適合電力無線通信專用網的多天線系統技術方案

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的多天線系統，屬于無線電通信領域。該多天線系統在基站側實現發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。該天線系統配合基站側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的上、下行無線鏈路性能，保證數據在信道中的有效、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*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種天線系統，特別是一種適合電力無線通信專用網的多天線系統。
技術介紹
作為智能電網的基礎設施，建設一個安全、可靠、高效的通信系統顯得尤為重要。隨著我國自主知識產權的TD-LTE技術的成熟和逐步商用，電網行業也正在積極探索這一先進技術在智能電網中的應用。在智能電網的建設中，配用電環節的智能化是其中的重要組成部分，通信系統需要解決分布地域廣泛、數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。在TD-LTE系統中采用了大量先進的技術，在天線系統上使用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中的應用還是面臨一些問題射頻系統復雜導致成本上升，基站天線數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、提升熱點或中心區域的峰值速率，而這并不是專網無線通信的主要要求。在電力無線通信專用網中，通信終端數據速率小，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，電力無線通信專網的主要目標在于提高鏈路質量而不是提高鏈路容量，這就為簡化天線系統的設計提供了有利條件，可以重點考慮在基站側實施空間分集，提高數據傳輸的可靠性，增大小區覆蓋范圍，并且在基站和終端的天線系統構成上盡可能簡單，以減少占無線通信設備成本構成大部分的射頻系統成本。同時，電力無線通信專用網的基站設備和天線系統安裝環境較差，要求基站及其天線系統在滿足系統性能的同時也要便于工程實施。目前，在TD-LTE系統中利用MMO系統實現空間分集、空間復用、波束賦形，以提高小區中心或熱點地區的數據傳輸容量為目的，從物理層調制到天線的映射由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要求較高，在試圖提高性能的同時增加了較大的實現上的復雜性、使得設備的成本上升，天線數量多不便于基站的選址和工程實施，為了達到較高的性能，對基站天線系統的安裝條件有較多的限制。事實上，基站側的MMO應用效果取決于能否有效區分多個天線，由于金屬天線的耦合產生相互干擾，如使用環境不當，MIMO天線系統的性能甚至差于單天線系統。
技術實現思路
本技術的專利技術目的在于針對電力無線通信專用網的特點和上述MMO天線系統存在的問題，提供一種適合電力無線通信專用網的多天線系統，通過在基站側的發射和接收空間分集、以及在終端側提供的波束賦形，提高電力無線通信專用網的上、下行鏈路質量，保證合適的數據傳輸速率和傳輸可靠性；簡化整個系統的天線設計，在基站側使用兩個全向天線，在終端側使用單一的定向天線，減少了系統的天線數量，降低了基站射頻系統和天線系統的成本，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的多天線系統，包括基站側天線設備和終端側天線設備，該基站側天線設備用于發送下行信號給該終端側天線設備，并接收該終端側天線設備發送的上行信號；其特征在于該基站側多天線設備包括功率分配器、TDD收發開關、第一全向天線和第二全向天線，工作在時分雙工方式；該終端側天線設備使用單一的定向天線；所述基站側功率分配器用于對下行信號形成兩路下行發射空間分集信號；所述TDD收發開關在發射(Tx)狀態時，功率分配器輸出的兩路下行發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送經波束賦形后的上行信號；所述TDD收發開關在Rx狀態時，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，基站側的發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，極大的提高了系統下行鏈路質量，保證了數據傳輸速率和傳輸的可靠性，增大了小區覆蓋范圍。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，不會產生相位畸變，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。該發射分集方式性能好、實現方式簡單，可有效降低基站射頻系統和天線系統成本。3、在基站側使用兩個全向天線，在終端側使用一個天線定向天線，減少了天線系統占據的空間，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、下行傳輸的無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，終端發射功率較小，波束賦形提高了上行鏈路的質量；同時，基站使用與發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、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，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的多天線系統包括基站側天線設備和終端側天線設備，其中該基站側天線設備用于發送下行信號給該終端側天線設備，該終端側 天線設備用于發送上行信號給該基站側天線設備。該多天線系統位于基站側，該基站側的多天線系統由功率分配器、TDD收發開關、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，該基站側的射頻發射系統還包括射頻功率放大器、濾波器等射頻單元；該終端側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射分集，給終端提供接收信號的分集路徑；終端側的定向天線可以形成等效的下行信號波束賦形，提高了系統的下行鏈路質量，保證了數據傳輸速率和傳輸可靠性，增加了小區覆蓋范圍，并且可以簡化終端側設備的信號處理。在基站側僅使用兩個全向天線，可以減少天線系統的安裝空間，便于工程實施。在終端側使用定向天線，定向天線尺寸較小，并不會占據較大的安裝空間。在上行鏈路中，該終端側使用的定向天線設備對上行信號進行波束賦形；該基站側的第一全向天線和第二全向天線通過TDD收發開關的切換，用于接收上行信號；并通過基站側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...

【技術保護點】
一種適合電力無線通信專用網的多天線系統，包括基站側天線設備和終端側天線設備，該基站側天線設備用于發送下行信號給該終端側天線設備，并接收該終端側天線設備發送的上行信號；其特征在于：該基站側多天線設備包括功率分配器、TDD收發開關、第一全向天線和第二全向天線，工作在時分雙工方式；該終端側天線設備使用單一的定向天線；所述基站側功率分配器用于對下行信號形成兩路下行發射空間分集信號；所述TDD收發開關在發射（Tx）狀態時，功率分配器輸出的兩路下行發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的多天線系統，包括基站側天線設備和終端側天線設備，該基站側天線設備用于發送下行信號給該終端側天線設備，并接收該終端側天線設備發送的上行信號； 其特征在于該基站側多天線設備包括功率分配器、TDD收發開關、第一全向天線和第二全向天線，工作在時分雙工方式；該終端側天線設備使用單一的定向天線； 所述基站側功率分配器用于對下行信號形成兩路下行發射空間分集信號； 所述TDD收發開關在發射(Tx)狀態時，功率分配器輸出的兩路下行發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.根據權利要求I所述的適合電力無線通信專用網的多天線系統，其特征在于該基站側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：