本發明屬于天線的
技術領域：
，特別涉及一種認知無線電系統的全向通信天線的控制方法。
背景技術：
：認知無線電(CognitiveRadio，CR)是一種可控頻譜共享技術。它能夠連續不斷地感知無線環境的變化、在不改變系統硬件的條件下，使用可控技術實時地調整系統參數(如發射功率、載波頻率等)，以適應環境的變化，從而實現對已有頻譜的再利用，能達到很高的頻譜的利用率。特別是可讓非授權用戶，即次用戶(seconddaryuser，SU)使用授權用戶，即主用戶(primaryuser，PU)的頻譜。由于面對不可再生的無線電頻譜資源，與授權用戶共享頻譜的時候，SU肯定對PU產生一些干擾，那么如何去抑制這些干擾，在不影響PU正常工作的前提下，滿足SU的通信質量要求，成為認知無線電系統研究的重點以及挑戰。當前，認知無線電系統作為無線通信領域研究熱點之一，一般非授權用戶(SU)使用全向天線通信，在時域或頻域上尋找可用頻譜。基于全向天線的特性，它可以在各個方向上檢測當前整個區域的頻譜使用情況，由于非授權用戶(SU)在實際的通信過程中，僅希望對目標的方向發送和接收信號，這樣不可避免會對非目標的方向產生干擾，因此不能充分利用現有的頻譜資源。在與授權用戶(PU)共享頻譜時，減少非授權用戶(SU)產生的干擾，能使SU和PU共享信道，可以將可控天線技術引入到認知無線電系統中。非授權用戶(SU)使用可控天線進行發射和接收，當非授權用戶(SU)處于發射狀態時，將對非期望方向的用戶形成零陷，使期望方向的用戶接收到信噪比最大；當非授權用戶(SU)處于接收狀態，僅在期望方向上接收信號，零陷窄帶波束以外的信號；這樣既可以避免非授權用戶(SU)對授權用戶(PU)產生干擾，又能降低與其它用戶間的相互干擾[8]。可控天線是通過空分多址原理來實現對不同用戶的區分，從而提高頻譜利用率以及通信質量，改善認知無線電系統的性能。可控天線的結構主要由以下四個部分構成：天線陣列、模數轉換(A/D)、波束形成網絡、自適應處理部分。如圖1所示：(1)天線陣列部分：它包括多個天線陣元，一般是均勻圓形陣、均勻直線陣、隨機分布線陣、十字陣等。(2)模數轉換部分：接收鏈路(下行)由模擬信號轉換數字信號，發射鏈路(上行)由數字信號轉換模擬信號。(3)自適應處理部分：通過自適應算法和數字信號處理器來對實時輸入的信號和干擾矢量進行處理，用來產生自適應的最優權值參數。(4)波束形成網絡：能夠動態自適應加權處理，經過自適應信號處理器處理，產生所期望的自適應波束。在認知無線電系統中，使用全向天線的認知用戶與授權用戶共享頻譜時，不可避免會對授權用戶產生干擾，而且控制過程復雜，這樣會影響系統的性能。技術實現要素：基于此，本發明的首要目地是克服上述問題，提供一種基于天線控制系統的控制方法，該控制方法在認知無線電系統中引入可控天線技術，利用其空分多址特性使認知用戶和授權用戶共享頻譜，在同時域同頻域的情況下，可以實現認知用戶的通信工作。本發明的另一個目地在于提供一種基于天線控制系統的控制方法，該天線控制方法可以提高認知無線電系統的性能，作為認知用戶能從空域中尋找更多的頻譜機會，減少同頻干擾，降低了頻率復用系數，提高頻譜利用率。為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種基于天線控制系統的控制方法，其特征在于該方法利用轉臺控制器、控制裝置及天線之間的通信完成對天線的控制，包括如下步驟：101、啟動，系統初始化；102、控制裝置與天線、轉臺控制器建立連接；該步驟中，控制裝置與天線的連接端口以RS232的形式，用于對天線系統進行程控工作模式的通訊和控制。且控制裝置與天線的通信格式如下：7E+00H+COM(命令)+LEN(數據長度)+DATA(數據)+校驗碼+7E。控制裝置與天線轉臺控制器之間的網絡協議為UDP協議，雙方需要綁定端口號。命令格式為16進制字節。其中，協議格式是用于上位機(可控天線控制系統也稱為控制裝置)向下位機(轉臺控制器)發送控制命令信息，其主要包括有：起始字節：0xFF，結束字節：OxFE；命令符：操作命令的代碼數據位，操作時所需要的數據。上位機向下位機發送的數據包含下面兩種幀格式：1、三字節命令的幀格式，三字節命令的幀格式包括有起始符、終止符及命令符。起始符0xFF：作為數據起始標志，收到此字符，則證明數據開始傳輸。終止符0xFE：作為數據結束標志，收到此字符，則證明數據傳輸結束。命令符0x01：此數值代表著操作命令，不同的命令代表不同的功能。2、七字節命令的幀格式，七字節命令的幀格式包括有起始符、命令符、透明信息、數據高、數據中、數據低、終止符。起始符0xFF：作為數據起始標志，收到此字符，則證明數據開始傳輸。終止符0xFE：作為數據結束標志，收到此字符，則證明數據傳輸結束。命令符0x07：此數值代表著操作命令的信息，按照具體命令填寫。103、輸入需要選擇的波位號或者衰減量。在該步驟中，需要判斷輸入的波位號是否錯誤，如果錯誤則要重新操作；并判斷衰減量是否超過范圍，如果超過范圍則需要重新輸入。104、將波位號或者衰減量按照通信格式打包。105、將打包后的數據傳輸給轉臺控制器。106、轉臺控制器控制天線工作，并由天線反饋工作狀態數據給控制裝置。本發明結合嵌入式和網絡技術，來實現天線的波束角度可調、方向可調、功率可調的功能，為了提高天線角度控制的準確性，也提高了天線的輻射角度以及改善了系統的性能。并且由于對天線的有效控制，能夠減少同頻干擾，降低了頻率復用系數，提高頻譜利用率。附圖說明圖1是現有技術的天線結構示意圖。圖2是本發明所實施的天線結構示意圖。圖3是本發明所實施的控制流程圖。圖4是本發明所實施控制字的狀態定義圖。圖5是本發明所實施ENC28J60的初始化流程圖。圖6是本發明所實施天線串口的中斷流程圖。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明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發明，并不用于限定本發明。如圖2所示，本發明所實現的天線系統包括有相控陣天線、轉臺、轉臺控制器及控制裝置構成，所述相控陣天線設置于轉臺上，轉臺由轉臺控制器進行控制，控制裝置則實現對轉臺控制器的控制。無線通信系統是將可用信息加載到無線電波或射頻波上，再利用天線進行電波的發射和接收操作，從而實現設備間的通信。天線還具有能量轉換功能，將饋線的高頻電流轉換為無線電波。垂直極化波就是電場強度方向垂直于地面，水平極化波就是電場強度方向平行于地面。本系統的雙頻段圓環相控陣天線的天線極化方式是垂直極化，其工作方式是水平面電控掃描，垂直面固定波束。方向圖上有主瓣和副瓣之分，波束寬度就是主瓣兩半功率點間的夾角，其中主瓣的瓣寬和方向性成反比的，決定了抗干擾能力的強弱。相控陣天線是在轉臺控制器的控制下，利用電控制陣列單元的相位來改變波束指向，實現波束的快速掃描，而且其方向圖是隨著波束的掃描發生變化。通常，使用鍵盤操作相控陣天線，鍵盤將輸入指令傳輸給控制裝置，控制裝置將控制信號傳輸給轉臺控制器，轉臺控制器則執行具體的控制指令，控制相控陣天線的調整。其具體實現的控制方法為：101、啟動，系統初始化。102、控制裝置與天線、轉臺控制器建立連接。該步驟中，控制裝置與天線的連接端口以RS232的形式，用于對天線系統進行程控工作模式的通訊和控制。且控制裝置與天線的通信格式如下：7E+00H+COM(命令)+LEN(數據長度)+DATA(數據)+校驗碼+7E。控制裝置與天線轉臺控制器之間的網絡協議為UDP協議，雙方需要綁定端口號。命令格式為16進制字節。其中，協議格式是用于上位機(可控天線控制系統)向下位機(轉臺控制器)發送控制命令信息，其注意包括有：起始字節：0xFF，結束字節：OxFE；命令符：操作命令的代碼數據位，操作時所需要的數據。上位機向下位機發送的數據包含下面兩種幀格式：1、字節命令的幀格式，如表1所示為三字節命令的幀格式。表1起始符0xFF：作為數據起始標志，收到此字符，則證明數據開始傳輸。終止符0xFE：作為數據結束標志，收到此字符，則證明數據傳輸結束。命令符0x01：此數值代表著操作命令，不同的命令代表不同的功能。2、七字節命令的幀格式，如表2所示為七字節命令的幀格式。起始符命令符透明信息數據高數據中數據低終止符0xFF0x070x000xaa0xaa0xaa0xFE1字節1字節1字節1字節1字節1字節1字節表2起始符0xFF：作為數據起始標志，收到此字符，則證明數據開始傳輸。終止符0xFE：作為數據結束標志，收到此字符，則證明數據傳輸結束。命令符0x07：此數值代表著操作命令的信息，按照具體命令填寫。103、輸入需要選擇的波位號或者衰減量。在該步驟中，需要判斷輸入的波位號是否錯誤，如果錯誤則要重新操作；并判斷衰減量是否超過范圍，如果超過范圍則需要重新輸入。104、將波位號或者衰減量按照通信格式打包。105、將打包后的數據傳輸給轉臺控制器。106、轉臺控制器控制天線工作，并由天線反饋工作狀態數據給控制裝置。如圖4所示，為天線控制信號中，控制字的狀態定義圖，每一位的狀態均有“0”和“1”兩種。相控陣天線系統通常是由陣列天線、移相器、饋電網絡等組成。陣列天線一般是若干個單元天線組成；移相器是由數字式移相器和連續式移相器組成，數字式移相器提供離散的移相值，必須是360°×(1/2)的整數倍，其中n代表位數。在0°～360。范圍內，連續式移相器的移相值是可以連續變化的。本系統使用的相控陣天線的移相器是數字式移相器，n＝5，移相器位的狀態“0”表示直通，不移相；“1”表示移相，即對應通道相位延遲對應的度數。衰減器位的狀態“0”代表直通，不衰減；“1”表示衰減，即對應通道幅度衰減對應的dB數。具體實踐中，在控制裝置上使用鍵盤操作相控陣天線的基本操作步驟如下：①開機后，系統顯示主界面。②按菜單menu鍵進入選擇界面，根據提示輸入需要選擇的波位號或者衰減量。③輸入完成后按enter鍵結束輸入，返回主界面。④如果波位號選擇錯誤，則會顯示提示信息，按enter鍵返回選擇界面，重新進行選擇。⑤如果衰減量輸入超出范圍，會顯示提示信息，按enter鍵返回重新輸入。⑥在選擇界面，可以通過上和下及左右鍵來控制光標，以進行選擇。為了實現網絡通信功能，控制裝置及轉臺控制器的以太網模塊設計大多是采取嵌入式微控制器和外圍協議芯片組合的解決方案，以結合控制裝置的主芯片的特性以及更好實現高速通信，轉臺控制器采用以太網模塊設計方式，采用28引腳獨立以太網芯片ENC28J60。如圖5所示，基于SPI接口的ENC28J60以太網驅動的核心就是初始化過程。具體實現的過程是首先需要初始化SPI接口，片選使能；再進行軟件復位，等待時鐘的穩定；然后設置發送緩沖區和接收緩沖區的起始和結束地址；設置MAC地址和配置PHY全雙工，最后初始化中斷并使能數據接收位。結合圖6所示，轉臺控制器與相控陣天線通過串口RS232連接，用于對天線系統進行程控工作模式的通訊和控制。其串口的中斷方式流程如圖6所示。轉臺控制器的串口進行初始化設置，與相控陣天線系統建立正常連接后，可控天線控制器就可以使用串口對天線系統進行程控工作模式的通訊和控制。控制流程是基于μCOS/II操作系統和μIP網絡協議棧下實現的，可控天線控制器上電后，顯示開機界面，顯示實時時鐘，下方有三個按鈕，RESET復位按鈕、Adjust校準按鈕、NEXT進入網絡信息界面按鈕。轉臺控制器采用UDP協議網絡通訊，且IP地址已經固定為192.168.1.201，端口號為10001，這樣需要把控制裝置的IP地址設置與轉臺控制器同一網段，這里設置為192.168.1.200，端口號為10001。控制裝置發出約定的控制命令，轉臺控制器收到控制命令后做出相應的處理。總之，本發明結合嵌入式和網絡技術，來實現天線的波束角度可調、方向可調、功率可調的功能，為了提高天線角度控制的準確性，也提高了天線的輻射角度以及改善了系統的性能。并且由于對天線的有效控制，能夠減少同頻干擾，降低了頻率復用系數，提高頻譜利用率。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 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