一種通信方法、終端及通信系統與流程

2023-10-08 23:34:04 1

本發明涉及通信領域，尤其涉及一種通信方法、終端及通信系統。

背景技術：

信號在傳輸過程中受地形、地物影響而產生反射、折射與衍射等現象，使信號沿著不同的路徑傳播，這稱為多徑傳播。多徑傳播會使接收端接收到的信號在幅度、相位、頻率和達到時間上都不盡相同，這也就是所說多徑傳播獲得的多徑信號的衰落特性不同。傳統地面無線通信中的多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)正是利用了信號在傳輸過程中受地形地物的影響會產生不同衰落的特點，在終端側採用增大天線間距的方式來減小接收天線之間的相關性，保證不同的天線接收的多徑信號的衰落特性不同，從而實現空分復用來提升下行吞吐量，在理想情況下，接收天線之間的距離只要大于波長的一半就可以了。

但是上述空分復用的方式在一些比較特殊的通信環境中，比如直視徑通信環境，就不再適用。直視徑通信環境中信號的發送端與接收端之間不存在使信號傳播路徑發生改變的障礙物，信號到達接收端的路徑單一，不會出現幅度、相位、頻率以及到達時間不同等現象。因此，在這種環境下再使用減小接收天線之間的相關性的做法來保證天線接收衰落特性不同的信號的做法已不再適用，當然，在這種環境下使用傳統方式來空分復用也就收效甚微。

典型的直視徑通信環境並不少見，最典型的應該是地空通信(Air to Ground，ATG)，在ATG系統中，由於飛機的飛行高度在1萬米左右，可以和周圍半徑為400千米的範圍保持視通，因此基站和機載臺之間以直視徑為主。除 了水面外，主要是漫反射面，很少有反射、折射和衍射的多徑信號到達機載臺，所以接收天線之間的相關性很強，即使機載臺的兩個天線的間距被增大到幾十米，已經大於10倍波長，遠遠超過地面移動通信系統宏蜂窩一般要求(接收天線之間的距離只要波長的一半)，依然無法保證信號的衰落特性不同。因此，傳統的降低MIMO天線相關性的方法在直視徑環境中作用效果甚微，這種空分復用的方式不適合直視徑環境。

技術實現要素：

本發明要解決的主要技術問題是如何在直視徑環境中實現的信號下行的空分復用。

為解決上述技術問題，本發明提供一種通信方法,應用於直視徑通信環境中的終端與基站之間；包括：

在所述終端上設置與所述基站的第二極化天線極性相同的第一極化天線，所述第一極化天線包括極性不同的第一天線部件和第二天線部件；

通過所述第一極化天線接收所述基站通過所述第二極化天線發送的第一信號和第二信號。

在本發明一種實施例中，還包括：所述終端通過所述第一極化天線向所述基站發送第三信號。

在本發明一種實施例中，所述終端通過所述第一極化天線向所述基站發送第三信號包括：將所述第三信號分成兩路並分別通過所述第一天線部件與所述第二天線部件發送給所述基站。

在本發明一種實施例中，所述第一極化天線為線極化天線或圓極化天線。

在本發明一種實施例中，當所述第一極化天線為線極化天線時，所述第一 天線部件與所述第二天線部件正交，所述第一天線部件和所述第二天線部件的排列方式包括以下兩種中的任意一種：

所述第一天線部件與水平面的夾角為+45°，所述第二天線部件與水平面的夾角為-45°；

所述第一天線部件與水平面平行，所述第二天線部件與水平面垂直。

本發明還提供一種通信方法，應用於直視徑通信環境中的終端與基站之間；包括：

在所述終端和所述基站分別設置第一極化天線和第二極化天線，所述第一極化天線包括極性不同的第一天線部件和第二天線部件，所述第二極化天線包括極性不同的第三天線部件與第四天線部件，所述第一天線部件與所述第三天線部件極性相同，所述第二天線部件與所述第四天線部件極性相同；

所述基站通過所述第二極化天線的所述第三天線部件與所述第四天線部件分別向所述終端發送第一信號與第二信號；

所述終端通過所述第一極化天線的所述第一天線部件和所述第二天線部件接收所述基站通過所述第二極化天線發送的第一信號和第二信號。

本發明還提供一種終端，應用於直視徑通信環境；包括：

第一極化天線，所述第一極化天線與基站的第二極化天線極性相同，所述第一極化天線包括第一天線部件和第二天線部件，所述第一天線部件與所述第二天線部件用於接收所述基站發送的第一信號和第二信號；

信號處理模塊，所述信號處理模塊用於對所述第一天線部件與所述第二天線部件接收的所述第一信號和所述第二信號進行處理。

在本發明一種實施例中，所述第一天線部件與所述第二天線部件還用於向所述基站發送第三信號。

在本發明一種實施例中，還包括：信號分流模塊，所述信號分流模塊用於將所述第三信號分成兩路並通過第一天線部件和第二天線部件發送給所述基站。

在本發明一種實施例中，所述第一極化天線為線極化天線或圓極化天線。

本發明還提供一種通信系統，應用於直視徑通信環境；包括基站與至少一個終端；

所述基站包括第二極化天線，所述第二極化天線包括極性不同的第三天線部件與第四天線部件，所述第三天線部件與所述第四天線部件分別用於向終端發送第一信號和第二信號；

所述終端包括第一極化天線，所述第一極化天線包括極性不同的第一天線部件與第二天線部件，所述第一天線部件與所述第三天線部件極性相同，所述第二天線部件與所述第四天線部件極性相同，所述第一天線部件與所述第二天線部件用於接收所述基站發送的第一信號和第二信號。

在本發明一種實施例中，所述終端為機載臺。

本發明的有益效果是：

本發明提供的通信方法、終端及通信系統利用了直視徑環境中，很少有經過反射、折射和衍射的多徑信號，信號極化特性保持良好的特點，通過在基站與終端設置極性相同的極化天線進行信號的發送與接收，使信號在終端只能被與發送端天線部件極性相同的天線部件接收到，形成了MIMO直通信道的場景，大幅度提高了地空通信環境中空分復用的機率，從而提高了地空通信下行的吞吐量和容量。

附圖說明

圖1為本發明實施例一提供的一種通信方法示意圖；

圖2為MIMO直通信道示意圖；

圖3為本發明實施例二提供的一種通信方法示意圖；

圖4為本發明實施例三提供的一種終端結構示意圖；

圖5為本發明實施例三提供的另一種終端結構示意圖；

圖6為本發明實施例四提供的通信系統結構示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

由於在直視徑通信環境中，無法保證多徑信號衰落特性的不同，所以採用傳統增大天線間距來減小天線之間的相關性的方式無法實現信號下行的空分復用。所以本發明提供一種信號傳輸的方式來實現直視徑環境中的空分復用，主要構思是：直視徑環境中，信號極少發生反射、折射以及衍射等致使信號傳遞路徑改變的現象，信號極化特性保持良好，所以在基站與終端設置極性相同的極化天線進行信號的發送與接收，能夠使信號在終端只能被與基站發射天線部件極性相同的天線部件接收到，以此形成直通信道MIMO的場景，從而提高信號下行的空分復用率。

實施例一：

本實施例主要對在實現上述構思的過程中，終端所執行的相關步驟進行詳細解釋，具體的請參考圖1：

S101，在終端上設置與基站的第二極化天線極性相同的第一極化天線，該第一極化天線包括極性不同的第一天線部件和第二天線部件；

S102，通過第一極化天線接收基站通過第二極化天線發送的第一信號和第 二信號。

傳統的方式中，終端設置的天線一般是全向天線，但是這種方式在直視徑環境中幾乎不能實現空分復用，所以，本實施例在終端做了改變，選擇在終端設置極化天線，讓終端的第一極化天線和設置在基站的第二極化天線之間的信道類似直通信道。

圖2為MIMO直通信道的示意圖，天線211與天線221之間的信道為第一信道，天線212與天線222之間的信道為第二信道。發射端21的天線211發射的信號在接收端22隻有天線221能接收到，同樣的，接收端22的天線222也只能接收到發射端21的天線212所發射的信號，也就是說從發射端21某一天線發射出來的信號有其專門的信道讓其到達接收端專門的天線，而不至於被其他天線接收到。

在本實施例中，第一極化天線可以是圓極化天線或者是線極化天線，當設置的第一極化天線是圓極化天線時，相應的該第一極化天線的第一天線部件和第二天線部件可以分別是左旋圓極化天線和右旋圓極化天線。當設置的第一極化天線是線極化天線時，只要保證第一天線部件和第二天線部件正交極化即可，所以第一天線部件和第二天線部件可以有多種選擇，從工程經驗來說，一般比較常用的方式是第一天線部件和第二天線部件分別以與水平面成+45°的夾角和-45°的夾角的方式排列，或者第一天線部件與水平面保持水平，第二天線部件與水平面保持垂直。

當然，為了形成直通信道，終端設置的第一極化天線必須與基站設置的第二極化天線的極性相同。所以，當基站的第二極化天線是線極化天線，且其兩個天線部件以與水平面成+45°的夾角和-45°的夾角的方式排列時，終端的第一天線部件和第二天線部件只能以分別與水平面成+45°和-45°夾角的方式設 置。當基站的第二極化天線是圓極化天線時，終端也只能為圓極化天線，第一天線部件和第二天線部件只能是左旋圓極化天線和右旋圓極化天線。

終端利用第一極化天線的第一天線部件接收基站通過第二極化天線發送的第一信號，利用第一極化天線的第二天線部件接收基站通過第二極化天線發送的第二信號。

終端接收到基站發送的第一信號和第二信號後，還會對接收到的信號進行相應的處理。

在信號上行的過程中，由終端第一極化天線的第一天線部件發送的第三信號只能由基站第二天線中極性與第一天線部件相同的天線部件接收到。由於終端的發射功率一般比較低，為了提高基站對接收到的信號判決的正確率，一般會在終端採用發射分集的方式來改善接收信號的質量。分集技術是用來補償衰落信道損耗的，它通常利用無線傳播環境中同一信號的獨立樣本之間不相關的特點，使用將一定的信號合併的方式來改善接收信號，從而抵抗衰落引起的不良影響。因此本發明還提供一種實施例，在該實施例中，發射第三信號之前，終端側可以將第三信號分成兩路，然後由第一極化天線的兩個天線部件分別發送出去，這樣在基站側的第二極化天線的兩個天線部件都可以接收到第三信號，在本實施例中，具體的實現方式為：將第一極化天線的第一天線部件與第二天線部件分別連接到功分器上，在終端向基站發送第三信號之前，先讓第三信號通過功分器，將功分器輸出的兩個信號分別通過第一天線部件與第二天線部件發出。可以理解的是，本實施例中將信號分路的不一定是由功分器實現，也可以由其他器件實現。

實施例二：

本實施例從終端與基站兩側全面的介紹實現本發明的過程，具體的請參考 圖3：

S301，在終端和基站分別設置極性相同的第一極化天線和第二極化天線；

S302，基站通過第二極化天線的第三天線部件與第四天線部件分別向終端發送第一信號與第二信號；

S303，終端通過第一極化天線的第一天線部件和第二天線部件接收基站通過第二極化天線發送的第一信號和第二信號。

第一極化天線包括極性不同的第一天線部件和第二天線部件，第二極化天線包括極性不同的第三天線部件與第四天線部件，由於第一極化天線和第二極化天線極性相同，所以第一天線部件與第三天線部件極性相同，第二天線部件與第四天線部件極性相同。

在本實施例中，第一極化天線和第二極化天線可以是圓極化天線或者是線極化天線，當設置的第一極化天線和第二極化天線是圓極化天線時，第一天線部件和第三天線部件可以是左旋圓極化天線，相應的，第二天線部件和第四天線部件可以是右旋圓極化天線。當設置的第一極化天線和第二極化天線是線極化天線時，需要保證第一天線部件和第二天線部件正交極化，滿足這個條件的方式有多種，在工程實現上，一般比較常用的方式是第一天線部件和第二天線部件分別以與水平面成+45°的夾角和-45°的夾角的方式排列，或者第一天線部件與水平面保持水平且第二天線部件與水平面保持垂直。

第一信號和第二信號分別通過第二極化天線的兩個天線部件發出，由於在本實施例中，第一極化天線與第二極化天線為線極化天線，且第一天線部件與第二天線部件正交極化，以與水平面成+45°的夾角和-45°的夾角的方式排列，同時第三天線部件與第四天線部件也以與水平面成+45°的夾角和-45°的夾角的方式排列，所以，第一天線部件只用於接收第三天線部件發送的第一信號， 第二天線部件也只用於接收第四天線部件發送的第二信號。

另外，在信號上行的過程中，由終端第一極化天線的第一天線部件發送的第三信號只能由基站第二極化天線中極性與第一天線部件相同的第三天線部件接收到。由於終端的發射功率一般比較低，為了提高基站對接收到的信號的判決的正確率，一般會在終端採用發射分集的方式來改善接收信號的質量。分集技術是用來補償衰落信道損耗的，它通常利用無線傳播環境中同一信號的獨立樣本之間不相關的特點，使用將一定的信號合併的方式來改善接收信號，從而抵抗衰落引起的不良影響。所以在發射第三信號之前，終端側可以將第三信號分成兩路，然後由第一極化天線的兩個天線部件分別發送出去，在本實施例中，具體的實現方式為：將第一極化天線的第一天線部件與第二天線部件分別連接到功分器上，在終端向基站發送第三信號之前，先讓第三信號通過功分器，將功分器輸出的兩個信號分別通過第一天線部件與第二天線部件發出。

因此，基站在接收終端通過第一極化天線發送的第三信號時，第二極化天線中的兩個天線部件都可以接收到，然後基站將第三天線部件與第四天線部件接收到的信號組合獲得第三信號，以此來提高基站接收到的第三信號的強度，便於基站對接收到的信號進行正確的判決。

實施例三：

本實施例提供一種終端40，該終端40包括第一極化天線401和信號處理模塊402，如圖4所示：

第一極化天線401與基站的第二極化天線極性相同，其包括第一天線部件4011和第二天線部件4012。

在本實施例中，第一極化天線401可以是圓極化天線或者是線極化天線，當設置的第一極化天線401是圓極化天線時，相應的該第一極化天線401的第 一天線部件4011和第二天線部件4012可以分別是左旋圓極化天線和右旋圓極化天線。當設置的第一極化天線401是線極化天線時，只要保證第一天線部件4011和第二天線部件4012正交極化即可，所以第一天線部件4011和第二天線部件4012可以有多種選擇，從工程經驗來說，一般比較常用的方式是第一天線部件4011和第二天線部件4012分別以與水平面成+45°的夾角和-45°的夾角的方式排列，或者第一天線部件4011與水平面保持水平，第二天線部件4012與水平面保持垂直。

為了形成直通信道，終端40設置的第一極化天線401必須與基站設置的第二極化天線的極性相同，所以，當基站的第二極化天線是線極化天線，且其兩個天線部件以與水平面成+45°的夾角和-45°的夾角的方式排列時，終端40設置的第一極化天線401也只能是以與水平面成+45°的夾角和-45°的夾角的方式排列排列的線極化天線。

第一極化天線401用於接收基站發送的第一信號和第二信號，利用第一天線部件4011接收基站通過第二極化天線發送的第一信號，利用第二天線部件4012接收基站通過第二極化天線發送的第二信號。

終端40中的信號處理模塊402用於對接收到的信號進行處理。

在信號上行的過程中，由終端側的第一極化天線401的第一天線部件4011發送的第三信號只能由基站側第二極化天線中極性與第一天線部件4011相同的天線部件接收到。由於終端40的發射功率一般比較低，為了提高基站對接收到的信號的判決的正確率，本發明還提供一種實施例，該實施例中的終端利用發射分集來提高基站接收到的信號的質量，分集技術是用來補償衰落信道損耗的，它通常利用無線傳播環境中同一信號的獨立樣本之間不相關的特點，使用將一定的信號合併的方式來改善接收信號，從而抵抗衰落引起的不良影響。如圖5 所示，終端40除了包括實現空分復用的第一極化天線401和信號處理模塊402外，還包括實現發射分集必不可少的信號分流模塊403。信號分流模塊403在發射第三信號之前將第三信號分成兩路，然後由第一極化天線401的兩個天線部件分別發送出去，這樣在基站側的第二極化天線的兩個天線部件都可以接收到第三信號。具體的信號分流模塊403可以為功分器，具體的實現方式為：將第一極化天線401的第一天線部件4011與第二天線部件4012分別連接到功分器上，在終端40向基站發送第三信號之前，先讓第三信號通過功分器，將功分器輸出的兩個信號分別通過第一天線部件4011與第二天線部件4012發出。

實施例四：

本實施例提供一種通信系統6，該通信系統包括基站61與至少一個終端62，如圖6所示：

基站61包括第二極化天線611，第二極化天線611包括極性不同的第三天線部件6111與第四天線部件6112，第三天線部件6111與第四天線部件6112分別用於向終端62發送第一信號和第二信號。

終端62包括第一極化天線621，第一極化天線621包括極性不同的第一天線部件6211與第二天線部件6212，第一天線部件6211與第三天線部件6111極性相同，第二天線部件6212與第四天線部件6112極性相同，第一天線部件6211與第二天線部件6212用於接收基站61發送的第一信號和第二信號。

在本實施例中，第一極化天線621和第二極化天線611可以是圓極化天線或者是線極化天線，當設置的第一極化天線621和第二極化天線611是圓極化天線時，第一天線部件6211和第三天線部件6111可以是左旋圓極化天線，相應的，第二天線部件6212和第四天線部件6112可以是右旋圓極化天線。當設置的第一極化天線621和第二極化天線611是線極化天線時，只需保證第一天 線部件6211和第二天線部件6212正交極化，滿足這個條件的方式有多種，在工程實現上，一般比較常用的方式是第一天線部件6211和第二天線部件6212分別以與水平面成+45°的夾角和-45°的夾角的方式排列，或者第一天線部件6211與水平面保持水平且第二天線部件6212與水平面保持垂直。

第一信號和第二信號分別通過第二極化天線611的兩個天線部件發出，由於在本實施例中，第一極化天線621與第二極化天線611為線極化天線，且第一天線部件6211與第二天線部件6212正交極化，以與水平面成+45°的夾角和-45°的夾角的方式排列，同時第三天線部件6111與第四天線部件6112也以與水平面成+45°的夾角和-45°的夾角的方式排列，所以，第一天線部件6211隻用於接收第三天線部件6111發送的第一信號，第二天線部件6212也只用於接收第四天線部件6112發送的第二信號。

終端62還包括一個用於對接收到的第一信號和第二信號進行處理的信號處理模塊622。

另外，在信號上行的過程中，由第一極化天線621的第一天線部件6211發送的第三信號只能由第二極化天線611中極性與第一天線部件6211相同的第三天線部件6111接收到。由於終端62的發射功率一般比較低，為了提高基站61對接收到的信號的判決的正確率，一般會在終端62採用發射分集的方式來改善基站61接收到的信號的質量。分集技術是用來補償衰落信道損耗的，它通常利用無線傳播環境中同一信號的獨立樣本之間不相關的特點，使用將一定的信號合併的方式來改善接收信號，從而抵抗衰落引起的不良影響。所以本實施例提供的通信系統6中包含的終端62還包括一個信號分流模塊623，信號分流模塊623在發射第三信號之前，將第三信號分成兩路，然後由第一極化天線621的兩個天線部件分別發送出去，具體的信號分流模塊623可以為功分器，具體的實 現方式為：將第一極化天線621的第一天線部件6211與第二天線部件6212分別連接到功分器上，在終端62向基站61發送第三信號之前，先讓第三信號通過功分器，將功分器輸出的兩個信號分別通過第一天線部件6211與第二天線部件6212發出。

因此，基站61在接收終端62通過第一極化天線621發送的第三信號時，第二極化天線611中的兩個天線部件都可以接收到，然後基站61將第三天線部件6111與第四天線部件6112接收到的信號組合獲得信號質量更好的第三信號，以此來提高基站61接收到的第三信號的強度，便於基站61對接收到的信號進行正確的判決。

在本實施例中，終端62可以為機載臺，這裡所說的機載臺指的是設置在高空飛行設備上的通信裝置，比如設置在飛機上。當終端62為機載臺時，可以由此實現地空通信中的大幅度提高地空通信環境中空分復用的機率，從而提高地空通信下行的吞吐量和容量，對於地空通信的部署和性能提升具有重要的現實意義。

以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。