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CN108599815B - 车载智能天线的波束调整方法及车载终端 - Google Patents

车载智能天线的波束调整方法及车载终端 Download PDF

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CN108599815B CN201810433443.8A CN201810433443A CN108599815B CN 108599815 B CN108599815 B CN 108599815B CN 201810433443 A CN201810433443 A CN 201810433443A CN 108599815 B CN108599815 B CN 108599815B
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Abstract

本发明公开了一种车载智能天线的波束调整方法及车载终端，所述方法包括：根据所述车载智能天线所在车辆当前的速度和位置，计算所述车辆下一时刻的位置；从波达方向数据库中获取预存的所述下一时刻的位置对应的波达方向；在到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据获取的波达方向进行所述车载智能天线的波束成型；将所述波达方向作为初步波达方向估计信息后利用校正算法进一步估计当前波达方向后，根据估计的当前波达方向调整所述车载智能天线的波束赋型。应用本发明能够在沿线高速行进的运输车辆上估计波达方向时具有更快的收敛速度，且具有很高的准确性，从而能够适合高铁等运输车辆上智能天线的应用。

Description

车载智能天线的波束调整方法及车载终端
技术领域
本发明涉及智能天线技术领域，特别是指一种车载智能天线的波束调整方法及车载终端。
背景技术
智能天线即自适应天线系统，最初应用于雷达、声纳、军事方面，主要用来完成空间滤波和定位。智能天线技术的主要任务就是研究如何获取和利用接收信号中包含的空间方向信息，并通过阵列信号处理技术改善接收信号的质量，从而提高系统的性能。智能天线通过阵列的加权合并完成波束成型和空域滤波的作用。波束成型也就是，在阵列方向图上对波达方向形成指向性波束而对其他方向形成较低增益。空域滤波是指，只有在特定入射方向的信号被放大，而其他方向入射的信号被衰减掉了。是一种与空间方向有关的选择性接收作用。这样得到的智能天线的阵列方向图应具有下列特征：有主瓣和副瓣等；通常主瓣较窄；主、副瓣大小和位置关系较灵活；天线增益较大。另外，由于不同的权值通常对应不同的方向图，智能天线可以通过自适应算法调整权值以得到最合适的方向图。
现有智能天线技术主要针对公网移动通信使用，需要采用比较复杂的方法来进行波达方向估计以及波束成型，收敛速度较慢；而安装于高铁上的智能天线由于波达方向估计的收敛速度较慢，难以在到达相应位置之前及时估计出波达方向，导致天线方向准确性差，信号传输效果不佳。
发明内容
本发明提出了一种车载智能天线的波束调整方法及车载终端，能够在沿线高速行进的运输车辆上估计波达方向时具有更快的收敛速度，且具有很高的准确性，从而能够适合高铁等运输车辆上智能天线的应用。
基于上述目的，本发明提供一种车载智能天线的波束调整方法，包括：
根据所述车载智能天线所在车辆当前的速度和位置，计算所述车辆下一时刻的位置；
从波达方向数据库中获取预存的所述下一时刻的位置对应的波达方向；
在到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据获取的波达方向进行所述车载智能天线的波束成型；
将所述波达方向作为初步波达方向估计信息后利用校正算法进一步估计当前波达方向后，根据估计的当前波达方向调整所述车载智能天线的波束赋型。
进一步，在所述利用校正算法进一步估计当前达方向后，还包括：
将估计的当前波达方向，与从所述波达方向数据库中获取的波达方向进行比对；
若两者差值超出设定误差阈值，则在所述波达方向数据库中将所述下一时刻的位置对应的波达方向更新为所述智能天线估计的当前波达方向。
本发明还提供一种车载智能天线的波束调整方法，包括：
安装于所述车载智能天线所在车辆上的车载台根据其所在车辆当前的速度和位置，计算所述车辆下一时刻的位置；
所述车载台从波达方向数据库中获取预存的所述下一时刻的位置对应的波达方向；
所述车载智能天线在到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据所述车载台获取的波达方向进行波束成型；
所述车载智能天线将所述波达方向作为初步波达方向估计信息后利用校正算法进一步估计当前达方向后，根据估计的当前波达方向调整波束赋型。
进一步，在所述利用校正算法进一步估计当前达方向后，还包括：
所述车载台将所述车载智能天线估计的当前波达方向，与从所述波达方向数据库中获取的波达方向进行比对；
若两者差值超出设定误差阈值，则所述车载台在所述波达方向数据库中将所述下一时刻的位置对应的波达方向更新为所述智能天线估计的当前波达方向。
本发明还提供一种车载终端，安装于沿线行进的车辆上，其包括：
车载台，用于根据车辆当前的速度和位置，计算所述车辆下一时刻的位置；并从波达方向数据库中获取预存的所述下一时刻的位置对应的波达方向；
车载智能天线，用于在到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据所述车载台获取的波达方向进行波束成型，并将所述波达方向作为初步波达方向估计信息后利用校正算法进一步估计当前波达方向；进而根据估计的当前波达方向调整波束赋型。
较佳地，所述车载台还用于将所述车载智能天线估计的当前波达方向，与从所述波达方向数据库中获取的波达方向进行比对；若两者差值超出设定误差阈值，则在所述波达方向数据库中将所述下一时刻的位置对应的波达方向更新为所述智能天线估计的当前波达方向。
本发明的技术方案中，在车辆到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据预存的所述下一时刻的位置对应的波达方向进行所述车载智能天线的波束成型；进而将所述波达方向作为初步波达方向估计信息后利用校正算法进一步估计当前波达方向后，根据估计的当前波达方向调整所述车载智能天线的波束赋型。不需要进行全局搜索估计，利用限制范围的局部搜索估计即可，大大降低运算量，收敛速度快，估计精度高。从而能够在沿线行进的运输车辆上估计波达方向时具有更快的收敛速度，且具有很高的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种车载智能天线的波束调整方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种车载终端内部结构框图；
图3为本发明实施例提供的车载终端进行车载智能天线的波束调整的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本发明的发明人考虑到，高铁等沿线运行的车辆，通常运行在固定的轨道上，道旁的基站也是固定的，因此车辆实际上是在二维平面上的线性运动，波达方向变化范围有限且具有一定的规律性，不需要进行全局搜索估计，利用限制范围的局部搜索估计即可，收敛速度快，估计精度高。并且，车辆每次运行到某一地点时该地环境基本不变，其波达方向也不会发生大的变化，因此，通过波达方向的预存数据能快速的获取波达方向的先验信息，安装于车辆上的车载智能天线的波束赋型则可根据预存的波达方向信息提前获得大致的方位并得到有限的参数调整集合，大大降低运算量，加快波束的跟踪收敛速度。从而能够在沿线高速行进的运输车辆上估计波达方向时具有更快的收敛速度，且具有很高的准确性。
下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。
本发明实施例提供的一种车载智能天线的波束调整方法，流程如图1所示，包括如下步骤：
S101：根据车载智能天线所在车辆当前的速度和位置，计算所述车辆下一时刻的位置；其中，所述车辆具体可以是高铁、普铁、地铁、城际快车、公共汽车等沿线运行的车辆。
S102：从波达方向数据库中获取预存的所述下一时刻的位置对应的波达方向。
具体地，波达方向数据库中预存了车辆行进路途沿线各位置处(可以是沿线基站设置处)对应的波达方向。而波达方向数据库中首次记录的位置与波达方向的对应关系，可以是通过现有的波达估计方法，比如，通过训练及深度联合学习方法得到的。
S103：在车辆到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据获取的波达方向进行所述车载智能天线的波束成型。
具体地，在车辆到达时，根据获取的波达方向进行所述车载智能天线的波束成型；或者，也可以是在车辆即将到达所述下一时刻的位置时，比如，在车辆预计到达所述下一时刻的位置的时间小于设定值(比如10毫秒)时，根据获取的波达方向进行所述车载智能天线的波束成型。
S104：将从波达方向数据库中获取的波达方向作为初步波达方向估计信息后，利用校正算法进一步估计当前波达方向。
由于将从波达方向数据库中获取的波达方向作为初步波达方向估计信息，而获取的波达方向通常与实际的波达方向偏差不大，因此校正算法可以快速收敛，计算得到当前波达方向。从而能够在沿线高速行进的车辆上估计波达方向时具有更快的收敛速度，且具有很高的准确性。
S105：根据估计的当前波达方向调整所述车载智能天线的波束赋型。
S106：将估计的当前波达方向，与从所述波达方向数据库中获取的波达方向进行比对，根据比对结果更新波达方向数据库。
本步骤中，将估计的当前波达方向，与从所述波达方向数据库中获取的波达方向进行比对；若两者差值超出设定误差阈值，则在所述波达方向数据库中将所述下一时刻的位置对应的波达方向更新为所述智能天线估计的当前波达方向；从而使得波达方向数据库中对应于该位置存储的波达方向更接近实际的波达方向。在车辆下次经过该位置时，利用更新的波达方向作为初步波达方向估计信息进行波达方向估计时，则可以获得更快的估计收敛速度。
基于上述的方法，本发明实施例提供一种安装于沿线高速行进的车辆上的车载终端，内部结构如图2所示，包括：车载台201、智能天线202。
其中，车载台201用于根据所述车载终端所在车辆当前的速度和位置，计算所述车辆下一时刻的位置；并从波达方向数据库中获取预存的所述下一时刻的位置对应的波达方向；
车载智能天线202用于在到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据车载台201获取的波达方向进行波束成型，并将所述波达方向作为初步波达方向估计信息后利用校正算法进一步估计当前波达方向；进而根据估计的当前波达方向调整波束赋型。
进一步，车载台201还可以将车载智能天线202估计的当前波达方向，与从所述波达方向数据库中获取的波达方向进行比对；若两者差值超出设定误差阈值，则在所述波达方向数据库中将所述下一时刻的位置对应的波达方向更新为所述智能天线估计的当前波达方向。
具体地，本发明实施例的车载终端进行车载智能天线的波束调整的方法，流程如图3所示，包括：
S301：车载台201根据其所在车辆当前的速度和位置，计算所述车辆下一时刻的位置。
S302：车载台201从波达方向数据库中获取预存的所述下一时刻的位置对应的波达方向。
具体地，波达方向数据库中预存了车辆行进路途沿线各位置处(可以是沿线基站设置处)对应的波达方向。而波达方向数据库中首次记录的位置与波达方向的对应关系，可以是通过现有的波达估计方法，比如，基于训练和深度联合学习方法得到的。
S303：车载智能天线202在到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据所述车载台获取的波达方向进行波束成型。
本步骤中，车载智能天线202在到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据所述车载台获取的波达方向，确定波束指向范围，获得对应的波束赋型调整参数集合进行波束成型。
S304：车载智能天线202将所述波达方向作为初步波达方向估计信息后利用校正算法进一步估计当前达方向。
本步骤中，车载智能天线202可以与基站通信，获得信道状态信息，并将所述波达方向作为初步波达方向估计信息后利用校正算法进一步估计当前达方向。由于车载智能天线202将从波达方向数据库中获取的波达方向作为初步波达方向估计信息，而获取的波达方向通常与实际的波达方向偏差不大，因此校正算法可以快速收敛，车载智能天线202可以快速计算得到当前波达方向。从而能够在沿线行进的车辆上估计波达方向时具有更快的收敛速度，且具有很高的准确性。
S305：车载智能天线202根据估计的当前波达方向调整波束赋型。
S306：车载台201将车载智能天线202估计的当前波达方向，与从所述波达方向数据库中获取的波达方向进行比对，根据比对结果更新波达方向数据库。
本步骤中，车载台201将估计的当前波达方向，与从所述波达方向数据库中获取的波达方向进行比对；若两者差值超出设定误差阈值，则在所述波达方向数据库中将所述下一时刻的位置对应的波达方向更新为所述智能天线估计的当前波达方向；从而使得波达方向数据库中对应于该位置存储的波达方向更接近实际的波达方向。在车辆下次经过该位置时，利用更新的波达方向作为初步波达方向估计信息进行波达方向估计时，则可以获得更快的估计收敛速度。
上述的车辆具体可以是高铁、普铁、地铁、城际快车、公共汽车等运输车辆。
本发明的技术方案中，在车辆到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据预存的所述下一时刻的位置对应的波达方向进行所述车载智能天线的波束成型；进而将所述波达方向作为初步波达方向估计信息后利用校正算法进一步估计当前波达方向后，根据估计的当前波达方向调整所述车载智能天线的波束赋型。不需要进行全局搜索估计，利用限制范围的局部搜索估计即可，大大降低运算量，收敛速度快，估计精度高。从而能够在沿线高速行进的运输车辆上估计波达方向时具有更快的收敛速度，且具有很高的准确性。
本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车载智能天线的波束调整方法，其特征在于，包括：
根据所述车载智能天线所在车辆当前的速度和位置，计算所述车辆下一时刻的位置；
从波达方向数据库中获取预存的所述下一时刻的位置对应的波达方向；其中，所述波达方向数据库中预存了车辆行进路途沿线各位置处对应的波达方向；
在到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据获取的波达方向进行所述车载智能天线的波束成型；
将所述波达方向作为初步波达方向估计信息后利用校正算法进一步估计当前波达方向后，根据估计的当前波达方向调整所述车载智能天线的波束赋型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述利用校正算法进一步估计当前达方向后，还包括：
将估计的当前波达方向，与从所述波达方向数据库中获取的波达方向进行比对；
若两者差值超出设定误差阈值，则在所述波达方向数据库中将所述下一时刻的位置对应的波达方向更新为所述智能天线估计的当前波达方向。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆为高铁、普铁、地铁、城际快车或公共汽车。
4.一种车载智能天线的波束调整方法，其特征在于，包括：
安装于所述车载智能天线所在车辆上的车载台根据其所在车辆当前的速度和位置，计算所述车辆下一时刻的位置；
所述车载台从波达方向数据库中获取预存的所述下一时刻的位置对应的波达方向；其中，所述波达方向数据库中预存了车辆行进路途沿线各位置处对应的波达方向；
所述车载智能天线在到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据所述车载台获取的波达方向进行波束成型；
所述车载智能天线将所述波达方向作为初步波达方向估计信息后利用校正算法进一步估计当前达方向后，根据估计的当前波达方向调整波束赋型。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述利用校正算法进一步估计当前达方向后，还包括：
所述车载台将所述车载智能天线估计的当前波达方向，与从所述波达方向数据库中获取的波达方向进行比对；
若两者差值超出设定误差阈值，则所述车载台在所述波达方向数据库中将所述下一时刻的位置对应的波达方向更新为所述智能天线估计的当前波达方向。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述车辆为高铁、地铁、城际快车或公共汽车。
7.一种车载终端，安装于沿线行进的车辆上，其特征在于，包括：
车载台，用于根据车辆当前的速度和位置，计算所述车辆下一时刻的位置；并从波达方向数据库中获取预存的所述下一时刻的位置对应的波达方向；其中，所述波达方向数据库中预存了车辆行进路途沿线各位置处对应的波达方向；
车载智能天线，用于在到达或即将到达所述下一时刻的位置时，根据所述车载台获取的波达方向进行波束成型，并将所述波达方向作为初步波达方向估计信息后利用校正算法进一步估计当前波达方向；进而根据估计的当前波达方向调整波束赋型。
8.根据权利要求7所述的车载终端，其特征在于，
所述车载台还用于将所述车载智能天线估计的当前波达方向，与从所述波达方向数据库中获取的波达方向进行比对；若两者差值超出设定误差阈值，则在所述波达方向数据库中将所述下一时刻的位置对应的波达方向更新为所述智能天线估计的当前波达方向。
9.根据权利要求7所述的车载终端，其特征在于，所述车辆为高铁、普铁、地铁、城际快车或公共汽车。
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