專利名稱：正交移相鍵控基帶波束形成設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于智能天線定向發送的正交移相鍵控(QPSK)基帶波束形 成設備，可用于TD-SCDMA標準智能天線的定向發送，實現CDMA(碼分多址)信道采用QPSK 調制的基帶信號加權波束形成，同時還涉及使用該設備的CDMA智能天線基站發信設備，屬 于移動通信技術領域。
背景技術：
使用智能天線的CDMA基站發信設備是移動通信領域的高科技產品。正交移相鍵 控基帶波束形成這種高科技設備用于CDMA系統的智能天線基站發信機，能實現定向發送 并減少多用戶干擾的影響，提高頻譜和發信功率的資源利用率。雖然有許多資料提到可以 利用基帶信號加權波束形成方法實現智能天線的定向發送。但是據申請人的調研，至今還 沒有資料給出具體的QPSK基帶信號加權波束形成方法和相應設備的原理。該方法相比于 中頻或射頻實現的智能天線定向發送方法而言，具有易于實現的基本特點，將使設備的可 靠性上升，費用下降，使智能天線的推廣使用成為可能。
發明內容 技術問題本實用新型要解決的技術問題是針對以上還沒有相關技術資料說明 正交移相鍵控基帶信號加權波束形成方法，提出一種我們首創的用于智能天線定向發送的 正交移相鍵控基帶波束形成設備，這種設備也可用于TD-SCDMA標準QPSK調制基帶信號加 權波束形成，實現智能天線的定向發送，可以大幅度減少多用戶干擾的影響，提高頻譜和發 信功率的資源利用率。 技術方案本實用新型的正交移相鍵控基帶波束形成方法根據智能天線陣元移相 饋電信號表達式cos(wt- e )或sin(wt- e )、它們的復數表達式Re[ejwte—je] 、 Im[ejwte—je] 和正交調制原理導出利用正交調制基帶信號加權實現智能天線定向發送波束形成方法的 相應數學表達式Re [e—J'e ] cos " t_Im[e—J'e ] sin " t，并根據所述數學表達式給出所述波束 形成方法的單個CDMA(碼分多址)用戶單方向發送設備；其中Re和Im分別表示取虛數ejwt 的實部或虛部。 單個CDMA用戶單方向發信的設備包括串并變換電路，確定波束發信方向的加權 系數產生電路，用于數據基帶信號與加權系數的實部和虛部分別相乘的乘法器Mu、 M12、 M15 和Mw，用于已加權基帶信號正交調制的乘法器M13、 M14、 M17和M^用于正交調制信號合成的 加法器M『M，和Mm，以及90度移相電路(13)、上變頻電路(14)和天線陣元An ;智能天 線定向發送設備中所述串并變換電路的一路輸出端通過加權系數乘法器Mn和M^接正交載 波調制乘法器M13和MM的輸入端，所述加權系數產生電路輸出加權系數的實部輸出端接所 述乘法器Mn和M16的輸入端，所述加權系數產生電路的虛部輸出端接所述乘法器M12和M15 的輸入端，載波cos " t送至所述乘法器M13和M17的輸入端，載波cos " t經所述90度移相 電路的輸出端接所述乘法器M14和M18的輸入端；所述乘法器M13和M14的輸出端分別接所述加法器M19的兩路輸入端，所述乘法器M17和M18的輸出端分別接加法器Mu。的兩路輸入端； 所述加法器M19和Mu。的輸出端分別接至所述加法器Mm的兩路輸入端；所述加法器Mm的 輸出端通過上變頻電路接天線An的輸入端。 單個CDMA用戶單方向發送設備中，將兩路正交加權的正交調制基帶信號In和IQ1 分別接加法器Ma的兩路輸入端，將兩路已加權的正交調制基帶信號Qn和QQ1分別接加法器 M22的兩路輸入端，所述加法器M21和M22的兩路輸出端分別接正交調制乘法器M23和M24的輸 入端，載波cos"t接所述加法器M^輸入端，所述載波cos"t經9(T移相電路(21)輸出 端接所述乘法器M24的輸入端；所述加法器M23和M24的輸出端經加法器M25輸出端接上變頻 電路(22)的輸入端，上變頻電路的輸出端接天線陣元Aa的輸入端。 所述單個CDMA用戶單方向發送設備能擴展為N個CDMA用戶N個方向定向發信設
備的加權波束形成設備；將已加權的正交調制基帶信號I『II2........IIN，IQ1、IQ2........
IoM分別接加法器M31的多個輸入端；將已加權的正交調制基帶信號Qn、QI2........QIN，QQ1、
QQ2........QQN分別接加法器M32的多個輸入端；所述加法器M31和M32的輸出端經正交調制
乘法器M33和M34的輸出端接加法器M35的兩路輸入端，載波cos " t接所述乘法器M33的另 一個輸入端，所述載波cos"t經90。移相電路(31)的輸出端接所述乘法器MM的另一個 輸入端；所述加法器M^的輸出端通過上變頻電路(32)接天線陣元A^的輸入端。 利用智能天線實現定向發送時，智能天線第n個陣元饋電信號電流相位應為 9 n = JI COS((J)。-(i)n) (1) 式中(K表示發信波束主瓣最大值的方向，小n與第n個陣元的位置有關，(K = 2 Ji *n/N = n/4。 根據下述公式，可以導出利用QPSK基帶信號加權實現智能天線定向發送的電路 框圖。 cos (cot-9) = Re[ejute—"] = Re [ (cos w t+jsin w t) (cos 9-jsin 9 )]= cos 9 cos co t+sin 9 sin co t = Re[e—"]cos wt-Im[e—"]sinwt (2) sin(cot-9) = Im[ej"te—"] = Im[ (cos co t+jsin co t) (cos 9+jsin 9 )]
=—sin 9 cos co t+cos 9 sin co t = Im[e—"]cos wt+Re[e—"]sinwt (3) 因此可給出智能天線某陣元利用QPSK基帶信號加權完成波束形成，實現智能天
線定向發送的電路框圖見圖l，用8個陣元構成智能天線時，需8套類似電路。 本實用新型中用于一根天線陣元的QPSK基帶信號加權完成波束形成，實現智能
天線定向發送設備中的核心部分包括串并變換電路(ll)，確定波束發信方向的加權系數產
生電路(12)，用于數據基帶信號與加權系數的實部和虛部分別相乘的乘法器Mn、M『M^和
M^用于已加權基帶信號正交調制的乘法器M13、 M14、 M17和M^，用于正交調制信號合成的加
法器M『Mn。和Mm，以及90度移相電路(13)、上變頻電路(14)和天線陣元An。 有益效果由于該實用新型利用基帶信號加權完成波束形成，使用8個陣元構成
智能天線時，與中頻波束形成的智能天線定向發送設備相比，約可以省去7/8的中頻設備，
與射頻波束形成的智能天線定向發送設備相比，約可以省去7/8的中頻和射頻設備。由于
基帶波束形成的工作頻率很低，還能大幅度降低實現難度和費用。
圖1為本實用新型用于一根天線陣元時，利用QPSK信號基帶加權實現智能天線定 向發送設備的核心部分原理框圖。其中包括串并變換電路ll，確定波束發信方向的加權系 數產生電路12，用于數據基帶信號與加權系數的實部和虛部分別相乘的乘法器Mn、 M12、 M15 和M^用于已加權基帶信號正交調制的乘法器M13、 M14、 M17和M^用于正交調制信號合成的 加法器M『Mn。和Mm，以及90度移相電路13、上變頻電路14和天線陣元Au。 圖2為圖1中QPSK調制乘法器M13、M14、M17、M18和QPSK調制加法器M19、Mu。、Mm部 分經簡化得到的原理框圖。其中In和QQ1是圖1中經加權系數實部加權后的基帶信號，Qn 和Iw分別是經加權系數虛部加權后的基帶信號。此處，利用電路疊加原理省去了所述設備
原理圖中的一組正交調制乘法器。 圖3為一根天線陣元的N路用戶數據信號利用QPSK基帶信號加權實現智能天線 N個用戶方向定向發送時、經基帶信號加權后的N個用戶信號求和，以及QPSK調制電路、上 變頻電路框圖。當一副智能天線由8根陣元組成時，還需要有7套類似的電路。
具體實施方式根據正交載波移相表達式cos(wt- e )和sin(wt- e )的復數表達式Re[ejwte—je] 和Im[ejrte—je]可以導出用于智能天線定向發送的、本發明的QPSK基帶信號加權波束形成 方法，見圖1。 實施例一 本實施例利用智能天線同載波、N個CDMA用戶、N個方向的定向發信實現抑制多徑 干擾和多用戶接入干擾的基本目的。為了實現N個用戶已調制信號要求方向的定向發送， 此處利用QPSK基帶信號加權波束形成實現智能天線N個用戶要求方向的定向發送。 本實施例用于智能天線定向發送的、一根天線陣元的QPSK基帶信號加權電路、 QPSK調制電路等核心電路原理框圖見圖1.主要由下列部分組成串并變換電路ll，確定波 束發信方向的加權系數產生電路12，用于數據基帶信號與加權系數的實部和虛部分別相乘 的乘法器Mn、 M12、 M15和M16，用于已加權基帶信號正交調制的乘法器M13、 M14、 M17和M18，用于 正交調制信號合成的加法器M19、 Mu。和Mm，以及90度移相電路13、上變頻電路14和天線 陣元A『 首先應根據第n個用戶要求的發信方向由加權系數產生電路給出所需復加權系 數的實部和虛部，串行輸入的某用戶數據信號將由串并變換電路變換為IJt)和Qjt)兩 路數據信號，這兩路數據信號分別對應于無定向發送時QPSK調制器的兩路輸入調制信 號。IJt)和加權系數的實部Re(w》、虛部Im(Wl)分別在乘法器Mn和M^中相乘，完成定 向發送所要求的加權過程，兩路乘法器送出的信號In、 Qh分別送入乘法器M『Mm完成 QPSK調制過程，所述M13、 M14乘法器的兩路輸出信號在加法器M19中相加，M19的輸出信號為 IlC0S(wt-e)。 Qjt)經過與上述類似的處理過程得Qpin(wt-e)。從所述兩路輸出信號
的表達式中可以看出，在表達式中引入定向發送所要求的移相因子9 。乘法器M^和Mn。的 這兩路輸出信號在加法器中Mm中相加后，形成有定向發射作用的QPSK信號QPSKn送上變 頻電路，經上變頻后可送天線陣元An。[0027] 為了完成定向發送，智能天線一般由8個天線陣元組成，即所述串并變換電路11的輸出IJt)和Qjt)需同時送到另外7個與上述處理單元類似的處理單元，在那些處理
單元中的加權系數產生電路中應產生與天線陣元~、~........^相對應的加權系數實部
Re (w2) 、 Re (w3)........Re (w7)，虛部Im (w2) 、 Im (w3)........Im (w7)。圖1為定向發信用
QPSK基帶信號加權的原理電路，圖1中乘法器M17和M18的功能可由M13和M14完成。圖1中乘法器M『M『Mw和M16的后續部分可簡化為圖2。 當多個不同方向要求的用戶數據信號Djt)、Djt)........DN(t)輸入時，可經N
個串并變換電路分別產生數據信號IJt)、 I2(t)........IN(t)和Qjt)、 Q2(t)........
QN(t)。由N*8個加權系數產生電路分別產生，8套加權系數再經加權系數乘法器分別產生
經過加權的基帶數據信號In、II2、....、工IN， Iq1、 Iq2、、 IqN， Qll、 Ql2、、 QlN， QqI、
QQ2........QQN。這些數據信號可按圖3中要求，分別送入加法器M^和M『所述加法器M^
和M32的輸出信號L和Q工送后續的QPSK調制器。所述QPSK調制器由乘法器M33和M^、加法器M35及90度相移電路31組成。 除上述實施例外，本實用新型還可以有其它實施方式，也可以用于正交幅度調制信號的定向發送。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護范圍。
權利要求一種正交移相鍵控基帶波束形成設備，其特征在于單個CDMA用戶單方向發信的設備包括串并變換電路(11)、確定波束發信方向的加權系數產生電路(12)、用于數據基帶信號與加權系數的實部和虛部分別相乘的乘法器M11、M12、M15和M16、用于已加權基帶信號正交調制的乘法器M13、M14、M17和M18、用于正交調制信號合成的加法器M19、M110和M111、以及90度移相電路(13)、上變頻電路(14)和大線陣元A11；智能天線定向發送設備中所述串并變換電路(11)的一路輸出端通過加權系數乘法器M11和M12接正交載波調制乘法器M13和M14的輸入端，所述加權系數產生電路(12)輸出加權系數的實部輸出端接所述乘法器M11和M16的輸入端，所述加權系數產生電路(12)的虛部輸出端接所述乘法器M12和M15的輸入端，載波cosωt送至所述乘法器M13和M17的輸入端，載波cosωt經所述90度移相電路(13)的輸出端接所述乘法器M14和M18的輸入端；所述乘法器M13和M14的輸出端分別接所述加法器M19的兩路輸入端，所述乘法器M17和M18的輸出端分別接加法器M110的兩路輸入端；所述加法器M19和M110的輸出端分別接至所述加法器M111的兩路輸入端；所述加法器M111的輸出端通過上變頻電路接天線A11的輸入端。
2. 如權利要求l所述的正交移相鍵控基帶波束形成設備，其特征在于單個CDMA用戶單 方向發送設備中，將兩路正交加權的正交調制基帶信號In和Iw分別接加法器Ma的兩路輸 入端，將兩路已加權的正交調制基帶信號Qn和QQ1分別接加法器Ma的兩路輸入端，所述加 法器M21和M22的兩路輸出端分別接正交調制乘法器M23和M24的輸入端，載波cos " t接所 述加法器M23輸入端，所述載波cos " t經90°移相電路(21)輸出端接所述乘法器M24的輸 入端；所述加法器MM和MM的輸出端經加法器M^輸出端接上變頻電路(22)的輸入端，上 變頻電路的輸出端接天線陣元^的輸入端。
3. 如權利要求1所述的正交移相鍵控基帶波束形成設備，其特征在于所述單個CDMA 用戶單方向發送設備能擴展為N個CDMA用戶N個方向定向發信設備的加權波束形成設備；將已加權的正交調制基帶信號In、 II2........IIN， IQ1、 IQ2........IQN分別接加法器M31的多個輸入端；將已加權的正交調制基帶信號Qn、QI2........QIN，QQ1、QQ2........Qom分別接加法器M32的多個輸入端；所述加法器M31和M32的輸出端經正交調制乘法器M33和M34的輸 出端接加法器M^的兩路輸入端，載波cos"t接所述乘法器M^的另一個輸入端，所述載波 cos"t經90。移相電路(31)的輸出端接所述乘法器MM的另一個輸入端；所述加法器M^ 的輸出端通過上變頻電路(32)接天線陣元A^的輸入端。
專利摘要正交移相鍵控基帶波束形成發備可用于TD-SCDMA標準智能天線的定向發送，單個CDMA用戶單方向發信的設備包括串并變換電路(11)、確定波束發信方向的加權系數產生電路(12)、用于數據基帶信號與加權系數的實部和虛部分別相乘的乘法器M11、M12、M15和M16、用于已加權基帶信號正交調制的乘法器M13、M14、M17和 M18、用于正交調制信號合成的加法器M19、M110和M111、以及90度移相電路(13)、上變頻電路(14)和天線陣元A11。利用QPSK基帶信號加權實現智能天線定向發送相比于中頻或射頻實現智能天線定向發送而言，具有易于實現的基本特點，將使設備可靠性上升、費用下降，使智能天線的推廣使用成為可能。
文檔編號H04J11/00GK201450519SQ200920045639
公開日2010年5月5日 申請日期2009年5月22日 優先權日2009年5月22日
發明者傅海陽, 李凡, 楊景, 許生, 賈向東 申請人:南京郵電大學