專利名稱：一種td－scdma系統(tǒng)仿真中智能天線的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能天線技術(shù)，尤指一種TD-SCDMA系統(tǒng)仿真中智能天線的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
智能天線是一種空分多址技術(shù)，用于在空間上區(qū)分不同的用戶。實(shí)際應(yīng)用中，智能天線設(shè)置在服務(wù)基站處，能同時(shí)形成多個(gè)窄波束，每個(gè)窄波束指向該服務(wù)基站的某個(gè)接入用戶，并在該接入用戶發(fā)生移動(dòng)時(shí)自適應(yīng)地對(duì)其進(jìn)行跟蹤，從而在服務(wù)基站和接入用戶之間建立一條能量相對(duì)集中的無線鏈路，故智能天線能夠有效地抗衰落、抗干擾，并能夠增加系統(tǒng)容量。基于上述優(yōu)點(diǎn)，智能天線被普遍應(yīng)用在TD-SCDMA系統(tǒng)中。
智能天線的工作原理是以多個(gè)高增益的窄波束動(dòng)態(tài)跟蹤對(duì)應(yīng)的多個(gè)期望用戶，在接收模式下，將天線方向圖的主瓣對(duì)準(zhǔn)有用信號(hào)的方向，并抑制來自窄波束之外的干擾信號(hào)；在發(fā)射模式下，使得該天線方向圖所對(duì)應(yīng)的用戶接收到的信號(hào)功率最大，并確保窄波束照射范圍以外的其它用戶受到的干擾最小。在智能天線的設(shè)計(jì)中，為使實(shí)際使用的智能天線更接近所需的理想工作狀態(tài)，一般應(yīng)通過仿真考察智能天線在TD-SCDMA系統(tǒng)中的工作情況，再根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)智能天線的性能和參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，使得設(shè)計(jì)出來的智能天線能夠符合實(shí)際應(yīng)用的需要。
由于智能天線的構(gòu)成較為復(fù)雜，目前采用的仿真方法一般只是簡化地對(duì)智能天線進(jìn)行近似，或者直接將智能天線處理為一般天線。比如在TD-SCDMA系統(tǒng)仿真中，上行鏈路采用多用戶檢測因子抵消部分小區(qū)內(nèi)的干擾，下行鏈路使用平均天線增益，以此仿真出智能天線在TD-SCDMA系統(tǒng)中的作用。但是，上述方法較為粗糙，不能充分體現(xiàn)智能天線的特點(diǎn)，以及智能天線在整個(gè)TD-SCDMA系統(tǒng)中的工作情況。按照上述近似處理的方法，無法準(zhǔn)確描述出實(shí)際環(huán)境下的智能天線，更無法滿足TD-SCDMA系統(tǒng)仿真對(duì)于智能天線的精度要求，使得仿真無法得到較好的效果。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種TD-SCDMA系統(tǒng)仿真中智能天線的實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)智能天線的特點(diǎn)，在建模時(shí)生成更為準(zhǔn)確、精度較高的智能天線，以滿足TD-SCDMA系統(tǒng)仿真的要求。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的一種TD-SCDMA系統(tǒng)仿真中智能天線的實(shí)現(xiàn)方法，該方法包括根據(jù)智能天線的類型劃分發(fā)射區(qū)域，設(shè)置每個(gè)發(fā)射區(qū)域的天線方向圖并逐一記錄在數(shù)據(jù)文件中；根據(jù)接入用戶的角度位置，確定該接入用戶所在的發(fā)射區(qū)域，從數(shù)據(jù)文件中讀取該發(fā)射區(qū)域的天線方向圖，計(jì)算所述TD-SCDMA系統(tǒng)的功率信息。
所述劃分發(fā)射區(qū)域并設(shè)置每個(gè)發(fā)射區(qū)域的天線方向圖的步驟具體為根據(jù)計(jì)算精度將智能天線的覆蓋區(qū)域劃分為一個(gè)以上的發(fā)射區(qū)域，并根據(jù)智能天線的對(duì)稱性，從上述發(fā)射區(qū)域中選出至少一個(gè)參考區(qū)域，測量出所選的參考區(qū)域中所有角度的天線增益，形成該參考區(qū)域的天線方向圖，并按照對(duì)稱性確定出上述發(fā)射區(qū)域中除參考區(qū)域之外的其它區(qū)域的天線方向圖。
所述將天線方向圖記錄在數(shù)據(jù)文件中的步驟具體為在數(shù)據(jù)文件中為每個(gè)天線方向圖設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)；每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)順序記錄對(duì)應(yīng)天線方向圖的所有角度的天線增益，或者將對(duì)應(yīng)天線方向圖的最大增益記錄在數(shù)據(jù)項(xiàng)的首位，再從最大增益所在的角度開始順序存儲(chǔ)其它角度的天線增益。
所述功率信息為上行發(fā)射功率時(shí)，計(jì)算功率信息的步驟具體為根據(jù)接入用戶所處的發(fā)射區(qū)域，從天線方向圖中查找到該發(fā)射區(qū)域的最大增益，并在所述接入用戶的實(shí)際發(fā)射功率中增加該最大增益，獲得該接入用戶的上行發(fā)射功率。
所述功率信息為下行發(fā)射功率時(shí)，計(jì)算功率信息的步驟具體為根據(jù)接入用戶所處的發(fā)射區(qū)域，從天線方向圖中查找到該發(fā)射區(qū)域的最大增益，并在服務(wù)基站對(duì)所述接入用戶的實(shí)際發(fā)射功率中增加該最大增益，從而獲得該接入用戶的下行發(fā)射功率。
所述功率信息為干擾功率時(shí)，計(jì)算功率信息的步驟具體為根據(jù)接入用戶所處的發(fā)射區(qū)域，查找到該發(fā)射區(qū)域的天線方向圖，從中獲取與干擾信號(hào)的角度對(duì)應(yīng)的天線增益，并在干擾信號(hào)的實(shí)際干擾功率中增加該天線增益，從而獲得該干擾信號(hào)產(chǎn)生的干擾功率。
所述干擾功率為上行干擾功率或下行干擾功率。
所述智能天線的類型包括圓形陣、線形陣和弧形陣。
由上述技術(shù)方案可見，本發(fā)明的這種TD-SCDMA系統(tǒng)仿真中智能天線的實(shí)現(xiàn)方法，能夠按照精度要求對(duì)實(shí)際使用的智能天線進(jìn)行建模描述，根據(jù)所描述的智能天線執(zhí)行TD-SCDMA系統(tǒng)仿真，計(jì)算出采用智能天線的TD-SCDMA系統(tǒng)的功率信息。
該方法由于充分考慮到智能天線的特點(diǎn)和工作原理，故仿真結(jié)果準(zhǔn)確、可信；并且，該方法使用簡單，適用于各種類型的智能天線，能很好地提高仿真效率和計(jì)算速度。


圖1為本發(fā)明的TD-SCDMA系統(tǒng)仿真中智能天線的實(shí)現(xiàn)流程；圖2為本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中主瓣方向分別為0°和55°的天線方向圖；圖3為本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中發(fā)射區(qū)域的劃分示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
對(duì)于實(shí)際使用的智能天線而言，需要先估計(jì)接入用戶的來波方向，再通過調(diào)節(jié)各陣元信號(hào)的加權(quán)幅度和相位來改變陣列天線的方向圖，從而將天線方向圖的主瓣指向接入用戶，將旁瓣或者零陷指向干擾方向，即智能天線是自適應(yīng)的。但是，根據(jù)用戶信息計(jì)算權(quán)值來生成天線方向圖復(fù)雜耗時(shí)，在仿真中也是沒有必要的。為此，本發(fā)明使用固定形狀的天線方向圖確定各個(gè)方向的天線增益，每個(gè)方向的天線增益都可通過測量獲得，從而避免了對(duì)智能天線執(zhí)行加權(quán)計(jì)算，極大地提高了仿真速度。圖1為本發(fā)明的TD-SCDMA系統(tǒng)仿真中智能天線的實(shí)現(xiàn)流程，包括以下步驟步驟101、根據(jù)智能天線的類型劃分發(fā)射區(qū)域，并為每個(gè)發(fā)射區(qū)域設(shè)置一個(gè)固定的天線方向圖。
在較小的角度范圍內(nèi)，天線方向圖的形狀變化并不明顯，即可以近似地認(rèn)為某個(gè)小角度范圍內(nèi)具有相同的天線方向圖的形狀，亦即在這個(gè)角度范圍內(nèi)可以使用同一組天線增益。所述天線增益可以是以dBi表示的波束賦形增益，或者天線陣的總增益，或者用負(fù)偏移形式表示的相對(duì)增益，即以最大增益作為單位增益，其它增益取與最大增益比較得到的相對(duì)值。
但是，一旦角度超出一定范圍，天線方向圖的形狀就不相同了。比如，對(duì)于具有多個(gè)扇區(qū)的小區(qū)而言，所采用的智能天線為線形陣，對(duì)準(zhǔn)不同水平方向的天線方向圖的形狀差別較大，如圖2所示，主瓣方向分別為0°和55°的天線方向圖的形狀是不同的，主瓣寬度和最大增益等參數(shù)也有較大差別。如果只采用一個(gè)固定形狀的天線方向圖，就不能很好地仿真出該小區(qū)中使用的智能天線。這樣，在設(shè)置智能天線的天線方向圖時(shí)，可以按照精度要求，將智能天線的整個(gè)覆蓋區(qū)域按照角度劃分為一個(gè)以上的發(fā)射區(qū)域，同一個(gè)發(fā)射區(qū)域的所有用戶使用相同的天線方向圖。
實(shí)際應(yīng)用中，可以先獲得整個(gè)覆蓋區(qū)域的若干個(gè)天線方向圖，再劃分發(fā)射區(qū)域；也可以根據(jù)精度要求先劃分發(fā)射區(qū)域，再分別獲取對(duì)應(yīng)發(fā)射區(qū)域的天線方向圖。發(fā)射區(qū)域的劃分遵循兩個(gè)原則，一是保證該發(fā)射區(qū)域內(nèi)的天線方向圖變化不大，也就是說在該發(fā)射區(qū)域的不同角度上，雖然天線方向圖的主瓣指向發(fā)生了變化，但是天線方向圖的形狀沒什么變化；二是將天線方向圖的主瓣方向設(shè)置在發(fā)射區(qū)域的中心。發(fā)射區(qū)域劃分的越小，智能天線的建模結(jié)果越準(zhǔn)確，相對(duì)地，就會(huì)在一定程度上降低仿真的運(yùn)算速度。對(duì)于精度要求較高的情況，可以按照單位度數(shù)劃分發(fā)射區(qū)域，即在每度使用一個(gè)單獨(dú)的天線方向圖。
TD-SCDMA系統(tǒng)中采用的智能天線全向的是圓形陣，扇區(qū)的是線形陣，還有弧線陣等，這些智能天線都是對(duì)稱的陣列。對(duì)于具有對(duì)稱性的智能天線陣列，整個(gè)覆蓋區(qū)域的天線方向圖基于對(duì)稱軸保持對(duì)稱，故建模時(shí)可以僅測量對(duì)稱軸兩邊中任一邊的天線方向圖。
比如，對(duì)于3扇區(qū)線形陣的其中一個(gè)扇區(qū)，該扇區(qū)的角度為120°。將其劃分為23個(gè)發(fā)射區(qū)域，并按照對(duì)稱關(guān)系測量出主瓣方向分別在0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°和55°上的12個(gè)參考區(qū)域的天線方向圖。其中，主瓣方向?yàn)?°的天線方向圖與該線形陣垂直，即該天線方向圖的效果最好，故將主瓣方向?yàn)?°的天線方向圖對(duì)準(zhǔn)扇區(qū)中央。表一顯示的是該扇區(qū)的所有天線方向圖，另外兩個(gè)扇區(qū)的設(shè)置與此相同，此處不再贅述。

表一上表中，H55表示在偏離扇區(qū)中心55度的角度位置測得的天線方向圖，H表示該天線方向圖為水平方向圖。與表一對(duì)應(yīng)的，所述3扇區(qū)線形陣的發(fā)射區(qū)域劃分如圖3所示，比如標(biāo)號(hào)為301的發(fā)射區(qū)域1和標(biāo)號(hào)為305的發(fā)射區(qū)域23使用的是H55，標(biāo)號(hào)為302的發(fā)射區(qū)域2使用的是H50，標(biāo)號(hào)為303的發(fā)射區(qū)域3使用的是H45，標(biāo)號(hào)為304的發(fā)射區(qū)域12使用的是H00，該圖中只畫出每個(gè)天線方向圖的主瓣。以上描述均以水平方向圖為例，在垂直方向上也可以采用相同的方法建模得到智能天線，此處不再贅述。
本發(fā)明的建模方式適用范圍較廣，比如可以用于各種全向天線，或多扇區(qū)天線等。由于全向天線的對(duì)稱性好，可以將其八等分，每個(gè)等分為45度，并只對(duì)其中的一個(gè)等分劃分發(fā)射區(qū)域并設(shè)置天線方向圖，其余等分可采用相同的方法進(jìn)行設(shè)置。所述多扇區(qū)天線指的是三扇區(qū)天線或四扇區(qū)天線等，這種類型的智能天線每個(gè)扇區(qū)的設(shè)置都是相同的。
步驟102、生成數(shù)據(jù)文件，存儲(chǔ)所設(shè)置的所有發(fā)射區(qū)域的天線方向圖。
所述數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)對(duì)應(yīng)記錄有一個(gè)發(fā)射區(qū)域號(hào)和該發(fā)射區(qū)域上使用的天線方向圖在各個(gè)角度上的天線增益G(θ0)～G(θk)。其中，k指的是存在天線增益的角度范圍，一般可以取360°。對(duì)于帶理想反射板的三扇區(qū)天線，k取120°或180°等。
比如，對(duì)于表一所示的智能天線，數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)格式如下發(fā)射區(qū)域1G1(θ0)，G1(θ1)，G1(θ2)，......，G1(θk)；發(fā)射區(qū)域2G2(θ0)，G2(θ1)，G2(θ2)，......，G2(θk)；發(fā)射區(qū)域23G23(θ0)，G23(θ1)，G23(θ2)，......，G23(θk)。
但是，這種存儲(chǔ)方式存在以下缺點(diǎn)在使用上述智能天線的天線方向圖時(shí)，根據(jù)接入用戶所在的角度位置確定出該用戶當(dāng)前位于的發(fā)射區(qū)域后，需要查找該發(fā)射區(qū)域的最大增益所在的角度，才能將該天線方向圖的主瓣指向接入用戶。當(dāng)用戶數(shù)目較多時(shí)，上述查找過程較為耗時(shí)，會(huì)降低TD-SCDMA系統(tǒng)的仿真效率。
為此，本發(fā)明提供了另一種存儲(chǔ)方式將每個(gè)發(fā)射區(qū)域的最大增益G(θ′)保存在數(shù)據(jù)項(xiàng)的首位，θ′是最大增益角度，其它角度的天線增益按照從最大增益角度開始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一周的順序存儲(chǔ)。這樣，對(duì)于表一所示的智能天線，數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)格式如下發(fā)射區(qū)域1G1(θ1′)，G1(θ1′+1)，......，G1(θk)，G1(θ0)，......，G1(θ1′-1)；發(fā)射區(qū)域2G2(θ2′)，G2(θ2′+1)，......，G2(θk)，G2(θ0)，......，G2(θ2′-1)；發(fā)射區(qū)域23G23(θ23′)，G23(θ23′+1)，......，G23(θk)，G23(θ0)，......，G23(θ23′-1)。
該存儲(chǔ)方式的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)計(jì)算智能天線在服務(wù)基站和接入用戶之間的上下行發(fā)射功率時(shí)，能夠直接獲得最大增益G(θ′)，從而將該天線方向圖的主瓣指向接入用戶，節(jié)約了仿真時(shí)間。
步驟103、從數(shù)據(jù)文件中獲取接入用戶所處位置的天線增益，計(jì)算出上下行發(fā)射功率和上下行干擾功率。
該步驟具體為根據(jù)接入用戶的角度位置θuser確定該用戶所處的發(fā)射區(qū)域m，并從對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)中獲取該發(fā)射區(qū)域m的最大增益Gm(θ′)。令θ′＝θuser，從而將天線方向圖的主瓣指向該接入用戶。
之后，計(jì)算上行發(fā)射功率時(shí)，在接入用戶的實(shí)際發(fā)射功率上增加最大增益Gm(θ′)；計(jì)算上行干擾功率時(shí)，假設(shè)某個(gè)干擾用戶的信號(hào)角度為θuser+1，由于θ′＝θuser，則可以確定θuser+1的天線增益為Gm(θ′+1)，再將干擾用戶的實(shí)際干擾功率加上該天線增益Gm(θ′+1)，就能夠得到該干擾用戶產(chǎn)生的上行干擾功率。
同樣地，計(jì)算下行發(fā)射功率時(shí)，在服務(wù)基站的實(shí)際發(fā)射功率上增加所獲取的最大增益Gm(θ′)；計(jì)算下行干擾功率時(shí)，假設(shè)某個(gè)干擾基站發(fā)出的信號(hào)的角度為θuser+1，由于θ′＝θuser，故可以查找到θuser+1的天線增益為Gm(θ′+1)，再將干擾基站的實(shí)際干擾功率加上該天線增益Gm(θ′+1)，就能夠得到該干擾基站產(chǎn)生的下行干擾功率。
由上述的實(shí)施例可見，本發(fā)明的這種TD-SCDMA系統(tǒng)仿真中智能天線的實(shí)現(xiàn)方法，通過劃分發(fā)射區(qū)域?qū)χ悄芴炀€進(jìn)行建模，并利用建模獲得的天線增益仿真出TD-SCDMA系統(tǒng)中的智能天線，故該方法的仿真結(jié)果準(zhǔn)確、可信，并且使用簡單，適用于各種類型的智能天線，能很好地提高仿真效率和計(jì)算速度。
權(quán)利要求
1.一種TD-SCDMA系統(tǒng)仿真中智能天線的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，該方法包括根據(jù)智能天線的類型劃分發(fā)射區(qū)域，設(shè)置每個(gè)發(fā)射區(qū)域的天線方向圖并逐一記錄在數(shù)據(jù)文件中；根據(jù)接入用戶的角度位置，確定該接入用戶所在的發(fā)射區(qū)域，從數(shù)據(jù)文件中讀取該發(fā)射區(qū)域的天線方向圖，計(jì)算所述TD-SCDMA系統(tǒng)的功率信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述劃分發(fā)射區(qū)域并設(shè)置每個(gè)發(fā)射區(qū)域的天線方向圖的步驟具體為根據(jù)計(jì)算精度將智能天線的覆蓋區(qū)域劃分為一個(gè)以上的發(fā)射區(qū)域，并根據(jù)智能天線的對(duì)稱性，從上述發(fā)射區(qū)域中選出至少一個(gè)參考區(qū)域，測量出所選的參考區(qū)域中所有角度的天線增益，形成該參考區(qū)域的天線方向圖，并按照對(duì)稱性確定出上述發(fā)射區(qū)域中除參考區(qū)域之外的其它區(qū)域的天線方向圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將天線方向圖記錄在數(shù)據(jù)文件中的步驟具體為在數(shù)據(jù)文件中為每個(gè)天線方向圖設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)；每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)順序記錄對(duì)應(yīng)天線方向圖的所有角度的天線增益，或者將對(duì)應(yīng)天線方向圖的最大增益記錄在數(shù)據(jù)項(xiàng)的首位，再從最大增益所在的角度開始順序存儲(chǔ)其它角度的天線增益。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率信息為上行發(fā)射功率時(shí)，計(jì)算功率信息的步驟具體為根據(jù)接入用戶所處的發(fā)射區(qū)域，從天線方向圖中查找到該發(fā)射區(qū)域的最大增益，并在所述接入用戶的實(shí)際發(fā)射功率中增加該最大增益，獲得該接入用戶的上行發(fā)射功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率信息為下行發(fā)射功率時(shí)，計(jì)算功率信息的步驟具體為根據(jù)接入用戶所處的發(fā)射區(qū)域，從天線方向圖中查找到該發(fā)射區(qū)域的最大增益，并在服務(wù)基站對(duì)所述接入用戶的實(shí)際發(fā)射功率中增加該最大增益，從而獲得該接入用戶的下行發(fā)射功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率信息為干擾功率時(shí)，計(jì)算功率信息的步驟具體為根據(jù)接入用戶所處的發(fā)射區(qū)域，查找到該發(fā)射區(qū)域的天線方向圖，從中獲取與干擾信號(hào)的角度對(duì)應(yīng)的天線增益，并在干擾信號(hào)的實(shí)際干擾功率中增加該天線增益，從而獲得該干擾信號(hào)產(chǎn)生的干擾功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述干擾功率為上行干擾功率或下行干擾功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能天線的類型包括圓形陣、線形陣和弧形陣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種TD－SCDMA系統(tǒng)仿真中智能天線的實(shí)現(xiàn)方法。該方法的過程包括根據(jù)智能天線的類型劃分發(fā)射區(qū)域，設(shè)置每個(gè)發(fā)射區(qū)域的天線方向圖并逐一記錄在數(shù)據(jù)文件中；根據(jù)接入用戶的角度位置，確定該接入用戶所在的發(fā)射區(qū)域，從數(shù)據(jù)文件中讀取該發(fā)射區(qū)域的天線方向圖，計(jì)算所述TD－SCDMA系統(tǒng)的功率信息。本發(fā)明的這種方法通過劃分發(fā)射區(qū)域?qū)χ悄芴炀€進(jìn)行建模，并利用建模獲得的天線增益仿真出TD－SCDMA系統(tǒng)中的智能天線，故仿真結(jié)果準(zhǔn)確、可信，并且使用簡單，適用于各種類型的智能天線，能很好地提高仿真效率和計(jì)算速度。
文檔編號(hào)H04B7/04GK101087163SQ20061008316
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者胡煒, 陳慶濤 申請(qǐng)人:普天信息技術(shù)研究院