第二聚合信号,则在获取第一聚合信号时,仅激活第一天线子阵列,在获取第二聚合信号时,仅激活第二天线子阵列。
综上所述,接收端可以有多种实现方式,只需要在进行同一次相位调整的过程中,获取第一聚合信号和第二聚合信号时,接收端的设置保持不变,选取的用于接收信号的天线阵元即可。
同理,当所述天线阵列用于接收信号时,可通过以下实现方式获取第一聚合信号和第二聚合信号。以第一聚合信号为例,在获取第一聚合信号的一种实现方式中,在发射端设置单个天线阵元,以第一天线子阵列为接收端,通过发射端的单个天线阵元发射信号,获取第一天线子阵列接收的多路信号合路后的信号,得到第一聚合信号;保持发射端的设置不变,以第二天线子阵列为接收端,通过发射端的单个天线阵元发射信号,获取第一天线子阵列接收的多路信号合路后的信号,得到第二聚合信号。
作为上述实现方式的演变,在获取第一聚合信号的另一种实现方式中,在发射端设置包括多个天线阵元的天线阵列,以第一天线子阵列为接收端,通过发射端的天线阵列中的任意天线阵元发射信号,获取第一天线子阵列接收的多路信号经合路器合路后的信号,得到第一聚合信号;保持发射端的设置不变,以第二天线子阵列为接收端,通过发射端的同一个天线阵元发射信号,同样获取第二天线子阵列接收的多路信号经合路器合路后的信号,得到第二聚合信号。
在获取第一聚合信号的再一种实现方式中,在发射端设置包括多个天线阵元的天线阵列,以第一天线子阵列为接收端,通过发射端的天线阵列发射信号,获取第一天线子阵列接收的多路信号经合路器合路后的信号,得到第一聚合信号;保持发射端的设置不变,以第二天线子阵列为接收端,通过发射端的天线阵列发射信号,同样获取第二天线子阵列接收的多路信号经合路器合路后的信号,得到第二聚合信号。
需要说明的是,如果同时获取第一聚合信号和第二聚合信号,则同时激活第一天线子阵列和第二天线子阵列中的天线阵元;如果分别获取第一聚合信号和第二聚合信号,则在获取第一聚合信号时,仅激活第一天线子阵列,在获取第二聚合信号时,仅激活第二天线子阵列。
综上所述,发射端可以有多种实现方式,只需要在进行同一次相位调整的过程中,获取第一聚合信号和第二聚合信号时,发射端的设置保持不变、选取的用于发射信号的天线阵元相同即可。
实际应用中,对天线阵列仅进行一次相位调整可能无法达到相位对齐的效果,则可能仍然需要进行下一次相位的调整。因此,下文给出了两种判断是否需要进行下次相位调整的实现方式。
作为图4所示方法的说明或补充,在一种实现方式中,在步骤304信号处理设备分别向每个天线阵元的对应的移相器发送待调整相位值,之后,所述方法还包括:信号处理设备分别获取相位调整前和相位调整后天线阵列对应的信号功率;根据相位调整后天线阵列对应的信号功率和相位调整前天线阵列对应的信号功率,确定信号功率差值;如果所述信号功率差值大于预设阈值,则返回步骤301,重复执行步骤301至步骤304,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。通过该实现方式,在经过一次相位调整后,获取天线阵列的对应的信号功率提升值,也即相位调整后天线阵列对应的信号功率和相位调整前天线阵列对应的信号功率之差,如果提升值小于预设阈值,可认为再进行相位调整带来的效果较小,无需再调整;否则,可认为还可进行下次相位调整以进一步提升天线阵列的对应的信号功率,实现相位对齐。
其中,在该实现方式中,当所述天线阵列用于发射信号时,所述获取天线阵列对应的信号功率,具体包括:调整相位前,激活所述天线阵列中的所有天线阵元;通过所述天线阵列发射信号;获取所述天线阵列发射的信号经空间信道传播后叠加得到的聚合信号的信号功率。调整相位后,可采用同样的方式获取阵列天线对应的信号功率。
当所述天线阵列用于发射信号时,获取所述天线阵列中的所有天线阵元接收的信号叠加后得到聚合信号的信号功率。
需要说明的是,在对天线阵列中的天线阵元进行该下一次相位调整时,选取的划分规则可以与上一次的划分规则相同,也可以不同。当两次选取的划分规则不同时,对相位调整的效果更明显。
在另一种实现方式中,所述步骤304信号处理设备分别向每个天线阵元的对应的移相器发送待调整相位值,之后,所述方法还包括:对调整次数进行计数,得到计数结果。如果所述计数结果未达到预设阈值,则返回步骤301,重复执行步骤301至步骤304,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。通过该实现方式,可事先确定一个用于判断是否达到相位对齐的调整次数阈值,通过判断调整次数是否达到预设的调整次数阈值,来确定是否需要进行下一次相位调整。
作为上述方法的补充或说明,下文给出预设划分规则集合的可能实现方式。
如图5所示,在所述按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列之前,所述方法,还包括:
401:信号处理设备构造划分矩阵Aij。
其中,所述划分矩阵至少包括M-1行M列,所述划分矩阵每一行元素的取值为第一取值或第二取值,每个天线阵元与所述划分矩阵每行的元素存在预设对应关系。
402:信号处理设备分别根据所述划分矩阵中每一行元素的取值,确定一个划分规则,每行对应一个划分规则。
其中,所述划分规则为将取值为第一取值的元素对应的天线阵元划分为第一天线子阵列;将取值为第二取值的元素对应的天线阵元划分为第二天线子阵列。
作为上述预设划分规则集合的一种具体的实现方式,所述划分矩阵Aij为包括M-1行M列,且元素取值仅为0或1的满秩矩阵;将天线阵列中的天线阵元依次编号,则天线阵元与所述划分矩阵每行的元素之间的所述预设对应关系为,每个天线阵元的预设编号m分别对应划分矩阵Aij的一个列号j;所述划分规则为将每一行的取值为0的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第一天线子阵列,将每一行的取值为1的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第二天线子阵列。
与划分规则对应,下文给出加权规则的可能实现方式。
在所述按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列之前,所述方法,还包括:
步骤一、根据所述划分矩阵Aij、所述划分矩阵Aij的互补矩阵Aij~,确定加权差值矩阵B。
在该步骤的具体实现中,根据所述划分矩阵A、所述划分矩阵A的互补矩阵A~以及公式B=S*A-T*A~,确定加权差值矩阵B,其中,S为所述划分矩阵A的能量归一化权值,T为所述互补矩阵A~的能量归一化权值,所述加权差值矩阵B为M-1行M列的矩阵。
步骤二、根据所述加权差值矩阵B,确定加权矩阵Gji。
在该步骤的具体实现中,删除所述加权差值矩阵B的第一列,得到残余加权差值矩阵BR;根据所述残余加权差值矩阵BR的逆矩阵BR~、预设向量V以及公式确定加权矩阵Gji,其中,所述预设向量V为包含M-1个元素,且与所述残余加权差值矩阵BR的每个列向量均正交的横向量,所述加权矩阵Gji为包括M行M-1列的矩阵;分别根据所述加权矩阵Gji每一列中元素的取值以及所述天线阵元的编号,确定一个加权规则,所述加权规则为矩阵Gji的每一列中,每个元素的取值与所述相位差ΔPA的乘积作为与所述该元素的行号j对应的编号m表示天线阵元的待调整相位值;其中,所述划分矩阵第j行对应的划分规则与所述加权矩阵G第j列对应的加权规则相对应,所述j的取值为1至M-1之间的正整数。
需要说明的是,上述划分矩阵A将M个天线阵元的相位映射成了M-1对聚合相位。与划分矩阵A对应的加权矩阵G则是将M-1个聚合相位的差变换为M个天线阵元之间的相位差。当按照划分矩阵第一行对应的划分规则对天线阵列进行划分时,相应的,选取的加权规则为加权矩阵第一列对应的加权规则。
示例性的,以天线阵列包括4个天线阵元,划分矩阵Aij为可以选择删除第一行后的Hadamard矩阵,如下述公式(1)
则,该划分矩阵第一行的元素为1、0、1、0,将天线阵元依次编号为1、2、3、4,该行对应的划分规则为,天线阵元1和天线阵元3属于同一天线子阵列;天线阵元2和天线阵元4属于另一天线子阵列。
同理,该划分矩阵第二行的元素为1、1、0、0,该行对应的划分规则为,天线阵元1和天线阵元2属于同一天线子阵列,天线阵元3和天线阵元4属于另一天线子阵列。
与所述划分矩阵Aij对应的加权矩阵Gji为下述公式(2):
则,该加权矩阵第一列的元素为0,-1,0,-1,该列对应的加权规则为,天线阵元1和天线阵元3对应的待调整相位值为加权值为0和相位差的乘积,即0;天线阵元2和天线阵元4对应的待调整相位值为加权值-1和相位差(为了便于描述,称为ΔP)-ΔP。
同理,该加权矩阵第二列的元素为0、0、-1、-1,该列对应的加权规则为,天线阵元1和天线阵元2对应的待调整相位值为加权值为0,天线阵元3和天线阵元4对应的地调整相位值为-ΔP。
当按照划分矩阵第一行对应的划分规则对天线阵列进行划分时,则在选取加权规则时,按照加权矩阵第一列对应的加权规则进行加权处理。
如图6所示,本发明实施例还提供了一种相位调整装置的结构示意图,应用于信号处理设备中,该信号处理设备包括:处理单元501和发送单元502。
其中,处理单元501,用于按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列,其中,所述预设划分规则集合中至少包括M-1个划分规则,所述M的取值为所述天线阵列中天线阵元的个数;所述天线阵列中的天线阵元属于所述第一天线子阵列或第二天线子阵列;获取所述第一天线子阵列对应的第一聚合信号和所述第二天线子阵列对应的第二聚合信号的相位差;根据所述相位差和第一加权规则,确定所述天线阵列中每个天线阵元的待调整相位值,所述第一加权规则为预设加权规则集合中,与所述第一划分规则对应的加权规则;
发送单元502,用于分别向每个天线阵元对应的移相器发送与所述天线阵元对应的待调整相位值;
其中,所述第一聚合信号为所述第一天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号,所述第二聚合信号为所述第二天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号;
或
所述第一聚合信号为将所述第一天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号;所述第二聚合信号为将所述第二天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号。
进一步的,所述处理单元501,还用于分别获取相位调整前和相位调整后天线阵列对应的信号功率;相位调整后天线阵列对应的信号功率和相位调整前天线阵列对应的信号功率,确定信号功率差值;当所述信号功率差值大于预设阈值时,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。
进一步的,所述处理单元501,还用于对调整次数进行计数,得到计数结果;如果所述计数结果未达到预设阈值,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。
进一步的,所述处理单元501,还用于构造划分矩阵Aij,所述划分矩阵至少包括M-1行M列,所述划分矩阵每一行元素的取值为第一取值或第二取值,每个天线阵元与所述划分矩阵每行的元素存在预设对应关系;
分别根据所述划分矩阵中每一行元素的取值,确定一个划分规则,每行对应一个划分规则,所述划分规则为将取值为第一取值的元素对应的天线阵元划分为第一天线子阵列;将取值为第二取值的元素对应的天线阵元划分为第二天线子阵列。
进一步的,所述处理单元501构造的所述划分矩阵Aij为包括M-1行M列,且元素取值仅为0或1的满秩矩阵;所述预设对应关系为,每个天线阵元的预设编号m分别对应划分矩阵Aij的一个列号j;所述划分规则为将每一行的取值为0的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第一天线子阵列,将每一行的取值为1的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第二天线子阵列。
进一步的,所述处理单元501,还用于根据所述划分矩阵Aij、所述划分矩阵Aij的互补矩阵Aij~,确定加权差值矩阵B;根据所述加权差值矩阵B,确定加权矩阵Gji。
进一步的,所处理单元501,具体用于根据所述划分矩阵A、所述划分矩阵A的互补矩阵A~以及公式B=S*A-T*A~,确定加权差值矩阵B,其中,S为所述划分矩阵A的能量归一化权值,T为所述互补矩阵A~的能量归一化权值,所述加权差值矩阵B为M-1行M列的矩阵;
删除所述加权差值矩阵B的第一列,得到残余加权差值矩阵BR;
根据所述残余加权差值矩阵BR的逆矩阵BR~、预设向量V以及公式确定加权矩阵Gji,其中,所述预设向量V为包含M-1个元素,且与所述残余加权差值矩阵BR的每个列向量均正交的横向量,所述加权矩阵Gji为包括M行M-1列的矩阵;
分别根据所述加权矩阵Gji每一列中元素的取值以及所述天线阵元的编号,确定一个加权规则,所述加权规则为矩阵Gji的每一列中,每个元素的取值与所述相位差ΔPA的乘积作为与所述该元素的行号j对应的编号m表示天线阵元的待调整相位值;
其中,所述划分矩阵第j行对应的划分规则与所述加权矩阵G第j列对应的加权规则相对应,所述j的取值为1至M-1之间的正整数。
进一步的,所述处理单元501,具体用于激活所述天线阵列中的所有天线阵元;通过所述天线阵列发射信号;获取所述天线阵列发射的信号经空间信道传播后叠加得到的聚合信号的信号功率;或者获取所述天线阵列中的所有天线阵元接收的信号叠加后得到聚合信号的信号功率。
在本实施例中,信号处理设备101是以功能单元的形式来呈现。这里的“单元”可以指特定应用集成电路(application-specific integrated circuit,ASIC),电路,执行一个或多个软件或固件程序的处理器和存储器,集成逻辑电路,和/或其他可以提供上述功能的器件。在一个简单的实施例中,本领域的技术人员可以想到信号处理设备101可以采用图3所示的形式。处理单元501和发送单元502可以通过图4的处理器和存储器来实现。
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质,用于储存为上述图6所示的信号处理设备所用的计算机软件指令,其包含用于执行上述方法实施例所设计的程序。通过执行存储的程序,可以实现在天线阵列的天线阵元部分或全部激活的状态下,调整天线阵列的相位。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述,然而,在实施所要求保护的本发明过程中,本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书,可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中,“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤,“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施,但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
本领域技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中,与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分,也可以采用其他分布形式,如通过Internet或其它有线或无线电信***。
本发明是参照本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述,显而易见的,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可对其进行各种修改和组合。相应地,本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明,且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。
通过以上的实施方式的描述,所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中,如计算机的软盘,硬盘或光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种天线阵列的相位调整方法,其特征在于,包括:
按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列,其中,所述预设划分规则集合中至少包括M-1个划分规则,所述M的取值为所述天线阵列中天线阵元的个数,M≥4;所述天线阵列中的天线阵元属于所述第一天线子阵列或第二天线子阵列;
获取所述第一天线子阵列对应的第一聚合信号和所述第二天线子阵列对应的第二聚合信号的相位差;
根据所述相位差和第一加权规则,确定所述天线阵列中每个天线阵元的待调整相位值,所述第一加权规则为预设加权规则集合中,与所述第一划分规则对应的加权规则;
分别向每个天线阵元对应的移相器发送与所述天线阵元对应的待调整相位值;
其中,所述第一聚合信号为所述第一天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号,所述第二聚合信号为所述第二天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号;
或
所述第一聚合信号为将所述第一天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号;所述第二聚合信号为将所述第二天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述分别向每个天线阵元对应的移相器发送与所述天线阵元对应的待调整相位值,之后,所述方法还包括:
分别获取相位调整前和相位调整后天线阵列对应的信号功率;
根据相位调整后天线阵列对应的信号功率和相位调整前天线阵列对应的信号功率,确定信号功率差值;
如果所述信号功率差值大于预设阈值,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述分别向每个天线阵元对应的移相器发送与所述天线阵元对应的待调整相位值,之后,所述方法还包括:
对调整次数进行计数,得到计数结果;
如果所述计数结果未达到预设阈值,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法,其特征在于,在所述按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列之前,所述方法,还包括:
构造划分矩阵Aij,所述划分矩阵至少包括M-1行M列,所述划分矩阵每一行元素的取值为第一取值或第二取值,每个天线阵元与所述划分矩阵每行的元素存在预设对应关系;
分别根据所述划分矩阵中每一行元素的取值,确定一个划分规则,每行对应一个划分规则,所述划分规则为将取值为第一取值的元素对应的天线阵元划分为第一天线子阵列;将取值为第二取值的元素对应的天线阵元划分为第二天线子阵列。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,
所述划分矩阵Aij为包括M-1行M列,且元素取值仅为0或1的满秩矩阵;所述预设对应关系为,每个天线阵元的预设编号m分别对应划分矩阵Aij的一个列号j;所述划分规则为将每一行的取值为0的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第一天线子阵列,将每一行的取值为1的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第二天线子阵列。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在所述按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列之前,所述方法,还包括:
根据所述划分矩阵Aij、所述划分矩阵Aij的互补矩阵Aij~,确定加权差值矩阵B,具体包括:
根据所述划分矩阵A、所述划分矩阵A的互补矩阵A~以及公式B=S*A-T*A~,确定加权差值矩阵B,其中,S为所述划分矩阵A的能量归一化权值,T为所述互补矩阵A~的能量归一化权值,所述加权差值矩阵B为M-1行M列的矩阵;
根据所述加权差值矩阵B,确定加权矩阵Gij,具体包括:
删除所述加权差值矩阵B的第一列,得到残余加权差值矩阵BR;
根据所述残余加权差值矩阵BR的逆矩阵BR~、预设向量V以及公式确定加权矩阵Gij,其中,所述预设向量V为包含M-1个元素,且与所述残余加权差值矩阵BR的每个列向量均正交的横向量,所述加权矩阵Gij为包括M行M-1列的矩阵;
分别根据所述加权矩阵Gij每一列中元素的取值以及所述天线阵元的编号,确定一个加权规则,所述加权规则为矩阵Gij的每一列中,每个元素的取值与所述相位差ΔPA的乘积作为所述与该元素的行号j对应的编号m表示天线阵元的待调整相位值;
其中,所述划分矩阵第j行对应的划分规则与所述加权矩阵G第j列对应的加权规则相对应,所述j的取值为1至M-1之间的正整数。
7.一种天线阵列的相位调整装置,其特征在于,包括:
处理单元,用于按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列,其中,所述预设划分规则集合中至少包括M-1个划分规则,所述M的取值为所述天线阵列中天线阵元的个数,M≥4;所述天线阵列中的天线阵元属于所述第一天线子阵列或第二天线子阵列;
获取所述第一天线子阵列对应的第一聚合信号和所述第二天线子阵列对应的第二聚合信号的相位差;
根据所述相位差和第一加权规则,确定所述天线阵列中每个天线阵元的待调整相位值,所述第一加权规则为预设加权规则集合中,与所述第一划分规则对应的加权规则;
发送单元,用于分别向每个天线阵元对应的移相器发送与所述天线阵元对应的待调整相位值;
其中,所述第一聚合信号为所述第一天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号,所述第二聚合信号为所述第二天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号;
或
所述第一聚合信号为将所述第一天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号;所述第二聚合信号为将所述第二天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,
所述处理单元,还用于分别获取相位调整前和相位调整后天线阵列对应的信号功率;
根据相位调整后天线阵列对应的信号功率和相位调整前天线阵列对应的信号功率,确定信号功率差值;
当所述信号功率差值大于预设阈值时,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。
9.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,
所述处理单元,还用于对调整次数进行计数,得到计数结果;
如果所述计数结果未达到预设阈值,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。
10.根据权利要求7至9任一项所述的装置,其特征在于,
所述处理单元,还用于构造划分矩阵Aij,所述划分矩阵至少包括M-1行M列,所述划分矩阵每一行元素的取值为第一取值或第二取值,每个天线阵元与所述划分矩阵每行的元素存在预设对应关系;
分别根据所述划分矩阵中每一行元素的取值,确定一个划分规则,每行对应一个划分规则,所述划分规则为将取值为第一取值的元素对应的天线阵元划分为第一天线子阵列;将取值为第二取值的元素对应的天线阵元划分为第二天线子阵列。
11.根据权利要求10所述的装置,其特征在于,
所述处理单元构造的所述划分矩阵Aij为包括M-1行M列,且元素取值仅为0或1的满秩矩阵;所述预设对应关系为,每个天线阵元的预设编号m分别对应划分矩阵Aij的一个列号j;所述划分规则为将每一行的取值为0的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第一天线子阵列,将每一行的取值为1的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第二天线子阵列。
12.根据权利要求11所述的装置,其特征在于,
所述处理单元,还用于根据所述划分矩阵Aij、所述划分矩阵Aij的互补矩阵Aij~,确定加权差值矩阵B;具体地,所述处理单元,用于根据所述划分矩阵A、所述划分矩阵A的互补矩阵A~以及公式B=S*A-T*A~,确定加权差值矩阵B,其中,S为所述划分矩阵A的能量归一化权值,T为所述互补矩阵A~的能量归一化权值,所述加权差值矩阵B为M-1行M列的矩阵;
根据所述加权差值矩阵B,确定加权矩阵Gij,具体包括:
删除所述加权差值矩阵B的第一列,得到残余加权差值矩阵BR;
根据所述残余加权差值矩阵BR的逆矩阵BR~、预设向量V以及公式确定加权矩阵Gij,其中,所述预设向量V为包含M-1个元素,且与所述残余加权差值矩阵BR的每个列向量均正交的横向量,所述加权矩阵Gij为包括M行M-1列的矩阵;
分别根据所述加权矩阵Gij每一列中元素的取值以及所述天线阵元的编号,确定一个加权规则,所述加权规则为矩阵Gij的每一列中,每个元素的取值与所述相位差ΔPA的乘积作为所述与该元素的行号j对应的编号m表示天线阵元的待调整相位值;
其中,所述划分矩阵第j行对应的划分规则与所述加权矩阵G第j列对应的加权规则相对应,所述j的取值为1至M-1之间的正整数。
13.一种天线阵列的相位调整装置,其特征在于,包括:
处理器,用于按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列,其中,所述预设划分规则集合中至少包括M-1个划分规则,所述M的取值为所述天线阵列中天线阵元的个数,M≥4;所述天线阵列中的天线阵元属于所述第一天线子阵列或第二天线子阵列;
获取所述第一天线子阵列对应的第一聚合信号和所述第二天线子阵列对应的第二聚合信号的相位差;
根据所述相位差和第一加权规则,确定所述天线阵列中每个天线阵元的待调整相位值,所述第一加权规则为预设加权规则集合中,与所述第一划分规则对应的加权规则;
分别向每个天线阵元对应的移相器发送与所述天线阵元对应的待调整相位值;
其中,所述第一聚合信号为所述第一天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号,所述第二聚合信号为所述第二天线子阵列中的天线阵元发射的信号经空间信道传播后叠加得到的信号;
或
所述第一聚合信号为将所述第一天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号;所述第二聚合信号为将所述第二天线子阵列中的天线阵元接收到的信号进行叠加后得到的信号。
14.根据权利要求13所述的装置,其特征在于,
所述处理器,还用于分别获取相位调整前和相位调整后天线阵列对应的信号功率;
根据相位调整后天线阵列对应的信号功率和相位调整前天线阵列对应的信号功率,确定信号功率差值;
如果所述信号功率差值大于预设阈值,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。
15.根据权利要求13所述的装置,其特征在于,
所述处理器,还用于对调整次数进行计数,得到计数结果;
如果所述计数结果未达到预设阈值,则执行按照预设划分规则集合中的第一划分规则将所述天线阵列划分为第一天线子阵列和第二天线子阵列这一步骤及后续步骤,以对所述天线阵列中的天线阵元进行下一次相位调整。
16.根据权利要求13至15任一项所述的装置,其特征在于,
所述处理器,还用于构造划分矩阵Aij,所述划分矩阵至少包括M-1行M列,所述划分矩阵每一行元素的取值为第一取值或第二取值,每个天线阵元与所述划分矩阵每行的元素存在预设对应关系;
分别根据所述划分矩阵中每一行元素的取值,确定一个划分规则,每行对应一个划分规则,所述划分规则为将取值为第一取值的元素对应的天线阵元划分为第一天线子阵列;将取值为第二取值的元素对应的天线阵元划分为第二天线子阵列。
17.根据权利要求16所述的装置,其特征在于,
所述处理器构造的所述划分矩阵Aij为包括M-1行M列,且元素取值仅为0或1的满秩矩阵;所述预设对应关系为,每个天线阵元的预设编号m分别对应划分矩阵Aij的一个列号j;所述划分规则为将每一行的取值为0的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第一天线子阵列,将每一行的取值为1的元素的列号j对应的编号m表示的天线阵元划分为第二天线子阵列。
18.根据权利要求16所述的装置,其特征在于,
所述处理器,还用于根据所述划分矩阵Aij、所述划分矩阵Aij的互补矩阵Aij~,确定加权差值矩阵B;具体地,所述处理器用于根据所述划分矩阵A、所述划分矩阵A的互补矩阵A~以及公式B=S*A-T*A~,确定加权差值矩阵B,其中,S为所述划分矩阵A的能量归一化权值,T为所述互补矩阵A~的能量归一化权值,所述加权差值矩阵B为M-1行M列的矩阵;
根据所述加权差值矩阵B,确定加权矩阵Gij,具体包括:
删除所述加权差值矩阵B的第一列,得到残余加权差值矩阵BR;
根据所述残余加权差值矩阵BR的逆矩阵BR~、预设向量V以及公式确定加权矩阵Gij,其中,所述预设向量V为包含M-1个元素,且与所述残余加权差值矩阵BR的每个列向量均正交的横向量,所述加权矩阵Gij为包括M行M-1列的矩阵;
分别根据所述加权矩阵Gij每一列中元素的取值以及所述天线阵元的编号,确定一个加权规则,所述加权规则为矩阵Gij的每一列中,每个元素的取值与所述相位差ΔPA的乘积作为所述与该元素的行号j对应的编号m表示天线阵元的待调整相位值;
其中,所述划分矩阵第j行对应的划分规则与所述加权矩阵G第j列对应的加权规则相对应,所述j的取值为1至M-1之间的正整数。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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