專利名稱：下行波束賦形發(fā)射方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信領域，更具體地涉及一種下^于波束J3武形發(fā)射方 法及裝置。
背景技術：
智能天線源自軍用天線陣列。通過對陣列中各天線的輸入輸出 信號進行合理加權，智能天線可以實現(xiàn)信號的波束賦形4妄收和波束 賦形發(fā)送，減少不同信號之間的干擾，提高接收端的信干比，降低 發(fā)送端的發(fā)射功率。智能天線波束賦形的算法有很多，基本可歸結 為通過對接收信號傳播的空域信道進行估計來獲得此信號的波束賦 形接收權值和波束賦形發(fā)送權值。
智能天線在民用無線通信系統(tǒng)中正受到越來越多的重視。在第
三代移動通信的三大標準中，寬帶碼分多址(WCDMA)、碼分多址 (CDMA) 2000將智能天線作為備選技術，而時分同步碼分多址 (TD-SCDMA )則將其作為了必選才支術。由于時分乂又工和5ms子幀 結構的特點，TD-SCDMA的上下行信道在一個子幀內具有互易性， 配置有智能天線的基站通過對終端上行信號空域信道的估計，例如 波達方向(Direction of Arrival,簡稱DOA)的估計，可以獲4尋對終 端進行上行信號波束賦形接收的權值和下行信號波束賦形發(fā)送的權 值，即采用上行信號空間方向的估計值作為上行信號波束賦形接收 方向和下4于信號波束l武形發(fā)送方向的依才居。智能天線波束賦形的波束寬度，通常以"3dB波束寬度，，來定 義。例如，M根天線組成的等距線陣，其3dB波束寬度為
Mc/ ( 1 )
其中，B是波束帶寬，單位為弧度(rad), A是信號載波波長，"
是相鄰天線的間距， 一般設為^2, 〃是屬于[口]之間的常數(shù)， 一般 取1.5。公式(1 )中的波束寬度是此等距線陣的最小3dB波束寬度， 也就是此等距線陣波束的最小分辨率。在此基礎上，如果對陣列中 各天線再作合適的加權，還可以獲得更大3dB波束寬度的波束賦形。 針對某種智能天線，例如8天線的等距線陣，通過算法搜索，可以 獲得產(chǎn)生多種特定3dB波束寬度的權值，將這些權值應用到此智能 天線上后，就可以獲得相應3dB波束寬度的波束賦形了 。在通常的 智能天線的實現(xiàn)和應用中，波束]3武形的波束寬度就是/>式(1 )中的 3dB波束寬度。
在無線通信系統(tǒng)，特別是移動通信系統(tǒng)(例如TD-SCDMA )中， 無線環(huán)境中的噪聲、干擾信號、信號自身的多徑效應、以及終端移 動引起的信號衰落變化和多普勒頻移等，都可能引起基站對接收信 號空域信道估計出現(xiàn)偏差，出現(xiàn)估計值波動^^艮大的現(xiàn)象。如果估計 出現(xiàn)偏差，將會直接導致波束賦形接收和發(fā)送方向的錯誤。如果估 計值波動很大，則表示空域信道變化也很快，由于基站對上行信號 空域信道的估計所獲得的下行信號賦形發(fā)送權值，要經(jīng)過一段時延 后才能應用于下行波束賦形發(fā)送，很可能這時候信號的空域信道已 經(jīng)發(fā)生較大變化了，所以也可能導致波束賦形發(fā)送方向的錯誤。在 這些情況下，波束賦形不但不能提高相應信號接收端的增益，還會 對其他信號的接收端帶來干擾。

發(fā)明內容
鑒于以上所述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種下行波束 賦形發(fā)射方法及裝置。
沖艮據(jù)本發(fā)明的下行波束賦形發(fā)射方法，包括以下步驟S202, 獲取處理周期時間#爻內的智能天線上4亍空域信道的多個估計值； S204，才艮據(jù)上行空域信道的多個估計值獲取上行空域信道的變化量； S206，根據(jù)上行空域信道的變化量選擇波束寬度；以及S208,以所 選擇的波束寬度進行下行波束賦形發(fā)射。
根據(jù)本發(fā)明的下行波束賦形發(fā)射裝置，包括估計值獲取單元， 用于獲取處理周期時間段內的智能天線上行空域信道的多個估計 值；變化量獲取單元，用于根據(jù)上行空域信道的多個估計值獲取上 行空域信道的變化量；波束寬度選擇單元，用于根據(jù)上行空域信道 的變化量選擇波束寬度；以及波束賦形發(fā)射單元，用于以所選擇的 波束寬度進行下行波束賦形發(fā)射。
本發(fā)明通過充分利用和挖掘智能天線對接收信號空域信道估計 中的信息，作出對信號傳輸環(huán)境質量的判斷，自適應地調節(jié)信號波 束賦形發(fā)送的波束寬度，使得智能天線在復雜多變的環(huán)境下可以更 有效地保障接收端信號的質量。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申
請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并 不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖1是4艮據(jù)本發(fā)明實施例的下行波束賦形發(fā)射裝置的框圖；以
及
圖2是4艮據(jù)本發(fā)明實施例的下4亍波束賦形發(fā)射方法的流程圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，通過根據(jù)空域信道估計(例如DOA估計)的變 化情況，判斷信號無線環(huán)境的質量，自適應地調整波束寬度，來保 證波束賦形的準確性和有效性，從而提高在復雜變化環(huán)境下的通信質量。
為了減小波束賦形方向錯誤對信號接收端的影響，可以采取兩 種方法 一是預測出波束賦形發(fā)送時刻的信號準確方向，以此來修 正波束賦形發(fā)送的方向，^旦是在環(huán)境變化復雜的情況下，預測也4艮 難能保證準確性。二是將波束賦形發(fā)送的波束寬度增大，以此來覆 蓋更大的范圍，即接收端可以在更大的范圍里以更大的概率接收到 發(fā)射端發(fā)送的信號，以減小因波束賦形發(fā)送方向錯誤導致接收信號 質量突變式的惡化。雖然波束寬度增大會將一定的發(fā)送功率分散到 更大的覆蓋范圍內，并會降低賦形增益，但是相對于完全偏離接收 端方向的錯誤波束賦形來說，增大波束寬度的方法能更穩(wěn)妥地保證 復雜環(huán)境下的通信質量，并能為通信質量的恢復創(chuàng)造條件。另外， 雖然某個信號的波束變寬有可能對周圍其他信號的接收端產(chǎn)生一定 的干擾，但是由于波束變寬，信號功率發(fā)散，加上本發(fā)明中波束寬 度能夠自適應的調整，所以可以有效地控制干擾。為了盡量保證目 標信號的賦形增益和控制對其他信號的干擾，本發(fā)明中對信號波束 寬度的增大設定了嚴格的觸發(fā)條件，通過合理的算法來判斷和確定 增大波束寬度的必要時4幾，類似地，對于通信質量已恢復的情況， 算法會自適應地減小波束寬度。在本發(fā)明中，在智能天線啟動工作后，基站連續(xù)存儲智能天線
對終端上4亍信號空域信道的估計值(例如上4亍信號的DOA估計)， 每隔時間T，提取出存儲器里最近時間段72內的數(shù)據(jù)序列，對此序列 運用下文中所述的算法，求解出一個可衡量估計值波動大小和快慢 的判斷值，然后，將此值與一組預先設定、從小到大排列的門限序 列進行比較，確定其存在于哪個門限之中，再才艮據(jù)此門限選擇對應 的波束寬度。
其中，門限越大，對應的波束寬度越寬，因為判斷值越大，表 明信號空域信道變化越厲害，基站對上行信號的空域信道估計越可 能出現(xiàn)偏差，而根據(jù)上行信號空域信道估計獲得的下行波束賦形發(fā) 送權值，在經(jīng)過一段時延后應用于下行波束賦形發(fā)送，也越可能是 錯誤的，所以，下行波束賦形的波束寬度應該設置的更大些。
最小門限對應智能天線的最小3dB波束寬度，即具有最小分辨 率波束的3dB波束寬度，而最大門限對應智能天線支持的最大波束 寬度。下行波束賦形的波束寬度將周期性的根據(jù)下述算法的判斷值 進4亍調整，而下^f于波束i 武形發(fā)送的方向仍然參考上4于估計的方向， 不作預測修正。
下面參考附圖，詳細"i兌明本發(fā)明的具體實施方式
。
參考圖1，說明根據(jù)本發(fā)明實施例的下行波束賦形發(fā)射裝置。 如圖l所示，該下4于波束賦形發(fā)射裝置包4舌估計值獲取單元102, 用于獲取處理周期時間段內的智能天線上行空域信道的多個估計 值；變化量獲耳又單元104，用于根據(jù)上行空域信道的多個估計值獲 取上行空域信道的變化量；波束寬度選擇單元106，用于根據(jù)上行 空域信道的變化量選擇波束寬度；以及波束賦形發(fā)射單元108,用 于以所選擇的波束寬度進行下行波束賦形發(fā)射。
其中，波束寬度選擇單元106包括門限區(qū)域判斷單元1062， 用于通過將上行空域信道的變化量與 一組預先設定好的門限值進行比較，來判斷上行空域信道的變化量所在的門限區(qū)域；波束寬度確 定單元1064,用于根據(jù)上行空域信道的變化量所在的門限區(qū)域選擇
波束寬度。
其中，變化量獲取單元通過下式之一來獲取上行空域信道的變
化量^ = ~^y&-* ， 其中，《=C / = l,U-1 ,
1 W-l
-l臺'
TV
」vr
1
Far
1 「
其中 ， 5,=U， ,、1，2,…,iV-1 、
=~^&(《-」w)2 ，其中，* =丄|>,。 l)(臺、'' 7V臺'
其中，預先設定好的門限值的個數(shù)與智能天線的可用波束寬度 有關。才艮據(jù)本發(fā)明實施例的下行波束賦形發(fā)射裝置可以用于時分同 步碼分多址移動通信系統(tǒng)。在這種情況下，特定時間段的長度是5ms 的整倍數(shù)。預先設定好的門限值中的最小門限值對應的波束寬度為 智能天線的最小3dB波束寬度，即具有最小分辨率波束的3dB波束 寬度。預先設定好的門限值中的最大門限值對應的波束寬度為智能 天線支持的最大波束寬度。
參考圖2，說明才艮據(jù)本發(fā)明實施例的下行波束貝武形發(fā)射方法。 如圖2所示，該下行波束賦形發(fā)射方法包括以下步驟
S202，智能天線啟動工作后，基站連續(xù)存儲智能天線上行空域 信道的估計值，每隔T，提取出最近存儲時間段T2內的數(shù)據(jù)序列，例
如，￡> 6/2,...《]， 〃由丁2決定。
S204，利用以下方法求;得一個判斷〗直，用于選擇相應的波束寬
度方法一，求出步驟S202獲取的序列的差值序列5-[H' 其中，《=《+1-《，/"，2，…，w-1,然后求出此差值序列的方差，作為
_ 1 W-1卜 _、2 _ 1 W-1 —
^r=—, X '—^vr) 力w=—《
判斷值，其中，i臺是差值序列的均值。
方法二，求出步驟S202獲取的序列的絕對差值序列
D^[^j2,…"-,],其中，",|， '、1,2，…，W —1 ，然后,夂出jj;匕絕只于差
1
1 '=i
值序列的均值作為判斷值w
方法三，對步驟S202獲取的序列求方差，作為判斷值
Far =-JX (c/, - v4w)2 = — y1《■
w_iVtr,其中， ^臺是原始序列的均值。
S206,將步驟S204中獲得的判斷值與一組預先設定好的門限 值進行比較，確定判斷值處于哪兩個門限值內(S2062)，然后4艮據(jù) 判斷值所處門限區(qū)域選擇相應的波束寬度(S2064 )。
S208,以步驟S206獲耳又的波束寬度進行下行波束賦形發(fā)射。
其中，步驟S204中得出的判斷值都可以表4正空域信道的變化， 其值的范圍與空域信道的估計值有關。假設空域信道估計是DOA
估計，那么對于線陣形式的智能天線，其估計的DOA范圍是2 2 , 判斷值的單位也是弧度，其值大小代表DOA估計的變化情況。
其中，門限序列的取值個數(shù)與基站智能天線的可用波束寬度的 個數(shù)相關，門限序列的取值大小與基站智能天線的可用波束寬度的
大小相關。假如通過算法搜索，基站智能天線獲得可支持5種(^ 、 B" B、 B4、 B0波束寬度的波束賦形權值，且B'〈B2〈B3〈B4〈B5，那么門限序列可以設置為4個值的序列h，&，^ ],其中^,-B,， &=B2 ， &=B3 ， =B4 。假設空域信道估計變化的判斷值為c ，則當c ^
時波束寬度取B', ^"^2時波束寬度取B2， ^"^3時波束寬度取 B3, ^<"&時波束寬度取84,。力4時波束寬度取Bs。 ^fg如基站智
能天線有更多可用的波束寬度，則門限序列可類似地設置為更多的 值，當然，也可采取其他的門限設置方法以及門限和波束寬度的對
應方法o
其中，上述方法中的各項參數(shù)(例如步驟S202中的調整周期T'，
處理周期TO可以才艮據(jù)實際系統(tǒng)實現(xiàn)、無線環(huán)境的變化以及步驟 S204中所用方法的不同而變化。對于TD-SCDMA，其最小幀結構 時間為5ms,即5ms時間內基站智能天線可以獲得一個空域Z(言道的 估計值，所以應設置T'和^為5ms的整數(shù)倍，例如，1=5柳，
綜上所述，本發(fā)明通過充分利用和挖掘智能天線對接收信號空 域信道估計中的信息，作出對信號傳輸環(huán)境質量的判斷，自適應地 調節(jié)信號波束賦形發(fā)送的波束寬度，使得智能天線在復雜多變的環(huán) 境下可以更有效地保障4妻收端信號的質量。
以上所述〗叉為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對 于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本 發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均 應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內。
權利要求
1.一種下行波束賦形發(fā)射方法，其特征在于，包括以下步驟S202，獲取處理周期時間段內的智能天線上行空域信道的多個估計值；S204，根據(jù)所述上行空域信道的多個估計值獲取所述上行空域信道的變化量；S206，根據(jù)所述上行空域信道的變化量選擇波束寬度；以及S208，以所選擇的波束寬度進行下行波束賦形發(fā)射。
2. 根據(jù)權利要求1所述的下行波束賦形發(fā)射方法，其特征在于， 所述步驟S206包括以下步驟S2062，通過將所述上行空域信道的變化量與一組預先設 定好的門限值進行比較，來判斷所述上行空域信道的變化量所 在的門限區(qū)i或；S2064，根據(jù)所述上行空域信道的變化量所在的門限區(qū)域 選擇所述波束寬度。
3. 根據(jù)權利要求2所述的下行波束賦形發(fā)射方法，其特征在于， 通過下式之 一 獲取所述上行空域信道的變化量<formula>formula see original document page 3</formula> ， 其 中 <formula>formula see original document page 3</formula>
4. 根據(jù)權利要求3所述的下行波束賦形發(fā)射方法，其特征在于， 所述預先設定好的門限值的個數(shù)與所述智能天線的可用波束 寬度有關。
5. 根據(jù)權利要求4所述的下行波束賦形發(fā)射方法，其特征在于， 所述處理周期時間段的長度是5ms的整倍數(shù)。
6. 根據(jù)權利要求5所述的下行波束賦形發(fā)射方法，其特征在于， 所述預先設定好的門限值中的最小門限值對應的波束寬度為 智能天線的最小3dB波束寬度，所述預先設定好的門限值中的 最大門限值對應的波束寬度為所述智能天線支持的最大波束寬度。
7. —種下行波束賦形發(fā)射裝置，其特征在于，包括估計值獲取單元，用于獲取處理周期時間段內的智能天線 上^f亍空域信道的多個估計值；變化量獲取單元，用于根據(jù)所述上行空域信道的多個估計 值獲取所述上行空域信道的變化量；波束寬度選擇單元，用于根據(jù)所述上行空域信道的變化量 選擇波束寬度；以及波束賦形發(fā)射單元，用于以所選擇的波束寬度進行下行波 束貝武形發(fā)射。
8. 根據(jù)權利要求7所述的下行波束賦形發(fā)射裝置，其特征在于， 所述波束寬度選擇單元包括門限區(qū)域判斷單元，用于通過將所述上行空域信道的變化 量與一組預先設定好的門限值進行比較，來判斷所述上行空域信道的變化量所在的門限區(qū)域；波束寬度確定單元，用于根據(jù)將所述上行空域信道的變化 量所在的門限區(qū)域選擇所述波束寬度。
9. 根據(jù)權利要求8所述的下行波束賦形發(fā)射裝置，其特征在于， 所述變化量獲取單元通過下式之一獲耳又所述上4亍空域信道的變化量^ = ;^^厲(^-^)2 ，其中，"l,2，…，W一l，<formula>formula see original document page 4</formula>
10. 根據(jù)權利要求9所述的下行波束賦形發(fā)射裝置，其特征在于， 所述預先設定好的門限值的個數(shù)與所述智能天線的可用波束 寬度有關。
11. 根據(jù)權利要求10所述的下行波束賦形發(fā)射裝置，其特征在于， 所述處理周期時間,殳的長度是5ms的整倍凄史。
12. 根據(jù)權利要求11所述的下行波束賦形發(fā)射裝置，其特征在于， 所述預先設定好的門限值中的最小門限值對應的波束寬度為 智能天線的最小3dB波束寬度，所述預先設定好的門限值中的 最大門限值對應的波束寬度為所述智能天線支持的最大波束寬度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種下行波束賦形發(fā)射方法及裝置。其中，該下行波束賦形發(fā)射方法包括以下步驟S202，獲取處理周期時間段內的智能天線上行空域信道的多個估計值；S204，根據(jù)上行空域信道的多個估計值獲取上行空域信道的變化量；S206，根據(jù)上行空域信道的變化量選擇波束寬度；以及S208，以所選擇的波束寬度進行下行波束賦形發(fā)射。通過本發(fā)明，可以更有效地保障接收端信號的質量。
文檔編號H04B7/06GK101321008SQ20071010864
公開日2008年12月10日 申請日期2007年6月7日 優(yōu)先權日2007年6月7日
發(fā)明者劉學斌, 馬毅華 申請人:中興通訊股份有限公司