移動終端天線信道的建模方法及裝置的製作方法

2023-06-04 11:38:51

專利名稱：移動終端天線信道的建模方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，具體而言，涉及一種移動終端天線信道的建模方法及裝置。
背景技術：
目前，3GPP以及Winner採用的信道模型(例如，SCM、SCME)，均是準物理模型，因為該模型中散射體的物理空間位置是不確定的，因此，信道建模方法主要基於空間信道收發兩端所定義散射體的出/入射平面村量波的散射統計信息。其所得到的信道模型雖然理論上可支持任意拓撲結構的天線單元和陣列，但在，在實際應用中，該標準化信道模型所考慮的只是一種理想化的、脫離實際使用的均勻直線天線陣(ULA)模型。以該均勻直線天線陣模型來評價天線系統性能，則將導致較大偏差，無法滿足LTE和超三代(B3G)無線鏈路性能準確仿真和評估的需要。

發明內容
本發明的主要目的在於提供一種移動終端天線信道的建模方法，以至少解決上述問題。根據本發明的一個方面，提供了一種移動終端天線信道的建模方法，包括將移動終端天線信道作為一個包括一個路埠和一個場埠的兩埠網絡，根據場埠到路埠的S參數、場埠的散射參數、場埠對應外部激勵源以及外部激勵源的反射系統參數，確定天線與信道的耦合係數；使用天線輸入反射係數和路埠的有源負載反射係數，確定表示場埠與路埠的傳輸及耦合特性的β元素；根據場路埠傳輸係數及β元素，確定表示單天線信道模型的矩陣。根據本發明的另一方面，提供了一種移動終端天線信道的建模裝置，包括場埠 /散射特性表徵模塊，用於根據線場埠到路埠的S參數、場埠散射參數以及場埠對應外部激勵源參量vg、反射係數參數Γ g參量，表徵天線對入射源的互作用；路埠傳輸/ 反射特性表徵模塊，用於採用路埠有源負載反射係數和天線輸入反射係數，表徵天線與負載的相互作用；場/路埠傳輸/耦合特性表徵模塊，用於基於路埠的S參數和路埠的有源負載反射係數，表徵場埠與路埠的傳輸及耦合特性；單天線信道交叉極化擴展特性表徵模塊，用於基於場路埠傳輸參數，得到天線場路埠轉移矩陣以表徵單天線信道。通過本發明，可以根據移動終端單天線網路參數和天線三維增益參數以及負載、 源匹配參數，建立起單天線行為級相關矩陣通用表徵模型，為移動終端單天線的性能研究、 測試和認證提供保證。同時，本發明方法還具有環境要求低、精度適中、簡便易行的優點。


此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中
圖1為本發明實施例移動終端多天線物理參數的結構示意圖；圖2為本發明實施例中單天線場埠網絡示意圖；圖3為本發明實施例中單天線路埠網絡示意圖；圖4為根據本發明實施例的移動終端天線信息的建模方法的流程圖；圖5為移動終端天線坐標定義示意圖；圖6為移動終端單天線測試結果圖；圖7a為移動終端單天線極化擴展特性的一仿真結果圖；圖7b為移動終端單天線極化擴展特性的另一仿真結果圖；圖7c為移動終端單天線極化擴展特性的又一仿真結果圖；以及圖8為根據本發明實施例的移動終端天線信道的建模裝置的示意圖。
具體實施例方式下文中將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。在本發明實施例中，將終端單天線信道考慮成為一個雙埠微波網絡，S卩1個路埠和1個場埠，採用雙埠網絡S參數表徵方法和天線輻射電場的極化特性表徵方法， 建立場路轉換矩陣模型，提取場路一體化極化擴展信息，得到天線信道交叉極化擴展特性的通用表示模型。圖1為根據本發明實施例的天線物理模型的結構示意圖，如圖1所示，該天線物理模型主要包括以下5個部分(1)圓柱導體0圓柱導體0是一個Z軸方向總長度為X0，半徑為RO金屬圓柱體。(2)主輻射元件1主輻射元件1是一個外半徑為Rpat、內半徑為RpiruZ向厚度為Hpat的圓環型金屬貼片結構；以三維坐標系原點為參考點，所述主輻射元件1位於ζ向高度Hrad處，與一個帶有螺紋結構的金屬圓柱體1. 1連接在一起，進而可對主輻射元件1的Z向高度Hrad進行調節。所述帶有螺紋結構的金屬圓柱體1. 1是一個Z向高度為Hpin、半徑為Rpin、側邊上帶有螺紋的圓柱體結構，下表平面位於坐標系XY平面上。(3)副輻射元件 2. 1、2. 2、2. 3、2. 4副輻射元件2. 1、2.2、2.3、2.4，是四個半徑為附、厚度為!11的小金屬圓柱，下表平面與三維坐標系中XY平面平行，距離為HO+Hs ；同時，四個小金屬圓柱的中心點均勻分布在圓心位於Z坐標軸上、半徑為DO的圓上，即各自位於正Y軸、負Y軸、負X軸、正X軸上，並相互對稱。(4)饋電單元 3· 1、3· 2、3· 3、3· 4饋電單元3. 1、3.2、3.3、3.4，是由四根作為饋線的、半徑為1 0、2向高度為HO的金屬圓柱體，以及四個Z向高度為Hs的50 Ω阻抗匹配饋電埠組成；所述金屬圓柱體饋線的下表平面與三維坐標系的XY平面平行，距離為Hs ；所述50 Ω阻抗匹配饋電埠一側位於 XY平面上，另一側位於饋線下表平面；所述饋電單元3. 1,3. 2,3. 3,3. 4同樣是均勻分布在圓心位於Z坐標軸上、半徑為DO的圓上，即各自位於正Y軸、負Y軸、負X軸、正X軸上，相互對稱。(5)天線支架4天線支架4，原型是一個Z向高度為Hw、外半徑為Rw、內半徑為1 、材料為聚四氟乙烯(介電常數2. 55，電介質損耗角為0. 0019)的圓柱環型結構，下表平面位於三維坐標系的XY平面上；同時，在天線支架4內部，在XY平面上，距離原點DO的位置處，挖出了四個半徑為R0、Z向高度為Hw的圓柱孔徑，同時，四個圓柱孔徑各自均勻分布在正Y軸、負Y軸、負 X軸、正X軸上，相互對稱。下面介紹上述各主要組成部分的連接關係(1)圓柱導體實體的連接如圖1所示，圓柱導體0是半徑為RA、高度為XA鋁材圓柱。(2)輻射單元與饋電單元實體的連接如圖1所示，主輻射單元1實體與帶有螺紋結構的金屬圓柱體1. 1連接在一起，進而可對主輻射元件1的Z向高度Hrad進行調節；也因此需要在主輻射單元貼片上挖出半徑為Rpin的圓，並最終形成圓環結構。帶有螺紋結構的金屬圓柱體1. 1的下表平面位於三維坐標系的XY平面上，與圓柱導體0的A部分連接在一起，位於環形的天線支架4中心處；同時，由於其半徑小於天線支架4的內環半徑，因而在金屬圓柱體1. 1與天線支架4之間仍留有一個環空間。如圖1所示，副輻射元件2. 1,2. 2,2. 3,2. 4的下表平面正好位於天線支架4的上表平面處，同時與饋電單元3. 1,3. 2,3. 3,3. 4中的圓柱饋線上表面相連接。如圖1所示，饋電單元3. 1、3.2、3.3、3.4位於天線支架4內部挖出的四個圓柱孔徑中，其中的圓柱型饋線的上表平面與副輻射元件2. 1,2. 2,2. 3,2. 4連接在一起，下表平面與50Ω阻抗匹配饋電埠連接在一起，饋電埠另一端則與圓柱導體0的A部分相連接。如圖1所示，天線支架4的下表平面位於XY平面上，同樣是與圓柱導體0的A部分相連接。下面介紹上述各主要組成部分的結構尺寸(1)圓柱導體0XA = 10mm, RAl = 53. 85mm,(2)主輻射元件1Rpat = 46. 08mm, Rpin = 18mm, Hpat = 2. 25mm, Hrad = 34. 85mm, Hpin = 34. 85mm(3)副輻射元件 2· 1、2· 2、2· 3、2· 4Rl = 7. 2mm, Hl = 0. 3mm, HO = 29. 2mm, Hs = 0. 8mm, DO = 50mm(4)饋電單元 3. 1、3. 2、3. 3、3. 4RO = 2. 7mm, HO = 29. 2mm, Hs = 0. 8mm(5)天線支架4Hw = 30mm, Rw = 53085mm, Rn = 35mm在本發明實施例中，將終端單天線信道考慮成為一個雙埠微波網絡，在圖2中示出了該雙埠微波網絡的天線場埠(p2埠式,ξ)以及場埠對應外部激勵源Vg(入射電場)和反射係數參數(rg)參量，圖3中示出了該雙埠微波網絡的天線路埠(pi埠以及天線路埠的有源負載反射係數(ru)和天線輸入反射係數(ral)。 基於圖2和圖3所示的雙埠微波網絡，本發明實施例提供了一種UE天線信道的
建模方法，圖4為根據本發明實施例UE天線信道的建模方法的流程圖，包括以下步驟步驟402，根據場埠到路埠的S參數、場埠的散射參數、場埠對應外部激勵源以及外部激勵源的反射系統參數，確定天線與信道的耦合係數，以表徵天線對入射源的互作用特徵；步驟S404，採用路埠有源負載反射係數(ru)和天線輸入反射係數(Γ al)，表徵天線與負載的相互作用，即β = ^,Γα1 = su, Δ = [I-S11 Γ n]0步驟S406，根據天線路埠(pi埠)S參數(S11)和天線路埠有源負載反射係數(Γ J，得到場/路埠傳輸/耦合特性表示，即β元素；根據微波網絡理論，表示場/路埠傳輸/耦合特性的β元素可通過以下公式確定β = ~,Γα1 = S11(1)
Δ其中，Δ= [I-S11Γ J(2)步驟S408，根據場路埠傳輸係數S12及β元素，確定表示單天線信道模型的矩陣。基於場路埠 S參數物理特徵，得到天線場/路埠轉移矩陣，即單天線信道&模型為ha = β · S12(3)通過本發明實施例的上述建模方法，可以建立場路轉換矩陣模型，得到天線信道交叉極化擴展特性的通用表示模型。在具體實施過程中，在上述步驟S402中，基於天線場埠(ρ2埠毛，民)到路埠(pi埠4，^)的S參數(S12)、場埠散射參數(S22)以及場埠對應外部激勵源Vg(入射電場)、反射係數參數(rg)參量，可通過以下公式得到由天線路埠看到的天線與信道的耦合係數(ArA1)A0 = (I-S22Tg)-1Vg,(4)A1 = (I-S22Tg)-1FgS12(5)在具體應用中，實際測試時，天線散射阻抗與入射波空間阻抗不匹配已考慮在測試參量中(即源阻抗匹配)，因此有Γ g = 0，則A。= vg, A1 = 0(6)並且，基於電波傳播理論，採用如圖5定義的坐標，將天線參考點作為球坐標的原點，天線支路的矢徑與Z軸的夾角為θ，天線支路的矢徑投影到XY平面內的矢量與X軸的夾角為Φ。在上述步驟S308中，場/路埠傳輸參數(S12)(即場埠到路埠的S參數) 可以表示為
上式中，Fi為天線的空間坐標矢量，①(f^i^)為天線的相位方向圖。為來波入射 角，6 = Gメ + Gふ為天線的電壓增益方向圖，ニ//メ + H孫空間電磁信道單徑電壓傳輸 係數。進一步地，單天線信道的交叉極化擴展特性可表示為
權利要求
1.一種移動終端天線信道的建模方法，其特徵在於，將移動終端天線信道作為一個包括一個路埠和一個場埠的兩埠網絡，所述方法包括根據所述場埠到所述路埠的S參數、所述場埠的散射參數、所述場埠對應外部激勵源以及所述外部激勵源的反射系統參數，確定天線與信道的耦合係數；使用天線輸入反射係數和所述路埠的有源負載反射係數，確定表示所述場埠與所述路埠的傳輸及耦合特性的β元素；根據所述場埠到所述路埠的S參數數及所述β元素，確定表示單天線信道模型的矩陣。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，確定所述天線與信道的耦合係數包括 獲取所述場埠到所述路埠的S參數S12 ；獲取所述場埠的散射參數S22 ；獲取所述場埠對應外部激勵源參量Vg及所述反射係數參數Γ g ； 根據以下公式確定天線與信道的耦合係數Ac^A1
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述rg= 0。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，獲取所述場埠到所述路埠的S參數 S12包括採用電磁仿真或實際測量的方式獲取所述場埠到所述路埠的S參數s12。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據所述有源負載反射係數和所述天線輸入反射係數，獲得表示場/路埠的傳輸/耦合特性的b矩陣包括獲取天線輸入反射係數Γ al和所述路埠的S參數S11，通過所述有源負載反射係數 Γ η和所述天線輸入反射係數Γ al指示天線與負載的相互作用； 按照以下公式確定所述β元素
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據場埠到路埠的S參數及所述β 元素，確定單天線信道模塊包括獲取所述場埠到所述路埠的S參數S12 ； 按照以下公式確定單天線信道模型的矩陣ha ha = β · s12。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，按照以下公式獲取所述場路埠傳輸係數 S12:
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，按照以下公式確定矩陣haK^Gip(XPRxHjH9)e-A 其中，當 Λ。時，ZM = 20χIogioO: = 0:;)；當時，Jff/ 二 20 χlogl0(^(^^ = 9Q0))。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括採用電磁仿真或測量的方式獲取所述單天線的電壓增益方向圖。
10.一種移動終端天線信道的建模裝置，其特徵在於，包括場埠 /散射特性表徵模塊，用於根據線場埠到路埠的S參數、場埠散射參數以及場埠對應外部激勵源參量vg、反射係數參數Γg參量，表徵天線對入射源的互作用；路埠傳輸/反射特性表徵模塊，用於採用路埠有源負載反射係數和天線輸入反射係數，表徵天線與負載的相互作用；場/路埠傳輸/耦合特性表徵模塊，用於基於所述路埠的S參數和所述路埠的有源負載反射係數，表徵所述場埠與所述路埠的傳輸及耦合特性；單天線信道交叉極化擴展特性表徵模塊，用於基於場路埠傳輸參數，得到天線的場路埠轉移矩陣以表徵單天線信道。
全文摘要
本發明公開了一種移動終端天線信道的建模方法及裝置。其中，該方法包括將移動終端天線信道作為一個包括一個路埠和一個場埠的兩埠網絡，根據場埠到路埠的S參數、場埠的散射參數、場埠對應外部激勵源以及外部激勵源的反射系統參數，確定天線與信道的耦合係數；使用天線輸入反射係數和路埠的有源負載反射係數，確定表示場埠與路埠的傳輸及耦合特性的β元素；根據場埠到路埠傳輸係數及β元素，確定表示單天線信道模型的矩陣。通過本發明，可以建立單天線行為級相關矩陣通用表徵模型。
文檔編號H04W16/22GK102209330SQ20101015614
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月29日 優先權日2010年3月29日
發明者彭宏利, 戴薇, 謝玉堂 申請人:中興通訊股份有限公司