專利名稱：一種帶狀覆蓋的智能天線實(shí)現(xiàn)方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于帶狀覆蓋的智能天線實(shí)現(xiàn) 方法與裝置。
背景技術(shù)：
智能天線系統(tǒng)中，基站天線通常為陣列天線，該通信系統(tǒng)采用波束賦形(也 稱、波束形成)技術(shù)，即根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)目臻g特性，通過空間數(shù)字信號(hào)處理，實(shí) 現(xiàn)賦形權(quán)矢量估計(jì)或下行波束賦形，從而達(dá)到降低干擾、增加容量、擴(kuò)大覆蓋、 改善通信質(zhì)量、降低發(fā)射功率和提高無線數(shù)據(jù)傳輸速率的目的。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)負(fù)荷空間分布以及基站建設(shè)成本等因 素的影響，某些基站的覆蓋范圍可能存在一定的特殊性。對(duì)于帶狀覆蓋，通常 適合于邊際網(wǎng)交通沿線覆蓋，即基站天線架設(shè)在公路、鐵路、航道等線性區(qū)域 的交通沿線旁邊，帶狀覆蓋區(qū)內(nèi)的話務(wù)量較低，用戶終端移動(dòng)速度較高，切換 頻繁。多數(shù)情況下，智能天線系統(tǒng)的陣列天線輻射面具有一定的指向性，可稱 為單輻射面，而針對(duì)線性天線陣列(簡(jiǎn)稱線陣)，由于各單天線方向圖的指向 基本與線陣輻射面的法線方向一致，因此線陣的覆蓋范圍可以認(rèn)為是輻射面法線方向的一側(cè)，相反方向的一側(cè)則由相應(yīng)的另一基站實(shí)現(xiàn)覆蓋，這樣在一定的 覆蓋范圍內(nèi)可能會(huì)使基站數(shù)量增加，造成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本上升，同時(shí)可能使用戶 終端移動(dòng)時(shí)的切換次數(shù)增加，導(dǎo)致通話質(zhì)量和可靠性下降。中國(guó)專利申請(qǐng)CN200510076683 (公開號(hào)CN1882157，
公開日2006年 12月20日)公開了一種用于群覆蓋的智能天線波束賦形方法，預(yù)選并存儲(chǔ)多 種不同波束；根據(jù)群播用戶的來波方向計(jì)算群播用戶分布范圍；根據(jù)群播用戶 分布范圍選擇存儲(chǔ)的波束，實(shí)現(xiàn)波束賦形。同時(shí)，該專利申請(qǐng)還提供了一種用 于群覆蓋的智能天線波束賦形裝置，包括波束存儲(chǔ)單元，群播用戶分布范圍 獲取單元，波束賦形單元，可以使每個(gè)波束覆蓋所有的群播用戶，節(jié)約碼道資 源，降低不同用戶之間的千擾。但是該專利申請(qǐng)技術(shù)并未改善智能天線系統(tǒng)帶狀覆蓋的網(wǎng)絡(luò)性能。綜上可知，現(xiàn)有帶狀覆蓋的智能天線技術(shù)在實(shí)際使用上，顯然存在不便與 缺陷，所以有必要加以改進(jìn)。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種帶狀覆蓋的智能天線實(shí)現(xiàn)方 法及裝置，其能夠降低基站數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本以及切換頻次，從而改善智能 天線系統(tǒng)帶狀覆蓋的網(wǎng)絡(luò)性能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種帶狀覆蓋的智能天線實(shí)現(xiàn)方法，所述 智能天線采用雙輻射面線陣，該方法包括如下步驟A、 根據(jù)帶狀覆蓋的要求，針對(duì)雙輻射面線陣的任一輻射面確定對(duì)應(yīng)的波束指向及波束寬度；B、 根據(jù)所述波束指向和波束寬度生成波束賦形權(quán)矢量；c、根據(jù)所述波束賦形權(quán)矢量對(duì)雙輻射面線陣的雙輻射面的發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行下行波束賦形，其賦形方向圖滿足對(duì)稱或近似對(duì)稱關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述波束寬度等于陣列天線的業(yè)務(wù)波束寬度，且所述步驟B中波束賦形權(quán)矢量為導(dǎo)向矢量，該波束賦形權(quán)矢量w的計(jì)算公式為 w = a(0) = [e-滿，e-滿，…，e隱J (e)『 (1)Yk(0) = j27r(k-l)DSin%, k:l,2,…,M (2)公式(1)和(2)中，[']T表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算，a(e)為導(dǎo)向矢量，D表示天線 間距，？i表示載波波長(zhǎng)，M為天線數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述波束寬度大于陣列天線的業(yè)務(wù)波束寬度，且所述 步驟B中根據(jù)波束指向和波束寬度生成滿足要求的波束賦形權(quán)矢量。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述步驟B中采用窗函數(shù)加權(quán)、空域?yàn)V波器設(shè)計(jì)、 全局最優(yōu)搜索或局部準(zhǔn)最優(yōu)搜索方法生成滿足要求的波束賦形權(quán)矢量。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述步驟C中根據(jù)波束賦形權(quán)矢量對(duì)下行發(fā)射基帶 數(shù)據(jù)進(jìn)行下行波束賦形處理，且下行波束賦形輸出y的計(jì)算公式為y=wH'x (3)公式(3)中，[ f表示共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算，w為波束賦形矢量，x為下行發(fā)射基帶數(shù)據(jù)矢量。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述步驟C中波束賦形輸出的賦形方向圖以及發(fā)射 信號(hào)方向以天線陣列流形方向?yàn)檩S線，滿足幾何對(duì)稱或近似對(duì)稱關(guān)系。 根據(jù)本發(fā)明的方法，所述步驟C之后進(jìn)一步包括D、 對(duì)下行發(fā)射基帶賦形數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，得到滿足發(fā)射要求的無線射 頻信號(hào)；E、 通過雙輻射面線陣將所述無線射頻信號(hào)發(fā)射出去。 根據(jù)本發(fā)明的方法，所述步驟D中對(duì)下行發(fā)射基帶賦形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模變換、上變頻、濾波和/或功率放大處理，以得到滿足發(fā)射要求的無線射頻信號(hào)。本發(fā)明還提供一種帶狀覆蓋的智能天線實(shí)現(xiàn)裝置，所述智能天線采用雙輻 射面線陣，該裝置包括賦形權(quán)矢量生成單元，用于根據(jù)帶狀覆蓋的要求，針對(duì)雙輻射面線陣的任 一輻射面確定波束指向以及波束寬度，以生成相應(yīng)的波束賦形權(quán)矢量；波束賦形單元，用于根據(jù)所述波束賦形權(quán)矢量對(duì)雙輻射面線陣的雙輻射面 的發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行下行波束賦形，其賦形方向圖滿足對(duì)稱或近似對(duì)稱關(guān)系。本發(fā)明的裝置進(jìn)一步包括多通道放大與收發(fā)信機(jī)單元，用于對(duì)下行發(fā)射基帶賦形數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處 理，得到滿足發(fā)射要求的無線射頻信號(hào)；所述雙輻射面線陣將該無線射頻信號(hào)發(fā)射出去。本發(fā)明的智能天線采用雙輻射面線陣，根據(jù)帶狀覆蓋的要求，針對(duì)任一輻 射面確定波束指向以及波束寬度，進(jìn)而生成波束賦形權(quán)矢量來實(shí)現(xiàn)雙輻射面的 發(fā)射數(shù)據(jù)的下行波束賦形，且賦形方向圖滿足對(duì)稱或近似對(duì)稱關(guān)系。借此，本 發(fā)明能在一定程度上降低基站數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本以及切換頻次，從而改善智 能天線系統(tǒng)帶狀覆蓋的網(wǎng)絡(luò)性能。
圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中雙輻射面線陣的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中雙輻射面線陣的單天線陣元方向圖；圖3是本發(fā)明提供的帶狀覆蓋的智能天線實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明提供的帶狀覆蓋的智能天線實(shí)現(xiàn)方法的流程圖； 圖5是本發(fā)明一實(shí)施例中八天線雙輻射面線陣的波束賦形方向圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí) 施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅 僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的智能天線系統(tǒng)采用雙輻射面線陣，即雙輻射面線性天線陣列，圖l示出了一種雙輻射面線陣的結(jié)構(gòu)，包括線性排列的天線1 天線M，其一般 設(shè)置于基站處。定義天線1與天線M之間的連線方向?yàn)殛嚵辛餍畏较颍赶?0°和指向180°的法線方向分別定義為正方向和反方向，對(duì)應(yīng)的輻射面分別 稱為正輻射面和反輻射面。圖2為一種雙輻射面線陣的單天線陣元方向圖，該單天線陣元方向圖分別 指向0°法線方向的正方向和180°法線方向的反方向，而且滿足對(duì)稱或近似 對(duì)^^關(guān)系，這樣構(gòu)成的陣列天線存在正、反兩個(gè)輻射面，以一個(gè)輻射面為基準(zhǔn) 實(shí)5見波束賦形，則必然在正、反兩個(gè)方向上同時(shí)生成幾何對(duì)稱或近似對(duì)稱的兩 個(gè)'波束賦形方向圖。基于上述理解，本發(fā)明提供一種帶狀覆蓋的智能天線實(shí)現(xiàn)裝置，如圖3 所示，主要包括有賦形權(quán)矢量生成單元310、波束賦形單元320、多通道放大 與收發(fā)信機(jī)單元330、雙輻射面線陣340，其中賦形權(quán)矢量生成單元310，用于根據(jù)帶狀覆蓋的要求，例如根據(jù)帶狀覆蓋 的方向以及角度范圍的特點(diǎn)，針對(duì)雙輻射面線陣340的任一輻射面確定波束指 向以及波束寬度，以生成相應(yīng)的波束賦形權(quán)矢量。所謂波束寬度又名半功率波 束寬度，由于天線具有強(qiáng)烈的方向性，它的方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其 中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為旁瓣。在主瓣最大輻射方向兩側(cè)， 輻射強(qiáng)度降低3dB (功率密度降低一半)的兩點(diǎn)間的夾角定義為波束寬度。波 束寬度越窄則表示方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。波束賦形單元320，用于根據(jù)波束賦形權(quán)矢量對(duì)雙輻射面線陣340的雙輻 射面的發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行下行波束賦形，也就是基于賦形權(quán)矢量生成單元310確定 的賦形權(quán)矢量對(duì)各用戶終端的下行發(fā)射基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行波束賦形處理，其波束賦 形方向圖滿足幾何對(duì)稱或近似對(duì)稱關(guān)系。多通道放大與收發(fā)信機(jī)單元330，用于對(duì)下行發(fā)射基帶賦形數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào) 處理，得到滿足發(fā)射要求的無線射頻信號(hào)。所述信號(hào)處理是指對(duì)已作下行波束 賦形處理的基帶賦形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模變換、上變頻、濾波、功率放大等處理后得 到滿足發(fā)射要求的無線射頻信號(hào)。雙輻射面線陣340，用于將所述無線射頻信號(hào)發(fā)射出去。本發(fā)明的智能天線由于采用雙輻射面線陣，使得基站的覆蓋范圍可以是兩 側(cè)輻射面的法線方向，避免了現(xiàn)有技術(shù)中法線的另一側(cè)需由其他基站實(shí)現(xiàn)覆 蓋，其在一定程度上降低了基站數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，同時(shí)減少用戶終端移動(dòng) 時(shí)的切換次數(shù)，保證通話質(zhì)量和可靠性，從而改善智能天線系統(tǒng)帶狀覆蓋的網(wǎng) 絡(luò)性能。本發(fā)明還提供一種帶狀覆蓋的智能天線實(shí)現(xiàn)方法，所述智能天線采用雙輻 射面線陣，如圖4所示，該方法包括步驟如下步驟S410、根據(jù)帶狀覆蓋的要求，針對(duì)雙輻射面線陣的任一輻射面確定 對(duì)應(yīng)的波束指向及波束寬度。本發(fā)明一實(shí)施例中以正輻射面為基準(zhǔn)，根據(jù)帶狀覆蓋的要求，確定波束指 向?yàn)閑，半功率波束寬度為a這里半功率波束寬度Q不小于陣列天線的業(yè)務(wù) 波束寬度，即半功率波束寬度Q大于或等于陣列天線的業(yè)務(wù)波束寬度。步驟S420、根據(jù)波束指向和波束寬度生成波束賦形權(quán)矢量。所述波束賦形權(quán)矢量的生成方法包括多種若半功率波束寬度Q等于陣列天線的業(yè)務(wù)波束寬度，則波束賦形權(quán)矢量為導(dǎo)向矢量，對(duì)于線陣，該波束賦形權(quán)矢量W的計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 8</formula> (1)<formula>formula see original document page 8</formula> (2)公式(1)和(2)中，[']T表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算，a(0為導(dǎo)向矢量，D表示天線 間足巨，X表示載波波長(zhǎng)，M為天線數(shù)。若半功率波束寬度Q大于陣列天線的業(yè)務(wù)波束寬度，則需要基于波束指 向e和半功率波束寬度Q，采用窗函數(shù)加權(quán)、空域?yàn)V波器設(shè)計(jì)、全局最優(yōu)搜索、 局部準(zhǔn)最優(yōu)搜索等方法生成滿足要求的波束賦形權(quán)矢量w，目前基于遺傳算法的搜索方法為常用的局部準(zhǔn)最優(yōu)搜索方法之一。步驟S430、根據(jù)波束賦形權(quán)矢量對(duì)雙輻射面線陣的雙輻射面的發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行下行波束賦形，其波束賦形方向圖滿足對(duì)稱或近似對(duì)稱關(guān)系。
本步驟中根據(jù)波束賦形權(quán)矢量w對(duì)下行發(fā)射基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行下行波束賦形處理，且下行波束賦形輸出y的計(jì)算公式為 y=wH.x (3)公式(3)中，[ ]H表示共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算，x為下行發(fā)射基帶數(shù)據(jù)矢量。 所述波束賦形輸出y的賦形方向圖以及發(fā)射信號(hào)方向以天線陣列流形方 向?yàn)檩S線，參照?qǐng)D1所示，滿足幾何對(duì)稱或近似對(duì)稱關(guān)系。作為上述智能天線實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)選實(shí)施例，可進(jìn)一步包括步驟S440、對(duì)下行發(fā)射基帶賦形數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，得到滿足發(fā)射要求 的無線射頻信號(hào)。所述信號(hào)處理是指對(duì)基帶賦形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模變換、上變頻、 濾波、功率放大等處理后得到滿足發(fā)射要求的無線射頻信號(hào)。 步驟S450、通過雙輻射面線陣將無線射頻信號(hào)發(fā)射出去。 圖5所示為本發(fā)明一實(shí)施例中8天線雙輻射面線陣的波束賦形方向圖，其 雙輻射面的波束指向分別為20。和160° ，半功率波束寬度均為21。，采用 漢寧(Hanning)窗函數(shù)加權(quán)，窗函數(shù)表達(dá)式為|0,其它
顯然波束賦形方向圖以及發(fā)射信號(hào)方向以陣列流形方向?yàn)檩S線滿足幾何 對(duì)稱或近似對(duì)稱關(guān)系。綜上所述，本發(fā)明的智能天線采用雙輻射面線陣，根據(jù)帶狀覆蓋的要求， 針對(duì)任一輻射面確定波束指向以及波束寬度，進(jìn)而生成波束賦形權(quán)矢量來實(shí)現(xiàn) 雙輻射面的發(fā)射數(shù)據(jù)的下行波束賦形，且賦形方向圖滿足對(duì)稱或近似對(duì)稱關(guān) 系。借此，本發(fā)明能在一定程度上降低基站數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本以及切換頻次， 從而改善智能天線系統(tǒng)帶狀覆蓋的網(wǎng)絡(luò)性能。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情 況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但 這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種帶狀覆蓋的智能天線實(shí)現(xiàn)方法，所述智能天線采用雙輻射面線陣，其特征在于，該方法包括如下步驟A、根據(jù)帶狀覆蓋的要求，針對(duì)雙輻射面線陣的任一輻射面確定對(duì)應(yīng)的波束指向及波束寬度；B、根據(jù)所述波束指向和波束寬度生成波束賦形權(quán)矢量；C、根據(jù)所述波束賦形權(quán)矢量對(duì)雙輻射面線陣的雙輻射面的發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行下行波束賦形，其賦形方向圖滿足對(duì)稱或近似對(duì)稱關(guān)系。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述波束寬度等于陣列天 線的業(yè)務(wù)波束寬度，且所述步驟B中波束賦形權(quán)矢量為導(dǎo)向矢量，該波束賦 形權(quán)矢量w的計(jì)算公式為-刷(1)Yk(0) = J2;t(k-l)Dsi，k = l,2,.-,M(2)公式(1)和(2)中，[']T表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算，a(e)為導(dǎo)向矢量，D表示天線 間足巨，人表示載波波長(zhǎng)，M為天線數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述波束寬度大于陣列天 線的業(yè)務(wù)波束寬度，且所述步驟B中根據(jù)波束指向和波束寬度生成滿足要求 的、波束賦形權(quán)矢量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟B中采用窗函數(shù) 加權(quán)、空域?yàn)V波器設(shè)計(jì)、全局最優(yōu)搜索或局部準(zhǔn)最優(yōu)搜索方法生成滿足要求的 波束賦形權(quán)矢量。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C中根據(jù)波束賦 形權(quán)矢量對(duì)下行發(fā)射基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行下行波束賦形處理，且下行波束賦形輸出y 的M"算公式為y=wH x (3)公式(3)中，[ ]H表示共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算，w為波束賦形矢量，x為下行發(fā)射基帶數(shù)據(jù)矢量。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟C中波束賦形輸 出的賦形方向圖以及發(fā)射信號(hào)方向以天線陣列流形方向?yàn)檩S線，滿足幾何對(duì)稱 或近似對(duì)稱關(guān)系。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C之后進(jìn)一步包括D、 對(duì)下行發(fā)射基帶賦形數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，得到滿足發(fā)射要求的無線射 頻信號(hào)；E、 通過雙輻射面線陣將所述無線射頻信號(hào)發(fā)射出去。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟D中對(duì)下行發(fā)射 基帶賦形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模變換、上變頻、濾波和/或功率放大處理，以得到滿足 發(fā)射要求的無線射頻信號(hào)。
9、 一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1 8任一項(xiàng)方法的智能天線實(shí)現(xiàn)裝置，所述智能天線采用雙輻射面線陣，其特征在于，該裝置包括賦形權(quán)矢量生成單元，用于根據(jù)帶狀覆蓋的要求，針對(duì)雙輻射面線陣的任 一輻射面確定波束指向以及波束寬度，以生成相應(yīng)的波束賦形權(quán)矢量；波束賦形單元，用于根據(jù)所述波束賦形權(quán)矢量對(duì)雙輻射面線陣的雙輻射面 的發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行下行波束賦形，其賦形方向圖滿足對(duì)稱或近似對(duì)稱關(guān)系。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括 多通道放大與收發(fā)信機(jī)單元，用于對(duì)下行發(fā)射基帶賦形數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，得到滿足發(fā)射要求的無線射頻信號(hào)；所述雙輻射面線陣將該無線射頻信號(hào)發(fā)射出去。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶狀覆蓋的智能天線實(shí)現(xiàn)方法，所述智能天線采用雙輻射面線陣，包括步驟有根據(jù)帶狀覆蓋的要求，針對(duì)雙輻射面線陣的任一輻射面確定對(duì)應(yīng)的波束指向及波束寬度；根據(jù)所述波束指向和波束寬度生成波束賦形權(quán)矢量；根據(jù)所述波束賦形權(quán)矢量對(duì)雙輻射面線陣的雙輻射面的發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行下行波束賦形，其賦形方向圖滿足對(duì)稱或近似對(duì)稱關(guān)系。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種帶狀覆蓋的智能天線實(shí)現(xiàn)裝置。借此，本發(fā)明能在一定程度上降低基站數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本以及切換頻次，從而改善智能天線系統(tǒng)帶狀覆蓋的網(wǎng)絡(luò)性能。
文檔編號(hào)H04B1/707GK101335552SQ20071011797
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者斌 李, 秦洪峰 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司