適合電力無線通信專用網(wǎng)的多天線系統(tǒng)技術方案

本實用新型專利技術公開了一種適合電力無線通信專用網(wǎng)的多天線系統(tǒng)，屬于無線電通信領域。該多天線系統(tǒng)在基站側(cè)實現(xiàn)發(fā)射信號空間分集和分集接收信號合并，并利用終端定向天線提供波束賦形。該天線系統(tǒng)配合基站側(cè)的分集接收信號合并處理，能極大的提高電力無線通信專用網(wǎng)的上、下行無線鏈路性能，保證數(shù)據(jù)在信道中的有效、可靠傳輸；并且能簡化基站和終端設備的射頻處理和天線單元，降低設備成本；能夠節(jié)約基站和終端天線的安裝空間，便于工程實施。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本技術涉及一種天線系統(tǒng)，特別是一種適合電力無線通信專用網(wǎng)的多天線系統(tǒng)。
技術介紹
作為智能電網(wǎng)的基礎設施，建設一個安全、可靠、高效的通信系統(tǒng)顯得尤為重要。隨著我國自主知識產(chǎn)權的TD-LTE技術的成熟和逐步商用，電網(wǎng)行業(yè)也正在積極探索這一先進技術在智能電網(wǎng)中的應用。在智能電網(wǎng)的建設中，配用電環(huán)節(jié)的智能化是其中的重要組成部分，通信系統(tǒng)需要解決分布地域廣泛、數(shù)量眾多的智能測控終端的遠程接入。合理、有效的通信方式就是使用無線通信接入系統(tǒng)。在TD-LTE系統(tǒng)中采用了大量先進的技術，在天線系統(tǒng)上使用MMO·(Multiple-Input Multiple-Output,多輸入多輸出)技術，但這一技術在電力無線通信專用網(wǎng)中的應用還是面臨一些問題射頻系統(tǒng)復雜導致成本上升，基站天線數(shù)量多從而不便于選址和工程實施。其實，使用MMO技術的主要目的在于配合OFDMA技術提供高效的頻譜利用效率、提升熱點或中心區(qū)域的峰值速率，而這并不是專網(wǎng)無線通信的主要要求。在電力無線通信專用網(wǎng)中，通信終端數(shù)據(jù)速率小，終端位置固定，多徑效應和陰影效應是影響通信的主要問題。因此，電力無線通信專網(wǎng)的主要目標在于提高鏈路質(zhì)量而不是提高鏈路容量，這就為簡化天線系統(tǒng)的設計提供了有利條件，可以重點考慮在基站側(cè)實施空間分集，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕龃笮^(qū)覆蓋范圍，并且在基站和終端的天線系統(tǒng)構成上盡可能簡單，以減少占無線通信設備成本構成大部分的射頻系統(tǒng)成本。同時，電力無線通信專用網(wǎng)的基站設備和天線系統(tǒng)安裝環(huán)境較差，要求基站及其天線系統(tǒng)在滿足系統(tǒng)性能的同時也要便于工程實施。目前，在TD-LTE系統(tǒng)中利用MMO系統(tǒng)實現(xiàn)空間分集、空間復用、波束賦形，以提高小區(qū)中心或熱點地區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸容量為目的，從物理層調(diào)制到天線的映射由MAC層的天線資源分配決定，算法復雜且對信道估計和同步系統(tǒng)要求較高，在試圖提高性能的同時增加了較大的實現(xiàn)上的復雜性、使得設備的成本上升，天線數(shù)量多不便于基站的選址和工程實施，為了達到較高的性能，對基站天線系統(tǒng)的安裝條件有較多的限制。事實上，基站側(cè)的MMO應用效果取決于能否有效區(qū)分多個天線，由于金屬天線的耦合產(chǎn)生相互干擾，如使用環(huán)境不當，MIMO天線系統(tǒng)的性能甚至差于單天線系統(tǒng)。
技術實現(xiàn)思路
本技術的專利技術目的在于針對電力無線通信專用網(wǎng)的特點和上述MMO天線系統(tǒng)存在的問題，提供一種適合電力無線通信專用網(wǎng)的多天線系統(tǒng)，通過在基站側(cè)的發(fā)射和接收空間分集、以及在終端側(cè)提供的波束賦形，提高電力無線通信專用網(wǎng)的上、下行鏈路質(zhì)量，保證合適的數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸可靠性；簡化整個系統(tǒng)的天線設計，在基站側(cè)使用兩個全向天線，在終端側(cè)使用單一的定向天線，減少了系統(tǒng)的天線數(shù)量，降低了基站射頻系統(tǒng)和天線系統(tǒng)的成本，并且便于工程實施。本技術采用的技術方案是這樣的一種適合電力無線通信專用網(wǎng)的多天線系統(tǒng)，包括基站側(cè)天線設備和終端側(cè)天線設備，該基站側(cè)天線設備用于發(fā)送下行信號給該終端側(cè)天線設備，并接收該終端側(cè)天線設備發(fā)送的上行信號；其特征在于該基站側(cè)多天線設備包括功率分配器、TDD收發(fā)開關、第一全向天線和第二全向天線，工作在時分雙工方式；該終端側(cè)天線設備使用單一的定向天線；所述基站側(cè)功率分配器用于對下行信號形成兩路下行發(fā)射空間分集信號；所述TDD收發(fā)開關在發(fā)射(Tx)狀態(tài)時，功率分配器輸出的兩路下行發(fā)射空間分集信號分別通過該第一全向天線和第二全向天線同時發(fā)送給該定向天線；所述定向天線提供下行信號的等效波束賦形。該基站側(cè)多天線設備還包括第一射頻處理單元、第二射頻處理單元、分集接收信號合并器和檢測器，其中所述終端側(cè)天線設備通過使用單一的定向天線對上行信號進行波束賦形并發(fā)送經(jīng)波束賦形后的上行信號；所述TDD收發(fā)開關在Rx狀態(tài)時，該第一全向天線和第二全向天線同時用于接收來自定向天線的上行信號；所述第一射頻處理單元用于對該第一全向天線接收的上行信號進行射頻處理，并送入分集合并器；所述第二射頻處理單元用于對該第二全向天線接收的上行信號進行射頻處理，并送入分集合并器；所述分集信號合并器用于進行二重空間分集接收信號的合并處理；所述檢測器用于對該分集合并結(jié)果進行檢測。該功率分配器的輸入/輸出阻抗為50歐姆。該基站側(cè)天線設備在TDD時分雙工方式下工作。第一全向天線和第二全向天線的距離應大于或者等于10個信號波長。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本技術的有益效果是I、在下行方向，基站側(cè)的發(fā)射分集提供了分集路徑，并利用終端定向天線提供的等效波束賦形，極大的提高了系統(tǒng)下行鏈路質(zhì)量，保證了數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸?shù)目煽啃裕龃罅诵^(qū)覆蓋范圍。并且有利于終端接收機信號處理的簡化，降低終端成本。2、發(fā)射的兩重分集信號由射頻功放的輸出功分出兩路形成，分別送給兩個相距為10個波長的不同的天線；功率分配器是50歐系統(tǒng)，不會產(chǎn)生相位畸變，即使兩路開關的接通時間有很小的差別，在終端的接收也可等效為不同傳輸路徑的時延。該發(fā)射分集方式性能好、實現(xiàn)方式簡單，可有效降低基站射頻系統(tǒng)和天線系統(tǒng)成本。3、在基站側(cè)使用兩個全向天線，在終端側(cè)使用一個天線定向天線，減少了天線系統(tǒng)占據(jù)的空間，便于工程安裝實施；4、在TDD時分雙工方式下工作，使用的頻率相同、天線相同，可以認為上、下行傳輸?shù)臒o線信道特性基本一致；5、終端通過使用定向天線進行上行信號波束賦形，在上行方向，終端發(fā)射功率較小，波束賦形提高了上行鏈路的質(zhì)量；同時，基站使用與發(fā)射分集相同的第一全向天線和第二全向天線進行上行分集接收，并通過對接收信號的接收分集合并處理獲得分集增益，進一步提聞了上行鏈路的質(zhì)量；附圖說明圖I是本技術的工作原理圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖，對本技術作詳細的說明。為了使本技術的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。如圖I所示，該適合電力無線通信專用網(wǎng)的多天線系統(tǒng)包括基站側(cè)天線設備和終端側(cè)天線設備，其中該基站側(cè)天線設備用于發(fā)送下行信號給該終端側(cè)天線設備，該終端側(cè) 天線設備用于發(fā)送上行信號給該基站側(cè)天線設備。該多天線系統(tǒng)位于基站側(cè)，該基站側(cè)的多天線系統(tǒng)由功率分配器、TDD收發(fā)開關、第一全向天線和第二全向天線構成，工作在時分雙工方式；當然，該基站側(cè)的射頻發(fā)射系統(tǒng)還包括射頻功率放大器、濾波器等射頻單元；該終端側(cè)天線設備使用單一的定向天線；在下行鏈路中，該功率分配器用于對經(jīng)濾波后的基站下行信號分成兩路輸出；該第一全向天線和第二全向天線用于基站下行信號的發(fā)射分集，給終端提供接收信號的分集路徑；終端側(cè)的定向天線可以形成等效的下行信號波束賦形，提高了系統(tǒng)的下行鏈路質(zhì)量，保證了數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸可靠性，增加了小區(qū)覆蓋范圍，并且可以簡化終端側(cè)設備的信號處理。在基站側(cè)僅使用兩個全向天線，可以減少天線系統(tǒng)的安裝空間，便于工程實施。在終端側(cè)使用定向天線，定向天線尺寸較小，并不會占據(jù)較大的安裝空間。在上行鏈路中，該終端側(cè)使用的定向天線設備對上行信號進行波束賦形；該基站側(cè)的第一全向天線和第二全向天線通過TDD收發(fā)開關的切換，用于接收上行信號；并通過基站側(cè)的第一射頻處理單元和第二射頻處理單元分別送給該分集合并器、該分集合并器用于對基站接本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種適合電力無線通信專用網(wǎng)的多天線系統(tǒng)，包括基站側(cè)天線設備和終端側(cè)天線設備，該基站側(cè)天線設備用于發(fā)送下行信號給該終端側(cè)天線設備，并接收該終端側(cè)天線設備發(fā)送的上行信號；其特征在于：該基站側(cè)多天線設備包括功率分配器、TDD收發(fā)開關、第一全向天線和第二全向天線，工作在時分雙工方式；該終端側(cè)天線設備使用單一的定向天線；所述基站側(cè)功率分配器用于對下行信號形成兩路下行發(fā)射空間分集信號；所述TDD收發(fā)開關在發(fā)射（Tx）狀態(tài)時，功率分配器輸出的兩路下行發(fā)射空間分集信號分別通過該第一全向天線和第二全向天線同時發(fā)送給該定向天線；所述定向天線提供下行信號的等效波束賦形。

【技術特征摘要】
1.一種適合電力無線通信專用網(wǎng)的多天線系統(tǒng)，包括基站側(cè)天線設備和終端側(cè)天線設備，該基站側(cè)天線設備用于發(fā)送下行信號給該終端側(cè)天線設備，并接收該終端側(cè)天線設備發(fā)送的上行信號； 其特征在于該基站側(cè)多天線設備包括功率分配器、TDD收發(fā)開關、第一全向天線和第二全向天線，工作在時分雙工方式；該終端側(cè)天線設備使用單一的定向天線； 所述基站側(cè)功率分配器用于對下行信號形成兩路下行發(fā)射空間分集信號； 所述TDD收發(fā)開關在發(fā)射(Tx)狀態(tài)時，功率分配器輸出的兩路下行發(fā)射空間分集信號分別通過該第一全向天線和第二全向天線同時發(fā)送給該定向天線； 所述定向天線提供下行信號的等效波束賦形。2.根據(jù)權利要求I所述的適合電力無線通信專用網(wǎng)的多天線系統(tǒng)，其特征在于該基站側(cè)多天線設備還包括第一射頻處理單元、第二射頻處理單元、分集接收信號合并器和檢測器，其中所述終端側(cè)天線設備通過使用單一的定向天線對上行信號進行...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：高家志，鄧雪波，溫永怡，李志詠，申磊，
申請(專利權)人：重慶市電力公司，重慶亞東亞集團軟件有限公司，
類型：實用新型
國別省市：