基于双层圆形天线阵的60GHz波束赋形方法和系统

摘要

本发明公开了基于双层圆形天线阵的60GHz波束赋形方法和系统，波束赋形方法包括码本设计和训练步骤，通过进行Quasi-omni码本设计得到所有Quasi-omni模式，一一配对得到最佳Quasi-omni对；在最佳Quasi-omni对范围内进行Sector码本设计和相应的训练步骤得到最佳Sector对；在最佳Sector对范围内进行Sector码本设计和相应的训练步骤得到最佳Beam对，使得三种模式均产生对应的码本，在实现天线方向图中波束大小一致、分布均匀、指向明确的同时，达到短时间内搜索到准确度高、增益高、增益损耗小的天线波束的目的，且圆形天线阵码本关于相移错误的鲁棒性更强、系统更稳定。

主权项

基于双层圆形天线阵的60GHz波束赋形方法，其特征在于，所述双层圆形天线阵包括内圈天线阵和外圈天线阵，所述波束赋形方法包括码本设计和训练步骤，具体包括：S1：根据圆形天线阵阵列因子表达式$A\left(\theta \right)=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Sigma }}{W}_m{e}^{j\frac{2\pi }{\lambda }{r}_1\cos (\theta -\frac{2\mathrm{\pi m}}{M})}$或$A\left(\theta \right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{W}_n{e}^{j\frac{2\pi }{\lambda }{r}_2\cos (\theta -\frac{2\mathrm{\pi n}}{N})}$将所述圆形天线阵的天线权重矢量循环移动一位，波束的方向图旋转2π/M或2π/N角度，且形状不变，其中M为所述内圈天线阵中包含的内圈天线元件个数，m为所述内圈天线阵的天线元件编号，N为所述外圈天线阵的天线元件个数，n为所述外圈天线阵的天线元件编号，λ为波长，r₁为所述内圈天线阵的半径，并且r₁＝λ/2，r₂为所述外圈天线阵的半径，并且r₂/λ＝N/16，W_m为编号为m的内圈天线元件的权重因子，W_n为编号为n的外圈天线元件的权重因子，j为虚数单位；S2：关闭所述外圈天线阵，打开所述内圈天线阵，利用公式进行Quasi‑omni码本设计得到两种Quasi‑omni模式，其中m为所述内圈天线阵的天线元件编号，m的取值范围为0,1……M‑1，且M＝8，p为Quasi‑omni模式编号，取值为0和1；将发送方所有的发送Quasi‑omni与接收方所有的接收Quasi‑omni一一配对进行数据传输，得到SNR值最大的组合中发送Quasi‑omni为最佳发送Quasi‑omni，相对应的接收Quasi‑omni为最佳接收Quasi‑omni，所述最佳发送Quasi‑omni和所述最佳接收Quasi‑omni组成最佳Quasi‑omni对；S3：根据公式$W_{m,k}=e^{-j\frac{2\pi }{\lambda }{r}_1\cos \left(\frac{2\pi \times \mathrm{mod}(m-k,M)}{M}\right)}$进行Sector码本设计并配合相应的训练步骤，得到最佳Sector对，其中m为所述内圈天线阵的天线元件编号，m的取值范围为0,1……M‑1，M为所述内圈天线元件数目，k为Sector模式编号，k的取值范围为0,1……K‑1，K为Sector数目，且K＝M＝8；S4：关闭所述内圈天线阵，打开所述外圈天线阵，在所述最佳Sector对范围内根据公式$W_{n,i}=e^{-j\frac{2\pi }{\lambda }{r}_2\cos \left(\frac{2\pi \times \mathrm{mod}(n-i,N)}{N}\right)}$进行Beam码本设计并配合相应的训练步骤，得到最佳Beam对，其中N的值为8的整倍数，且N＞8，n为所述外圈天线阵的天线元件编号，n取值范围为0,1……N‑1，i为Beam模式编号，i的取值范围为0,1……I‑1，I为波束数量，且I＝N。