專利名稱：波束賦形的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，更確切地說是涉及多天線陣列的波東賦形方法 與裝置。
背景技術(shù)：
移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于用戶通常分布在各個(gè)方向，加之無線移動(dòng)信道的多 徑效應(yīng)，有用信號(hào)存在一定的空間分布。其一，當(dāng)基站接收信號(hào)時(shí)，來自各個(gè) 用戶的有用信號(hào)到達(dá)基站的方向可能不同，且信號(hào)與其到達(dá)角度之間存在復(fù)雜
的依賴關(guān)系；其二，當(dāng)基站發(fā)射信號(hào)時(shí)，可被用戶有效接收的也只是部分的信 號(hào)?？紤]到這一因素，調(diào)整天線方向圖使其能實(shí)現(xiàn)指向性的接收與發(fā)射是很自 然的想法，這也就是波束賦形概念的最初來源。波束賦形的目標(biāo)是根據(jù)系統(tǒng)性 能指標(biāo)，形成對(duì)基帶(中頻)信號(hào)的最佳組合或者分配。智能天線通過波東賦 形，將主波束對(duì)準(zhǔn)期望用戶進(jìn)行收發(fā)，提高了接收端功率。智能天線也可以根 據(jù)干擾信號(hào)的空間特征，通過各天線單元的加權(quán)系數(shù)調(diào)整將陣列天線方向圖的 零陷對(duì)準(zhǔn)干擾用戶，這樣可以降低來自或發(fā)射至干擾用戶的信號(hào)功率。在小區(qū) 邊緣，由于波束賦形提高了接收端的接收功率，所以小區(qū)覆蓋的范圍得到了擴(kuò) 展。
一般來說，波束賦形的準(zhǔn)則包括最大功率準(zhǔn)則和最大載干比準(zhǔn)則，基于功 率準(zhǔn)則的波束賦形算法得到的加權(quán)系數(shù)使得接收端的接收功率最大。然而，由 于實(shí)現(xiàn)算法的不同，可以得到全局的最優(yōu)解也可以得到局部的最優(yōu)解。例如， 假設(shè)N個(gè)天線單元的智能天線接收的多天線信號(hào)矢量是x二[XpXy，Xw
波東賦形加權(quán)系數(shù)矢量是w二「Wp"^,…,v^]，則賦形之后接收信號(hào)為<formula>formula see original document page 7</formula>(1)
賦形之后接收信號(hào)功率為:
<formula>formula see original document page 7</formula>(2)
其中，(*)*表示復(fù)數(shù)或復(fù)數(shù)矢量的共軛，一f表示矢量或矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，一f 表示矢量或矩陣的轉(zhuǎn)置?；谧畲蠊β实臏?zhǔn)則的目標(biāo)是尋找一個(gè)加權(quán)矢量使得
公式(2)達(dá)到最大值<formula>formula see original document page 7</formula>
(3)
上式的含義是w一是使得^M:取最大值的w。由矩陣的相關(guān)知識(shí)可以
w
知道，使公式(2)最大的w的解是唯一的，即矩陣Rw的最大特征值對(duì)應(yīng)的特 征向量。這種波東賦形方法一般叫做特征波束賦形方法，該方法可以得到全局 最優(yōu)解。
簡(jiǎn)化的波束賦形方法是在一個(gè)預(yù)設(shè)的加權(quán)矢量集合中找一個(gè)使公式(2)達(dá) 到最大值的加權(quán)矢量，例如，將間隔一定角度的陣列響應(yīng)矢量作為預(yù)設(shè)加權(quán)矢 量集合，將待掃描的空間按一定間隔取角度，<formula>formula see original document page 7</formula>假設(shè)各個(gè)方
向的陣列響應(yīng)矢量為<formula>formula see original document page 7</formula>；這里，對(duì)于均勻線陣a(p):
,其中<formula>formula see original document page 7</formula>,其中^為來波入射方向同天
線陣列連線之間的夾角，^為天線相鄰單元間距離，以米為單位，C為光速，& 表示天線單元個(gè)數(shù)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，由陣列響應(yīng)矢量表示某一
方向發(fā)射的電磁信號(hào)在天線陣上的相對(duì)相位值是熟知的；那么用該陣列響應(yīng)矢 量做賦形接收得到的接收信號(hào)功率可以表示為
公式(3)和公式(5)是智能天線波束賦形的兩種基本方法。分別稱為特 征波東賦形和固定波東賦形。公式(5)是常用的簡(jiǎn)化波東賦形方法，相比公式 (3)的全局最優(yōu)解，公式(5)的局部最優(yōu)解實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，能夠適應(yīng)信道的快速 變化。
公式(5)的波束賦形方法實(shí)際上基于對(duì)空間來波的方向估計(jì)進(jìn)行的，基本 假設(shè)是空間信道的方向是單一的或者近似單一的。然而在實(shí)際多徑環(huán)境中，信 道的空間特性很復(fù)雜，在城巿微小區(qū)或復(fù)雜城區(qū)環(huán)境中，角度擴(kuò)散很大，多徑 環(huán)境復(fù)雜，因此對(duì)單方向的接收/發(fā)射波束賦形勢(shì)必造成對(duì)其他方向多徑信號(hào)的 抑制，因此造成賦形增益的下降。

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波束賦形的方法與裝置，針對(duì) 每一有效多徑方向均進(jìn)行波束賦形，能提高用戶終端的信號(hào)接收質(zhì)量。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種波東賦形的方法，包括
A、 對(duì)天線陣列接收的用戶終端信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，并計(jì)算所接收信號(hào)的 空間協(xié)方差矩陣，根據(jù)空間協(xié)方差矩陣確定所接收信號(hào)的空間功率譜的所有極 大值；
B、 根據(jù)空間功率譜的極大值確定出用戶終端的各個(gè)有效來波方向；
于是可以找到使上式最大的角度，即
C、以所確定的各個(gè)有效來波方向?yàn)椴|賦形方向?qū)Πl(fā)射至用戶終端的信 號(hào)進(jìn)行波東賦形。
其中，步驟B包括
以空間功率譜極大值中最大的為基準(zhǔn)設(shè)定閾值，空間功率譜極大值中大于 閾值的極大值對(duì)應(yīng)的來波方向?yàn)橛行У膩聿ǚ较颉?br> 其中，步驟B還包括
對(duì)各個(gè)有效來波方向按入射角度大小進(jìn)行排序，在確定相鄰來波方向之間 角度差小于設(shè)定閾值時(shí)選取其中一個(gè)來波方向作為有效的來波方向。 其中，步驟C還包括
以每個(gè)有效來波方向的功率為基礎(chǔ)分別確定加權(quán)系數(shù)，作為每個(gè)有效來波 方向信號(hào)波東賦形時(shí)的發(fā)射功率加權(quán)系數(shù)。 一種波束賦形的方法，包括
a、 對(duì)天線陣列接收的用戶終端信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，并計(jì)算所接收信號(hào)的空 間協(xié)方差矩陣及其特征值；
b、 根據(jù)空間協(xié)方差矩陣的特征值確定出用戶終端的各個(gè)有效來波方向；
c、 以所確定的各個(gè)有效來波方向?yàn)椴ㄊx形方向?qū)Πl(fā)射至用戶終端的信號(hào) 進(jìn)行波束賦形。
其中，步驟b包括
以空間協(xié)方差矩陣特征值中最大的特征值為基準(zhǔn)設(shè)定閾值，大于閩值的特 征值對(duì)應(yīng)的來波方向?yàn)橛行У膩聿ǚ较颉?其中，步驟b還包括
對(duì)空間協(xié)方差矩陣的特征值按大小進(jìn)行降序排列，根據(jù)赤池信息準(zhǔn)則或最 小描述長(zhǎng)度準(zhǔn)則對(duì)有效信號(hào)源個(gè)數(shù)N進(jìn)行估計(jì)，前N個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的來波方向 為有效的來波方向。
其中，步驟c還包括
以每個(gè)有效來波方向的功率為基礎(chǔ)分別確定加權(quán)系數(shù)，作為每個(gè)有效來波 方向信號(hào)波束賦形時(shí)的發(fā)射功率加權(quán)系數(shù)。
一種波東賦形的裝置，包括
信道估計(jì)單元，用于對(duì)天線陣列接收的用戶終端信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)；
空間協(xié)方差矩陣計(jì)算單元，用于根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果計(jì)算所接收信號(hào)的空間
協(xié)方差矩陣；
空間功率譜極大值確定單元，用于根據(jù)空間協(xié)方差矩陣計(jì)算其空間功率譜 并確定空間功率譜的所有極大值；
用戶終端有效來波方向確定單元，用于根據(jù)空間功率譜的極大值確定出用 戶終端的各個(gè)有效來波方向；以及
波束賦形單元，用于以所確定的有效來波方向?yàn)椴ㄊx形方向?qū)Πl(fā)射至用 戶終端的信號(hào)進(jìn)行波束賦形。
其中，所述用戶終端有效來波方向確定單元包括
極大值閾值設(shè)定模塊，用于以所述空間功率譜極大值確定單元確定的極大 值中最大的為基準(zhǔn)設(shè)定閾值；
極大值有效來波方向確定模塊，用于將空間功率譜極大值大于閾值的極大 值對(duì)應(yīng)的來波方向作為有效的來波方向。
其中，所述用戶終端有效來波方向確定單元還包括
有效來波入射角度排序模塊，用于對(duì)所述用戶終端來波方向確定模塊所確 定的有效來波方向按入射角度大小進(jìn)行排序；
相鄰來波方向選擇模塊，用于在確定相鄰來波方向之間角度差小于設(shè)定閾 值時(shí)選取其中 一個(gè)來波方向作為有效的來波方向。
其中，所述波束賦形單元包括
加權(quán)系數(shù)確定模塊，用于以每個(gè)有效來波方向的功率為基礎(chǔ)分別確定加權(quán) 系數(shù)；
波東賦形模塊，用于將所述加權(quán)系數(shù)確定模塊確定的加權(quán)系數(shù)作為每個(gè)有 效來波方向信號(hào)波東賦形時(shí)的發(fā)射功率加權(quán)系數(shù)。 一種波東賦形的裝置，包括
信道估計(jì)單元，用于對(duì)天線陣列接收的用戶終端信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)；
空間協(xié)方差矩陣計(jì)算單元，用于根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果計(jì)算所接收信號(hào)的空間 協(xié)方差矩陣；
空間協(xié)方差矩陣特征值計(jì)算單元，用于根據(jù)空間協(xié)方差矩陣計(jì)算其特征值;
用戶終端有效來波方向確定單元，用于根據(jù)空間協(xié)方差矩陣特征值確定出
用戶終端的各個(gè)有效來波方向；以及
波束賦形單元，用于以所確定的有效來波方向?yàn)椴|賦形方向?qū)Πl(fā)射至用 戶終端的信號(hào)進(jìn)行波東賦形。
其中，所述用戶終端有效來波方向確定單元包括
特征值閾值設(shè)定模塊，用于以空間協(xié)方差矩陣特征值中最大的特征值為基 準(zhǔn)設(shè)定閾值；
特征值有效來波方向確定模塊，用于將大于閾值的特征值對(duì)應(yīng)的來波方向 作為有效的來波方向。
其中，所述用戶終端有效來波方向確定單元包括
特征值排序模塊，用于對(duì)空間協(xié)方差矩陣的特征值按大小進(jìn)行降序排列；
有效信號(hào)源估計(jì)模塊，用于根據(jù)赤池信息準(zhǔn)則或最小描述長(zhǎng)度準(zhǔn)則估計(jì)出 有效的信號(hào)源個(gè)數(shù)N;
信號(hào)源有效來波方向確定模塊，用于將前N個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的來波方向作為 有效的來波方向。
其中，所述波束賦形單元包括
加權(quán)系數(shù)確定模塊，用于以每個(gè)有效來波方向的功率為基礎(chǔ)分別確定加權(quán) 系數(shù)；
波東賦形模塊，用于將所述加權(quán)系數(shù)確定模塊確定的加權(quán)系數(shù)作為每個(gè)有 效來波方向信號(hào)波束賦形時(shí)的發(fā)射功率加權(quán)系數(shù)。
本發(fā)明通過對(duì)空間信道的估計(jì)來確定用戶終端發(fā)射信號(hào)經(jīng)多徑信道后到達(dá) 接收端的多徑向信號(hào)的方向，并判斷這些徑向的信號(hào)功率是否達(dá)到設(shè)定閾值， 達(dá)到設(shè)定閾值的確定為有效信號(hào)，發(fā)射下行信號(hào)時(shí)在這些有效信號(hào)的徑向進(jìn)行 波束賦形，從而實(shí)現(xiàn)多波束波東賦形。針對(duì)不同功率的接收信號(hào)，賦形時(shí)利用
其功率作為加權(quán)系數(shù)對(duì)賦形信號(hào)進(jìn)行再次賦形，可充分利用來波信號(hào)較佳信道 進(jìn)行信號(hào)傳輸。本發(fā)明提高了用戶終端信號(hào)接收質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明波束賦形裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1結(jié)構(gòu)中用戶終端有效來波方向確定單元的組成結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明波束賦形裝置的另 一組成結(jié)構(gòu)示意圖4為圖3結(jié)構(gòu)中用戶終端有效來波方向確定單元的組成結(jié)構(gòu)示意圖5為圖3結(jié)構(gòu)中用戶終端有效來波方向確定單元的另一成結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明波東賦形單元組成結(jié)構(gòu)示意圖7為本發(fā)明波束賦形方法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的核心思想是通過對(duì)空間信道的估計(jì)來確定用戶終端發(fā)射的多徑 向信號(hào)，并進(jìn)一步判斷哪些信號(hào)是有效的信號(hào)，根據(jù)確定的有效信號(hào)在這些有 效的信號(hào)徑向進(jìn)行波束賦形，從而保證用戶終端信號(hào)接收質(zhì)量。以下結(jié)合附圖 對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1為本發(fā)明波束賦形裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本發(fā)明波東 賦形裝置包括有信道估計(jì)單元10、空間協(xié)方差矩陣計(jì)算單元11、空間功率譜極 大值確定單元12、用戶終端有效來波方向確定單元13和波束賦形單元14,其 中，信道估計(jì)單元IO用于對(duì)天線陣列接收的用戶終端信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，得到 各天線信道估計(jì)結(jié)果。也即對(duì)上行信道進(jìn)行估計(jì)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解，實(shí)現(xiàn)上行信道估計(jì)是很容易實(shí)現(xiàn)的，如時(shí)分同步碼分多址(TD-SCDMA) 系統(tǒng)中，中間碼作為導(dǎo)頻信號(hào)，可利用中間碼作為信道估計(jì)信號(hào)并用于時(shí)間同 步檢測(cè)和調(diào)整。根據(jù)每個(gè)用戶終端特有的中間碼位移進(jìn)行天線陣列上信道沖激 響應(yīng)的估計(jì)，得到對(duì)應(yīng)于各個(gè)天線的信道估計(jì)結(jié)果?？臻g協(xié)方差矩陣計(jì)算單元 11用于根據(jù)各天線上信道估計(jì)結(jié)果計(jì)算所接收信號(hào)的空間協(xié)方差矩陣。假設(shè)信
道估計(jì)單元10估計(jì)出的信道沖激響應(yīng)為H,則根據(jù)用戶終端的信道沖激響應(yīng)
可以獲得用戶終端的空間協(xié)方差矩陣分別為Rw二五(HH^j,其中，五—}表示 取隨機(jī)變量的均值，(r^表示對(duì)矩陣的共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算。空間功率譜極大值確定
單元12用于根據(jù)空間協(xié)方差矩陣確定所接收信號(hào)的空間功率譜的所有極大值。 公式(4)給出了離散的空間功率譜的形式，其連續(xù)功率譜的形式為
/ 0):aO,R為) (6) 公式(6)中a(^)表示來波方向^在天線陣列上的陣列響應(yīng)矢量。根據(jù)估計(jì)出 的Rn計(jì)算aO,R^aO)的所有極大值，具體可依背景技術(shù)部分按一定間隔取
角度的方式來計(jì)算，這里不再贅述。
用戶終端有效來波方向確定單元13用于根據(jù)空間功率譜的極大值確定出 用戶終端的來波方向。本發(fā)明中，信號(hào)的空間功率譜大于設(shè)定閾值時(shí)其對(duì)應(yīng)的 信號(hào)徑向才認(rèn)為是有效的徑向，才會(huì)在對(duì)應(yīng)的徑向進(jìn)行波束賦形。也即信號(hào)功 率達(dá)到一定值的才認(rèn)為是有效信號(hào)，其余信號(hào)為干擾信號(hào)。本發(fā)明僅對(duì)有效信 號(hào)方向發(fā)射信號(hào)并賦形。
波東賦形單元14用于以所確定的來波方向?yàn)椴|賦形方向?qū)Πl(fā)射至用戶 終端的信號(hào)進(jìn)行波束賦形。
圖2為圖1結(jié)構(gòu)中用戶終端有效來波方向確定單元的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如 圖2所示，本發(fā)明用戶終端有效來波方向確定單元13包括極大值閾值設(shè)定模塊 130、極大值有效來波方向確定模塊131、有效來波入射角度排序模塊132和相 鄰來波方向選擇模塊133，其中，極大值閾值設(shè)定模塊130用于以空間功率譜 極大值確定單元12所確定的極大值中最大的為基準(zhǔn)設(shè)定閾值。極大值有效來波 方向確定模塊131用于將空間功率譜極大值中大于閾值的極大值對(duì)應(yīng)的來波方 向作為有效的來波方向。假設(shè)空間功率譜的極大值有丄。個(gè)，并確定極大值中的
最大的一個(gè)，極大值不低于最大值的空間功率譜對(duì)應(yīng)的信號(hào)方向算作有效多徑 方向，則有效多徑的集合為<formula>formula see original document page 14</formula> (7)
公式(7)表示所有極大值中，空間功率譜不低于最大值一定值r (dB)的空 間功率譜信號(hào)方向算作有效多徑方向，其數(shù)量為L(zhǎng)。本發(fā)明可有效濾除掉干擾 來波，保證賦形信號(hào)可傳輸?shù)接脩艚K端。
有效來波入射角度排序模塊132用于對(duì)用戶終端來波方向確定模塊131確 定有效來波方向按入射角度大小進(jìn)行排序。也即對(duì)上述的L有效來波按其入射 角度進(jìn)行排序。相鄰來波方向選擇模塊133用于在確定相鄰來波方向之間角度 差小于設(shè)定閾值時(shí)選取其中一個(gè)來波方向作為有效的來波方向。該角度差閾值 與天線陣列形式、陣列參數(shù)以及天線單元特性有關(guān)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而設(shè)定。通過 入射角度相關(guān)性判斷，可避免相鄰賦形波束之間的相位干擾，進(jìn)一步提升賦形 效果，從而提升用戶終端接收質(zhì)量。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，極大值閾值設(shè)定模塊130和極大值有效來 波方向確定模塊131即可實(shí)現(xiàn)有效來波的確認(rèn)，增設(shè)有效來波入射角度排序模 塊132和相鄰來波方向選擇模塊133可更準(zhǔn)確地確認(rèn)有效來波。
圖3為本發(fā)明波東賦形裝置的另一組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，本示例 波東賦形裝置與圖2所示的結(jié)構(gòu)相比，僅用空間協(xié)方差矩陣特征值計(jì)算單元15 替代了空間功率譜極大值確定單元12,其余各單元的結(jié)構(gòu)及功能均與圖2所示 相同?？臻g協(xié)方差矩陣特征值計(jì)算單元15用于根據(jù)空間協(xié)方差矩陣計(jì)算其特征 值。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)矩陣計(jì)算其特征值是公知技術(shù)。
圖4為圖3結(jié)構(gòu)中用戶終端有效來波方向確定單元的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如 圖4所示，本示例用戶終端有效來波方向確定單元13包括特征值閾值設(shè)定模塊 134和特征值有效來波方向確定模塊135，其中，特征值閾值設(shè)定模塊134用于 以空間協(xié)方差矩陣特征值中最大的特征值為基準(zhǔn)設(shè)定閾值。特征值有效來波方 向確定模塊135用于將大于閾值的特征值對(duì)應(yīng)的來波方向作為有效的來波方 向。用戶終端的來波只有在達(dá)到一定的功率才認(rèn)為是有效來波，對(duì)于功率較小的來波，可以認(rèn)為是一種干擾信號(hào)。本發(fā)明的來波方式包括直射、反射、繞射 等方式。用戶終端有效來波方向確定單元13即可確定有效的來波方向，以在這 些方向上進(jìn)行波東賦形。本發(fā)明可有效濾除掉干擾來波，保證所賦形的信號(hào)可 傳輸?shù)接脩艚K端，從而提升用戶終端接收信號(hào)質(zhì)量。
圖5為圖3結(jié)構(gòu)中用戶終端有效來波方向確定單元的另一成結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖5所示，本示例用戶終端有效來波方向確定單元13包括特征值排序模塊 136、有效信號(hào)源估計(jì)模塊137和信號(hào)源有效來波方向確定模塊138,其中，特 征值排序模塊136用于對(duì)空間協(xié)方差矩陣及其特征值計(jì)算單元11計(jì)算出的空間 協(xié)方差矩陣的特征值按大小進(jìn)行降序排列。有效信號(hào)源估計(jì)模塊137用于根據(jù) 赤池信息準(zhǔn)則(AIC， Akaike Information Criterion)或最小描述長(zhǎng)度(MDL, Minimum Description Length)準(zhǔn)則估計(jì)出有效的信號(hào)源個(gè)數(shù)N。利用AIC和 MDL準(zhǔn)則計(jì)算有效信號(hào)源的方法可參見Wax, M.和Kailath, T.的Detection of
signals by information theoretic criteria ( IEEE Trans.Acoust. Speech Signal
Process., 33, 387-392, 1985.)。信號(hào)源有效來波方向確定模塊138用于將前N 個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的來波方向作為有效的來波方向。圖2、圖3、圖4所示的用戶終 端有效來波方向確定單元13的結(jié)構(gòu)雖不相同，但均可實(shí)現(xiàn)有效來波的確認(rèn)。
圖6為本發(fā)明波束賦形單元組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，本發(fā)明的波束 賦形單元包括加權(quán)系數(shù)確定模塊50和波束賦形模塊51,其中，加權(quán)系數(shù)確定 模塊50用于以每個(gè)有效來波的功率為基礎(chǔ)分別確定加權(quán)系數(shù)。加權(quán)系數(shù)確定模 塊50主要是確定有效來波方向上進(jìn)行波東賦形時(shí)所賦形信號(hào)的發(fā)射功率。如有 效來波方向利用的是空間譜方法，則對(duì)于滿足公式(7)的有效來波方向集合中 L個(gè)方向，其加權(quán)系數(shù)為
這樣得到對(duì)應(yīng)于集合中L個(gè)方向的賦形權(quán)矢量分別為:<formula>formula see original document page 16</formula>總的賦形系數(shù)為
<formula>formula see original document page 16</formula> (9)
如有效來波方向是利用特征值方法確定的，有效來波方向個(gè)數(shù)仍然為L(zhǎng), 其對(duì)應(yīng)的L個(gè)特征值為A,/ = 1，2，...，I,其對(duì)應(yīng)的L個(gè)歸一化特征向量為 U,,/ = 1,2,...,丄，則對(duì)應(yīng)于各個(gè)方向的加權(quán)系數(shù)為
<formula>formula see original document page 16</formula>
這樣得到對(duì)應(yīng)于L個(gè)方向的賦形權(quán)矢量分別為:
<formula>formula see original document page 16</formula>
(11)
(12)
總的賦形系數(shù)為:
<formula>formula see original document page 16</formula>
(13)
波東賦形模塊51用于將所述加權(quán)系數(shù)確定模塊確定的加權(quán)系數(shù)作為每個(gè) 有效來波方向信號(hào)波東賦形時(shí)的發(fā)射功率加權(quán)系數(shù)。利用公式(10)或者(13) 中的賦形系數(shù)w進(jìn)行賦形，可在每個(gè)有效來波方向都形成一個(gè)波東，即以每個(gè) 有效來波方向?yàn)椴|賦形方向?qū)Πl(fā)射至用戶終端的信號(hào)進(jìn)行波東賦形，從而達(dá) 到多波束賦形的目的，這里在每個(gè)有效來波方向形成的波束還進(jìn)行了功率加權(quán)， 通過功率加權(quán)系數(shù)可優(yōu)先保證傳輸效果較佳的有效徑向傳輸信號(hào)的傳輸功率， 充分利用效果較佳的信號(hào)徑向。
圖7為本發(fā)明波束賦形方法流程示意圖，如圖7所示，本發(fā)明波東賦形方
法包括以下步驟
步驟701:對(duì)天線陣列接收的用戶終端信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，得到天線陣列 中各天線的信道估計(jì)結(jié)果，并計(jì)算所接收信號(hào)的空間協(xié)方差矩陣。信道估計(jì)、 空間協(xié)方差矩陣的計(jì)算方式可參見前述波東賦形裝置部分的描述。
步驟702:根據(jù)空間協(xié)方差矩陣確定所接收信號(hào)的空間功率譜的所有極大 值，或計(jì)算所接收信號(hào)空間協(xié)方差矩陣的特征值?？臻g功率譜的計(jì)算方式可參 見公式(6),可依背景技術(shù)部分按一定間隔取角度的方式來計(jì)算其極大值。本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，計(jì)算矩陣的特征值是公知技術(shù)。
步驟703:根據(jù)空間功率譜的極大值或空間協(xié)方差矩陣的特征值確定出用 戶終端的來波方向。該步驟主要確定出天線陣列接收的信號(hào)中哪些是有效的來 波，哪些是干擾信號(hào)。具體可參見前述波東賦形裝置部分的描述。
步驟704:以步驟703所確定的來波方向?yàn)椴|賦形方向?qū)Πl(fā)射至用戶終 端的信號(hào)進(jìn)行波東賦形。為了使用戶終端接收的信號(hào)質(zhì)量更高，本步驟通過計(jì) 算出的來波信號(hào)功率作為加權(quán)系數(shù)來對(duì)待賦形波束進(jìn)行加權(quán)賦形，以優(yōu)先保證 傳輸效果較佳徑向的信號(hào)的發(fā)射功率，從而保證用戶終端接收信號(hào)質(zhì)量。具體 可參見前述波東賦形裝置部分的描述。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種波束賦形的方法，其特征在于，該方法包括A、根據(jù)接收的用戶終端信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，并計(jì)算所接收信號(hào)的空間協(xié)方差矩陣，根據(jù)空間協(xié)方差矩陣確定所接收信號(hào)的空間功率譜的所有極大值；B、根據(jù)空間功率譜的極大值確定出用戶終端的各個(gè)有效來波方向；C、以所確定的各個(gè)有效來波方向?yàn)椴ㄊx形方向?qū)Πl(fā)射至用戶終端的信號(hào)進(jìn)行波束賦形。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的波束賦形的方法，其特征在于，步驟B包括以空間功率譜極大值中最大的為基準(zhǔn)設(shè)定閾值，空間功率譜極大值中大于 閾值的極大值對(duì)應(yīng)的來波方向?yàn)橛行У膩聿ǚ较颉?br> 3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的波東賦形的方法，其特征在于，步驟B還包括 對(duì)各個(gè)有效來波方向按入射角度大小進(jìn)行排序，在確定相鄰來波方向之間角度差小于設(shè)定閾值時(shí)選取其中一個(gè)來波方向作為有效的來波方向。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的波東賦形的方法，其特征在于，步 驟C還包括以每個(gè)有效來波方向的功率為基礎(chǔ)分別確定加權(quán)系數(shù)，作為每個(gè)有效來波 方向信號(hào)波東賦形時(shí)的發(fā)射功率加權(quán)系數(shù)。
5、 一種波束賦形的方法，其特征在于，該方法包括a、 根據(jù)接收的用戶終端信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，并計(jì)算所接收信號(hào)的空間協(xié)方 差矩陣及其特征值；b、 根據(jù)空間協(xié)方差矩陣的特征值確定出用戶終端的各個(gè)有效來波方向；c、 以所確定的各個(gè)有效來波方向?yàn)椴ㄊx形方向?qū)Πl(fā)射至用戶終端的信號(hào) 進(jìn)行波束賦形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的波束賦形的方法，其特征在于，步驟b包括以空間協(xié)方差矩陣特征值中最大的特征值為基準(zhǔn)設(shè)定閾值，大于閾值的特 征值對(duì)應(yīng)的來波方向?yàn)橛行У膩聿ǚ较颉?br> 7 .根據(jù)權(quán)利要求5所述的波東賦形的方法，其特征在于，步驟b包括 對(duì)空間協(xié)方差矩陣的特征值按大小進(jìn)行降序排列，根據(jù)赤池信息準(zhǔn)則或最小描述長(zhǎng)度準(zhǔn)則對(duì)有效信號(hào)源個(gè)數(shù)N進(jìn)行估計(jì)，前N個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的來波方向 為有效的來波方向。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的波東賦形的方法，其特征在于，步 驟c還包括以每個(gè)有效來波方向的功率為基礎(chǔ)分別確定加權(quán)系數(shù)，作為每個(gè)有效來波 方向信號(hào)波東賦形時(shí)的發(fā)射功率加權(quán)系數(shù)。
9、 一種波束賦形的裝置，其特征在于，該裝置包括 信道估計(jì)單元，用于對(duì)天線陣列接收的用戶終端信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)；空間協(xié)方差矩陣計(jì)算單元，用于根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果計(jì)算所接收信號(hào)的空間 協(xié)方差矩陣；空間功率譜極大值確定單元，用于根據(jù)空間協(xié)方差矩陣計(jì)算其空間功率譜 并確定空間功率譜的所有極大值；用戶終端有效來波方向確定單元，用于根據(jù)空間功率譜的極大值確定出用 戶終端的各個(gè)有效來波方向；以及波束賦形單元，用于以所確定的有效來波方向?yàn)椴ㄊx形方向?qū)Πl(fā)射至用 戶終端的信號(hào)進(jìn)行波束賦形。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的波束賦形的裝置，其特征在于，所述用戶終端 有效來波方向確定單元包括極大值閾值設(shè)定模塊，用于以所述空間功率譜極大值確定單元確定的極大 值中最大的為基準(zhǔn)設(shè)定閾值；'極大值有效來波方向確定模塊，用于將空間功率譜極大值大于閾值的極大 值對(duì)應(yīng)的來波方向作為有效的來波方向。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的波束賦形的裝置，其特征在于，所述用戶終端 有效來波方向確定單元還包括有效來波入射角度排序模塊，用于對(duì)所述用戶終端來波方向確定模塊所確 定的有效來波方向按入射角度大小進(jìn)行排序；相鄰來波方向選擇模塊，用于在確定相鄰來波方向之間角度差小于設(shè)定閾 值時(shí)選取其中 一個(gè)來波方向作為有效的來波方向。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的波東賦形的裝置，其特征在于，所述波束賦形單元包括加權(quán)系數(shù)確定模塊，用于以每個(gè)有效來波方向的功率為基礎(chǔ)分別確定加權(quán)系數(shù)；波東賦形模塊，用于將所述加權(quán)系數(shù)確定模塊確定的加權(quán)系數(shù)作為每個(gè)有 效來波方向信號(hào)波東賦形時(shí)的發(fā)射功率加權(quán)系數(shù)。
13、 一種波束賦形的裝置，其特征在于，該裝置包括 信道估計(jì)單元，用于對(duì)天線陣列接收的用戶終端信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)；空間協(xié)方差矩陣計(jì)算單元，用于根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果計(jì)算所接收信號(hào)的空間協(xié)方差矩陣；空間協(xié)方差矩陣特征值計(jì)算單元，用于根據(jù)空間協(xié)方差矩陣計(jì)算其特征值； 用戶終端有效來波方向確定單元，用于根據(jù)空間協(xié)方差矩陣特征值確定出用戶終端的各個(gè)有效來波方向；以及波東賦形單元，用于以所確定的有效來波方向?yàn)椴ㄊx形方向?qū)Πl(fā)射至用戶終端的信號(hào)進(jìn)行波東賦形。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的波東賦形的裝置，其特征在于，所述用戶終端有效來波方向確定單元包括特征值閾值設(shè)定模塊，用于以空間協(xié)方差矩陣特征值中最大的特征值為基 準(zhǔn)設(shè)定閾值；特征值有效來波方向確定模塊，用于將大于閾值的特征值對(duì)應(yīng)的來波方向 作為有效的來波方向。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的波束賦形的裝置，其特征在于，所述用戶終端 有效來波方向確定單元包括特征值排序模塊，用于對(duì)空間協(xié)方差矩陣的特征值按大小進(jìn)行降序排列；有效信號(hào)源估計(jì)模塊，用于根據(jù)赤池信息準(zhǔn)則或最小描述長(zhǎng)度準(zhǔn)則估計(jì)出有效的信號(hào)源個(gè)數(shù)N;信號(hào)源有效來波方向確定模塊，用于將前N個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的來波方向作為 有效的來波方向。
16、根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的波東賦形的裝置，其特征在于， 所述波東賦形單元包括加權(quán)系數(shù)確定模塊，用于以每個(gè)有效來波方向的功率為基礎(chǔ)分別確定加權(quán) 系數(shù)；波束賦形模塊，用于將所述加權(quán)系數(shù)確定模塊確定的加權(quán)系數(shù)作為每個(gè)有 效來波方向信號(hào)波東賦形時(shí)的發(fā)射功率加權(quán)系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種波束賦形的方法，涉及波束賦形技術(shù)，為解決當(dāng)前波束賦形多徑環(huán)境下效果不佳而提出，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括A.對(duì)天線陣列接收的用戶信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，并計(jì)算所接收信號(hào)的空間協(xié)方差矩陣及其所有特征值，或根據(jù)空間協(xié)方差矩陣確定所接收信號(hào)的空間功率譜的所有極大值；B.根據(jù)空間功率譜的極大值或空間協(xié)方差矩陣的特征值確定出用戶信號(hào)的所有來波方向；C.以所確定的一個(gè)或多個(gè)來波方向?yàn)椴ㄊx形方向?qū)Πl(fā)射至用戶終端的信號(hào)進(jìn)行波束賦形。本發(fā)明同時(shí)公開了一種實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。本發(fā)明針對(duì)每一有效多徑方向均進(jìn)行波束賦形，能提高用戶終端的信號(hào)接收質(zhì)量，更好的應(yīng)對(duì)多徑環(huán)境的變化。
文檔編號(hào)H04B7/04GK101359946SQ20071011971
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者吳柯維, 孫長(zhǎng)果 申請(qǐng)人:大唐移動(dòng)通信設(shè)備有限公司