專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于通道校正的分布式天線陣列波束形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分布式天線陣列的波束形成方法，特別涉及一種基于通道 校正的分布式天線陣列波束形成方法。
背景技術(shù)：
在無(wú)線通信系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)陣列通道接收和發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行幅相加權(quán)， 可以控制天線波束的方向和形狀，以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定用戶(hù)的定向發(fā)射和接收，從 而提高系統(tǒng)容量、改善接收信號(hào)信噪比、在保證相同通信質(zhì)量的情況下降低 發(fā)射功率、擴(kuò)展系統(tǒng)的覆蓋范圍，同時(shí)，將發(fā)射能量匯聚于某個(gè)特定方向還 提高了通信系統(tǒng)的安全性。當(dāng)全向天線在空間上隔開(kāi)一定的距離放置時(shí)，每個(gè)天線輻射場(chǎng)的相位是 有差異的。這種相位差導(dǎo)致了輻射場(chǎng)在不同的方向上有著不同的強(qiáng)度，它們 或疊加增強(qiáng)或相互抵消減弱。因此，導(dǎo)致了合成的輻射場(chǎng)是有方向性的。這 樣，通過(guò)改變每個(gè)天線發(fā)射信號(hào)的相位，便可以實(shí)現(xiàn)波束形成。當(dāng)一個(gè)發(fā)射機(jī)具有多個(gè)天線時(shí)，發(fā)射機(jī)通過(guò)控制信號(hào)到達(dá)每個(gè)天線時(shí)的 信號(hào)相位來(lái)實(shí)現(xiàn)定向波束，由于整個(gè)過(guò)程都是在同一個(gè)發(fā)射機(jī)內(nèi)本地進(jìn)行， 因此頻率同步、相位同步問(wèn)題相對(duì)簡(jiǎn)單。然而，在許多場(chǎng)合下，如無(wú)線傳感 器網(wǎng)絡(luò)，由于功耗、體積等因素的限制，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)只具有單天線結(jié)構(gòu)， 但波束形成的需求在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的需求仍然十分旺盛，例如需要小型 飛機(jī)收集傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，飛機(jī)與節(jié)點(diǎn)間的通信距離可能會(huì)大于所有節(jié)點(diǎn) 的覆蓋范圍；或者由于飛機(jī)或炮彈布撒的原因，某些傳感器節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離其它節(jié) 點(diǎn)而成為孤立節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)將無(wú)法上傳給基站(數(shù)據(jù)收集點(diǎn))。在這些情況下，如果利用多個(gè)單天線節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)"虛擬"天線陣，通過(guò)波束形 成使得主波束指向數(shù)據(jù)收集點(diǎn)，通信覆蓋距離增加，從而解決上述問(wèn)題。由 于多個(gè)單天線發(fā)射機(jī)相互協(xié)作形成一個(gè)"虛擬"天線陣實(shí)現(xiàn)波束形成，并且 它們各自有著自己的本地振蕩器，相互之間沒(méi)有直接相連，因此稱(chēng)其為分布 式天線陣列。在發(fā)射總功率相等的條件下，M陣元的波束形成比M陣元的基于空時(shí)編 碼的發(fā)射分集能夠多帶來(lái)10bg,。M必的增益。另一方面，若維持單個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率不變，M陣元的波束形成將比單天線多出201og，。M必的增益。在單 個(gè)節(jié)點(diǎn)通信距離無(wú)法覆蓋遠(yuǎn)處的數(shù)據(jù)收集節(jié)點(diǎn)時(shí)，分布式節(jié)點(diǎn)間通過(guò)相干協(xié) 作實(shí)現(xiàn)波束形成的通信方式將比單節(jié)點(diǎn)多跳通信有著無(wú)法替代的明顯優(yōu)勢(shì)。目前有眾多專(zhuān)利文獻(xiàn)涉及天線陣列的校正方法。如1997年5月21日公 開(kāi)的中國(guó)專(zhuān)利CN 1150499A，標(biāo)題為"天線陣列校正"。2007年4月24日公 開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利US 7,209,078，標(biāo)題為"Antenna array calibration (天線 陣列校正)"。然而這些專(zhuān)利都是針對(duì)于傳統(tǒng)的集中式天線陣列，即各天線有 著同一個(gè)本振源，各收發(fā)通道之間通過(guò)有線方式連接到校正模塊，并不適用 于由單天線收發(fā)機(jī)組成的"虛擬"天線陣列。在2007年5月IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS, VOL. 6, NO. 5上發(fā)表的題為"On the Feasibility of Distributed Beamforming in Wireless Networks"的文章中提出了一種分布式天線陣列的波束形成方 法，但該方法中假設(shè)了收發(fā)通道是對(duì)稱(chēng)的，具有互易性，并且沒(méi)有考慮各節(jié) 點(diǎn)收發(fā)通道之間的誤差。然而在實(shí)際中這種通道間的誤差是確實(shí)存在的，首 先由于信號(hào)在接收和發(fā)送過(guò)程中本身并不是沿同一路徑進(jìn)行處理，因此收發(fā) 通道間會(huì)存在誤差，其次由于通道放大器的相位/增益隨溫度變化有差異，變 頻器件的老化、濾波器時(shí)延及其幅頻/相頻特性失真等引起的頻率響應(yīng)不一致 等都會(huì)使得各節(jié)點(diǎn)的接收(或發(fā)送)通道之間存在誤差。當(dāng)通道誤差存在時(shí)， 該文獻(xiàn)中所述方法不能夠校準(zhǔn)這些誤差，經(jīng)過(guò)校正后的節(jié)點(diǎn)間并不能保證其相位的同步性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種基于通道校正的分布式陣列天線的波束成形 方法，改善分布式陣列天線通信的質(zhì)量，同時(shí)克服現(xiàn)有方法對(duì)于存在通道誤 差時(shí)從節(jié)點(diǎn)間相位不能正確同步的問(wèn)題。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如 下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種基于通道校正的分布式天線陣列的波束形成方法，包括下述步驟a) .首先構(gòu)建一個(gè)"虛擬"天線簇，簇內(nèi)各節(jié)點(diǎn)之間采用一種主從結(jié)構(gòu)， 即包括一個(gè)主節(jié)點(diǎn)M和N個(gè)從節(jié)點(diǎn)，由主節(jié)點(diǎn)M控制從節(jié)點(diǎn)Si與遠(yuǎn)方的無(wú)線 基站BS通信，其中S為簇內(nèi)的任一從節(jié)點(diǎn)，i^、 2、……、N;b) .按照預(yù)設(shè)的收發(fā)時(shí)隙，主節(jié)點(diǎn)M向所有從節(jié)點(diǎn)發(fā)射參考信號(hào)，各從 節(jié)點(diǎn)Sh……、Sw同時(shí)接收該參考信號(hào)，并將其輸入給各自的基帶鎖相環(huán)， 當(dāng)鎖相環(huán)穩(wěn)定后，鎖相環(huán)輸出信號(hào)與輸入?yún)⒖夹盘?hào)相位相同，即鎖相環(huán)在基 帶恢復(fù)了參考信號(hào)；c) .主節(jié)點(diǎn)M設(shè)為接收狀態(tài)，所有從節(jié)點(diǎn)維持鎖相環(huán)繼續(xù)產(chǎn)生基帶參考 信號(hào)，并通過(guò)反饋的方式，按預(yù)設(shè)的收發(fā)時(shí)隙依次將各自鎖相環(huán)輸出的基帶 參考信號(hào)發(fā)回主節(jié)點(diǎn)M;主節(jié)點(diǎn)M根據(jù)自身的參考信號(hào)和各從節(jié)點(diǎn)發(fā)回的參 考信號(hào)計(jì)算得出相應(yīng)的校正因子，并將校正因子存儲(chǔ)；d) .當(dāng)主節(jié)點(diǎn)M獲得所有從節(jié)點(diǎn)的校正因子后，主節(jié)點(diǎn)M按預(yù)設(shè)的收發(fā) 時(shí)隙以數(shù)據(jù)廣播的形式將所有從節(jié)點(diǎn)的校正因子廣播給所有從節(jié)點(diǎn)，各從節(jié) 點(diǎn)從數(shù)據(jù)廣播中提取各自的校正因子；e) .所有從節(jié)點(diǎn)維持鎖相環(huán)繼續(xù)產(chǎn)生基帶參考信號(hào)，并按預(yù)設(shè)的收發(fā)時(shí) 隙通過(guò)接收由基站BS發(fā)出的參考信號(hào)，利用公知的信道估計(jì)算法對(duì)基站BS 與各從節(jié)點(diǎn)間的信道進(jìn)行估計(jì)并補(bǔ)償；f) .在信道補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，各個(gè)從節(jié)點(diǎn)再利用d)步驟中得到的校正因子，對(duì)待發(fā)信號(hào)相位進(jìn)行校正后按預(yù)設(shè)的收發(fā)時(shí)隙發(fā)射；簇內(nèi)所有從節(jié)點(diǎn)發(fā) 射的信號(hào)到達(dá)基站BS后同相疊加，"虛擬"天線簇在基站BS方向上形成波束。上述方案中，所述預(yù)設(shè)的收發(fā)時(shí)隙，其具體劃分為 一個(gè)完整周期包括時(shí)隙l、時(shí)隙2、......、時(shí)隙N、時(shí)隙N+1、時(shí)隙N+2，其中時(shí)隙1到時(shí)隙N的每個(gè)時(shí)隙又可以劃分為兩個(gè)子時(shí)隙時(shí)隙i.l和時(shí)隙i.2， i=l……N，時(shí) 隙N+2也分為兩個(gè)子時(shí)隙時(shí)隙(N+2). l和時(shí)隙(N+2).2;子時(shí)隙i. l和(N+2). 1 所對(duì)應(yīng)的時(shí)隙長(zhǎng)度為T(mén)1;子時(shí)隙i.2和(N+2).2所對(duì)應(yīng)的時(shí)隙長(zhǎng)度為的T2; 時(shí)隙N+1所對(duì)應(yīng)的時(shí)隙長(zhǎng)度為T(mén)3;在時(shí)隙1到時(shí)隙N中，Tl為主節(jié)點(diǎn)M向各 從節(jié)點(diǎn)發(fā)射參考信號(hào)的時(shí)間，T2為各從節(jié)點(diǎn)傳回參考信號(hào)的時(shí)間；在時(shí)隙N+1 中，T3為主節(jié)點(diǎn)廣播校正因子的時(shí)間；在時(shí)隙N+2中，對(duì)應(yīng)子時(shí)隙(N+2).1 的T1為基站向各從節(jié)點(diǎn)發(fā)射參考信號(hào)的時(shí)間，并且各從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道估計(jì)和 補(bǔ)償；對(duì)應(yīng)子時(shí)隙(N+2). 2的T2為各從節(jié)點(diǎn)對(duì)基站進(jìn)行波束形成。所述步驟c)中，所述主節(jié)點(diǎn)M根據(jù)自身的參考信號(hào)和各從節(jié)點(diǎn)發(fā)回的 參考信號(hào)計(jì)算得出相應(yīng)的校正因子，其具體過(guò)程包括由于從節(jié)點(diǎn)Sj鎖相環(huán) 輸出參考信號(hào)的相位為--,，經(jīng)過(guò)上變頻以及發(fā)射通道后變?yōu)?-《 -《,-《,，該信號(hào)經(jīng)從節(jié)點(diǎn)Si與主節(jié)點(diǎn)M間的信道到達(dá)主節(jié)點(diǎn)M時(shí)的相位 變化為-2《即主從節(jié)點(diǎn)間的相位誤差；主節(jié)點(diǎn)M通過(guò)比較本地參考 信號(hào)和從節(jié)點(diǎn)Si發(fā)回參考信號(hào)的相位誤差，通過(guò)校正因子計(jì)算模塊得到對(duì)于 從節(jié)點(diǎn)Si的校正因子；主節(jié)點(diǎn)M分別對(duì)各個(gè)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上述處理過(guò)程，直到 處理完所有從節(jié)點(diǎn)。所述步驟f)中，簇內(nèi)各從節(jié)點(diǎn)利用校正因子對(duì)待發(fā)信號(hào)相位進(jìn)行校正，其過(guò)程包括簇內(nèi)各從節(jié)點(diǎn)在補(bǔ)償與基站BS間信道的基礎(chǔ)上，再利用各自的校正因子對(duì)待發(fā)IQ信號(hào)進(jìn)行加權(quán)產(chǎn)生新的IQ信號(hào)，其相位調(diào)整了《。本發(fā)明方法所帶來(lái)的有益效果是由于各節(jié)點(diǎn)的發(fā)射信號(hào)到基站處載波相位一致，即使得各個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)在BS端同相疊加，因此在BS所在 方向上形成波束，達(dá)到分布式的波束形成，從而提高信噪比或達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康?。在發(fā)射維持單個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率不變的條件下，N個(gè)陣元的波束形成將 比單天線多出20bg,。N必的增益。因此，波束形成在不增大每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功 率的情況下增大了通信距離。除了擴(kuò)展通信的覆蓋范圍，采用本發(fā)明方法還可以改善接收信號(hào)的信噪 比，在保證相同通信質(zhì)量的情況下可以降低發(fā)射功率。同時(shí)，將發(fā)射能量匯 聚于某個(gè)特定方向還提高了通信系統(tǒng)的安全性。更為重要的是，在某些特定場(chǎng)合，由于節(jié)點(diǎn)能耗和體積等限制，單個(gè)節(jié) 點(diǎn)采用多天線是不現(xiàn)實(shí)的。在單天線節(jié)點(diǎn)通信距離無(wú)法覆蓋遠(yuǎn)處的數(shù)據(jù)收集 節(jié)點(diǎn)時(shí)，分布式節(jié)點(diǎn)間通過(guò)相干協(xié)作實(shí)現(xiàn)波束形成的通信方式將比單節(jié)點(diǎn)多 跳通信有著無(wú)法替代的明顯優(yōu)勢(shì)。


圖1為本發(fā)明本地節(jié)點(diǎn)構(gòu)成虛擬天線陣列與基站通信系統(tǒng)示意圖。圖中 BS、基站；M、主節(jié)點(diǎn)；S"簇內(nèi)的任一從節(jié)點(diǎn)；i = l、 2、……、N。圖2為圖1中的主、從節(jié)點(diǎn)的功能結(jié)構(gòu)框圖。其中圖2 (a)為主節(jié)點(diǎn) 功能結(jié)構(gòu)框圖，圖2 (b)為從節(jié)點(diǎn)功能結(jié)構(gòu)框圖；圖3為圖1通信系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)初始相位關(guān)系。圖4為圖1通信系統(tǒng)的收發(fā)時(shí)隙劃分。圖5為圖1通信系統(tǒng)中從節(jié)點(diǎn)Si的收發(fā)相位誤差及校正相位。其中圖5 (a)為從節(jié)點(diǎn)S'將主節(jié)點(diǎn)M發(fā)來(lái)參考信號(hào)下變頻后所得到基帶參考信號(hào)的 相位，即鎖相環(huán)輸出信號(hào)相位；圖5(b)為主節(jié)點(diǎn)M收到從節(jié)點(diǎn)Si發(fā)回信號(hào) 的相位，即相位誤差《.；圖5 (c)為從節(jié)點(diǎn)Si將基站BS發(fā)來(lái)參考信號(hào)下變 頻后所得到基帶參考信號(hào)的相位；圖5 (d)為從節(jié)點(diǎn)Si對(duì)信道進(jìn)行補(bǔ)償，并 利用校正因子校正通道誤差后發(fā)射信號(hào)的相位。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)應(yīng)用為例來(lái)說(shuō)明 本發(fā)明的實(shí)施方式。參考圖1，本發(fā)明包括一簇能量受限的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)基站BS， 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站BS也被稱(chēng)作數(shù)據(jù)收集節(jié)點(diǎn)。由于隨機(jī)布撒等原因，會(huì)出 現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)和基站BS的通信距離較遠(yuǎn)，單個(gè)節(jié)點(diǎn)通信范圍無(wú)法覆蓋到基站 BS的情況，因此簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)間可以通過(guò)采用分布式的波束形成方式，將波束對(duì) 準(zhǔn)數(shù)據(jù)收集點(diǎn)，達(dá)到遠(yuǎn)距離通信的目的。首先構(gòu)建一個(gè)"虛擬"天線陣列(天 線簇)，簇內(nèi)各節(jié)點(diǎn)之間采用一種主從結(jié)構(gòu)，即包括一個(gè)主節(jié)點(diǎn)M和N個(gè)從節(jié) 點(diǎn)，由主節(jié)點(diǎn)M控制從節(jié)點(diǎn)Si、 S2、……Si、……、SN與遠(yuǎn)方的無(wú)線基站BS 通信，其中Si為簇內(nèi)的任一從節(jié)點(diǎn)，i^、 2、……、N;傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各傳 感器相當(dāng)于各從節(jié)點(diǎn)S^、 S2、……S" 、 SN。如圖2(a)所示，主節(jié)點(diǎn)的功能結(jié)構(gòu)包括兩大部分，即基帶和射頻部分。 基帶部分包括校正因子計(jì)算模塊，通過(guò)比較本地參考信號(hào)和接收到從節(jié)點(diǎn) 發(fā)回的參考信號(hào)得出校正因子；存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)各從節(jié)點(diǎn)的校正因子；編 碼調(diào)制成幀模塊，用于對(duì)校正因子進(jìn)行編碼調(diào)制等過(guò)程并將其轉(zhuǎn)換為基帶IQ 信號(hào)。參考信號(hào)模塊，用于生成持續(xù)的參考信號(hào)。選擇器，用于在不同的時(shí) 隙選擇不同的發(fā)射信號(hào)。射頻部分包括天線；射頻開(kāi)關(guān)，用于切換收發(fā)狀 態(tài)；接收通道，用于將天線接收信號(hào)放大、濾波并將信號(hào)連接至下變頻模塊。 發(fā)射通道，用于將射頻信號(hào)放大后輸出給天線發(fā)射。射頻本振、90°相移模 塊、上/下變頻模塊，用于完成信號(hào)的頻譜搬移。如圖2(b)所示，各從節(jié)點(diǎn)的功能結(jié)構(gòu)包括兩大部分，即基帶和射頻部分。 基帶部分包括鎖相環(huán)，用于產(chǎn)生本地參考信號(hào)；校正因子提取模塊，用于 從主節(jié)點(diǎn)廣播的所有從節(jié)點(diǎn)校正因子中提取本從節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的校正因子；相位 調(diào)整模塊，根據(jù)相位校正因子對(duì)發(fā)射信號(hào)相位進(jìn)行調(diào)整；信道估計(jì)與補(bǔ)償模塊，用于信道估計(jì)和補(bǔ)償；選擇器l、 2，用于在不同的時(shí)隙選擇不同的信號(hào) 輸入輸出方向；從節(jié)點(diǎn)射頻部分與主節(jié)點(diǎn)射頻部分相同。系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)初始相位關(guān)系如圖3所示。不失一般性，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明， 設(shè)節(jié)點(diǎn)的相位狀態(tài)為主節(jié)點(diǎn)M的載波相位為零。cKl、……、cK為從節(jié) 點(diǎn)射頻本振的初始相位；9 k e,、……、0 、為主節(jié)點(diǎn)M到從節(jié)點(diǎn)Si信道 的相位誤差；0,.,, 9,2、……、9rN為從節(jié)點(diǎn)Si接收通道的相位誤差；6u、e仏……、e^為從節(jié)點(diǎn)Si發(fā)射通道的相位誤差；^、 &、……、^為 基站BS到從節(jié)點(diǎn)Si信道的相位誤差。主從節(jié)點(diǎn)以及基站間采取時(shí)分復(fù)用的雙工模式進(jìn)行通信，它們之間收發(fā)時(shí)隙的劃分如圖4所示。其中，Tl為主節(jié)點(diǎn)或基站發(fā)射參考信號(hào)的時(shí)間，T2 為從節(jié)點(diǎn)傳回參考信號(hào)或從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行波束形成的時(shí)間，T3為主節(jié)點(diǎn)廣播校正 因子的時(shí)間。時(shí)隙1到時(shí)隙N進(jìn)行從節(jié)點(diǎn)的相位校正因子的計(jì)算。其中每個(gè) 時(shí)隙又可以劃分為兩個(gè)子時(shí)隙，稱(chēng)為時(shí)隙i.l和時(shí)隙i.2， (i二l，2…,N)。時(shí) 隙N+1，主節(jié)點(diǎn)將各從節(jié)點(diǎn)的相位校正因子廣播給各從節(jié)點(diǎn)。時(shí)隙N+2為從 節(jié)點(diǎn)與基站通信時(shí)隙，該時(shí)隙又可分成兩個(gè)子時(shí)隙，分別稱(chēng)為時(shí)隙(N+2).1 和時(shí)隙(N+2).2。在時(shí)隙(N+2).1中，基站發(fā)射參考信號(hào)，各從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道 估計(jì)，并對(duì)信道進(jìn)行補(bǔ)償。在時(shí)隙(N+2).2中，各從節(jié)點(diǎn)對(duì)基站進(jìn)行波束形 成。具體包括以下步驟在時(shí)隙i. 1,主節(jié)點(diǎn)M向所有從節(jié)點(diǎn)發(fā)射參考信號(hào)，各從節(jié)點(diǎn)Si、……、 SN同時(shí)接收該參考信號(hào)，并將接收到的參考信號(hào)下變頻為基帶參考信號(hào)。由 于各從節(jié)點(diǎn)到主節(jié)點(diǎn)M的信道相位延遲、各從節(jié)點(diǎn)接收通道相位延遲以及各 從節(jié)點(diǎn)射頻本振初始相位均不相同，因此，各從節(jié)點(diǎn)得到的基帶參考信號(hào)相 位也不相同。具體的說(shuō)，設(shè)《為主節(jié)點(diǎn)M與從節(jié)點(diǎn)S,間信道相位誤差，《,為 從節(jié)點(diǎn)Si接收通道的相位誤差，卩,為從節(jié)點(diǎn)Si射頻本振初始相位，則從節(jié)點(diǎn)Si 的基帶參考信號(hào)相位為-《-《,-^ 。從節(jié)點(diǎn)Si將該基帶參考信號(hào)輸入到其鎖相環(huán)，當(dāng)鎖相環(huán)穩(wěn)定后，鎖相環(huán)輸出信號(hào)與輸入的基帶參考信號(hào)相位相同，如圖5(a)所示。在時(shí)隙i.2，從節(jié)點(diǎn)Si通過(guò)反饋的方式，將其鎖相環(huán)輸出的基帶參考信 號(hào)發(fā)回主節(jié)點(diǎn)M。由于從節(jié)點(diǎn)Si鎖相環(huán)輸出參考信號(hào)的相位為-《-《,--,，經(jīng) 過(guò)上變頻以及發(fā)射通道后變?yōu)?e0 ,,- 0 u。該信號(hào)經(jīng)從節(jié)點(diǎn)Si與主節(jié)點(diǎn)M間的信道到達(dá)主節(jié)點(diǎn)M時(shí)的相位變化為-2 e 「 ee tl，參見(jiàn)圖5(b) 。 -2 0 ,-6r,-e(,即主節(jié)點(diǎn)M與從節(jié)點(diǎn)Si間的相位誤差。主節(jié)點(diǎn)M根據(jù)自身的參考信 號(hào)和從節(jié)點(diǎn)Si發(fā)回的參考信號(hào)計(jì)算得出相應(yīng)從節(jié)點(diǎn)Si的校正因子。更具體 的說(shuō)，設(shè)/,、 a分別為主節(jié)點(diǎn)M所發(fā)參考信號(hào)的I路和Q路信號(hào)，L、 Qh分 別為主節(jié)點(diǎn)M收到的從節(jié)點(diǎn)Si發(fā)回的參考信號(hào)的I路和Q路信號(hào)。S i為主節(jié)點(diǎn)m與從節(jié)點(diǎn)Si間的相位誤差，s i=-2 e 「 e rl- e tl。貝ij cos s i =L/,，Qh込，sin S i=- Qri// + / 込。cos S i和sin S i即可作為主節(jié)點(diǎn)M與 從節(jié)點(diǎn)Si的相位校正因子。主節(jié)點(diǎn)M將從節(jié)點(diǎn)Si的校正因子cos S i和sin S i保存。主節(jié)點(diǎn)M分別對(duì)各個(gè)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上述處理過(guò)程，直到處理完所有從節(jié)點(diǎn)。 在時(shí)隙N+l，主節(jié)點(diǎn)M將所有從節(jié)點(diǎn)的校正因子經(jīng)編碼調(diào)制成幀等過(guò)程處理后，以數(shù)據(jù)廣播的形式發(fā)給從節(jié)點(diǎn)。各從節(jié)點(diǎn)Si從該數(shù)據(jù)廣播中提取各自的校正因子。在時(shí)隙(N+2).1，所有從節(jié)點(diǎn)維持鎖相環(huán)繼續(xù)產(chǎn)生基帶參考信號(hào)，并通過(guò) 接收由基站BS發(fā)出的參考信號(hào)，如圖5(c)所示，利用公知的信道估計(jì)算法 對(duì)基站BS與各自間的信道進(jìn)行估計(jì)并補(bǔ)償，補(bǔ)償信道傳輸所帶來(lái)的相位誤差具體的信道估計(jì)和補(bǔ)償方法可以用鎖相環(huán)輸出參考信號(hào)作為本振信號(hào)， 通過(guò)將接收到基站BS所發(fā)參考信號(hào)與本振信號(hào)相乘估計(jì)出信道系數(shù)，再將估 計(jì)出的信道系數(shù)取共軛補(bǔ)償信道帶來(lái)的相位誤差。在時(shí)隙(N+2).2，在信道補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，各個(gè)從節(jié)點(diǎn)Si再利用d)步驟中 得到的校正因子，對(duì)待發(fā)IQ信號(hào)進(jìn)行加權(quán)產(chǎn)生新的IQ信號(hào)，其相位調(diào)整了《，如圖5(d)所示；簇內(nèi)所有從節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)到達(dá)基站BS后同相疊加，"虛擬" 天線簇在基站BS方向上形成波束。
權(quán)利要求
1.一種基于通道校正的分布式天線陣列波束形成方法，其特征在于，包括下述步驟a).首先構(gòu)建一個(gè)“虛擬”天線簇，簇內(nèi)各節(jié)點(diǎn)之間采用一種主從結(jié)構(gòu)，即包括一個(gè)主節(jié)點(diǎn)M和N個(gè)從節(jié)點(diǎn)，由主節(jié)點(diǎn)M控制從節(jié)點(diǎn)Si與遠(yuǎn)方的無(wú)線基站BS通信，其中Si為簇內(nèi)的任一從節(jié)點(diǎn)，i＝1、2、……、N；b).按照預(yù)設(shè)的收發(fā)時(shí)隙，主節(jié)點(diǎn)M向所有從節(jié)點(diǎn)發(fā)射參考信號(hào)，各從節(jié)點(diǎn)S1、……、SN同時(shí)接收該參考信號(hào)，并將其輸入給各自的基帶鎖相環(huán)，當(dāng)鎖相環(huán)穩(wěn)定后，鎖相環(huán)輸出信號(hào)與輸入?yún)⒖夹盘?hào)相位相同，即鎖相環(huán)在基帶恢復(fù)了參考信號(hào)；c).主節(jié)點(diǎn)M設(shè)為接收狀態(tài)，所有從節(jié)點(diǎn)維持鎖相環(huán)繼續(xù)產(chǎn)生基帶參考信號(hào)，并通過(guò)反饋的方式，按預(yù)設(shè)的收發(fā)時(shí)隙依次將各自鎖相環(huán)輸出的基帶參考信號(hào)發(fā)回主節(jié)點(diǎn)M；主節(jié)點(diǎn)M根據(jù)自身的參考信號(hào)和各從節(jié)點(diǎn)發(fā)回的參考信號(hào)計(jì)算得出相應(yīng)的校正因子，并將校正因子存儲(chǔ)；d).當(dāng)主節(jié)點(diǎn)M獲得所有從節(jié)點(diǎn)的校正因子后，主節(jié)點(diǎn)M以數(shù)據(jù)廣播的形式將所有從節(jié)點(diǎn)的校正因子按預(yù)設(shè)的收發(fā)時(shí)隙向所有從節(jié)點(diǎn)廣播，各從節(jié)點(diǎn)從數(shù)據(jù)廣播中提取各自的校正因子；e).所有從節(jié)點(diǎn)維持鎖相環(huán)繼續(xù)產(chǎn)生基帶參考信號(hào)，并按預(yù)設(shè)的收發(fā)時(shí)隙通過(guò)接收由基站BS發(fā)出的參考信號(hào)，利用公知的信道估計(jì)算法對(duì)基站BS與各從節(jié)點(diǎn)間的信道進(jìn)行估計(jì)并補(bǔ)償；f).在信道補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，各個(gè)從節(jié)點(diǎn)再利用步驟d)中得到的校正因子，對(duì)待發(fā)信號(hào)相位進(jìn)行校正后按預(yù)設(shè)的收發(fā)時(shí)隙發(fā)射；簇內(nèi)所有從節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)到達(dá)基站BS后同相疊加，“虛擬”天線簇在基站BS方向上形成波束。
2.如權(quán)利要求1所述的基于通道校正的分布式天線陣列波束形成方法， 其特征在于，所述預(yù)設(shè)的收發(fā)時(shí)隙，其具體劃分為 一個(gè)完整周期包括時(shí)隙 1、時(shí)隙2、……、時(shí)隙N、時(shí)隙N+1、時(shí)隙N+2，其中時(shí)隙1到時(shí)隙N的每個(gè)時(shí)隙又可以劃分為兩個(gè)子時(shí)隙時(shí)隙i.l和時(shí)隙i.2， i = l……N，時(shí)隙N+2也分為兩個(gè)子時(shí)隙時(shí)隙(N+2).l和時(shí)隙(N+2).2;子時(shí)隙i.l和(N+2).l所 對(duì)應(yīng)的時(shí)隙長(zhǎng)度為T(mén)l;子時(shí)隙i. 2和(N+2). 2所對(duì)應(yīng)的時(shí)隙長(zhǎng)度為的T2; 時(shí)隙N+1所對(duì)應(yīng)的時(shí)隙長(zhǎng)度為T(mén)3;在時(shí)隙1到時(shí)隙N中，T1為主節(jié)點(diǎn)M向各 從節(jié)點(diǎn)發(fā)射參考信號(hào)的時(shí)間，T2為各從節(jié)點(diǎn)傳回參考信號(hào)的時(shí)間；在時(shí)隙N+1 中，T3為主節(jié)點(diǎn)廣播校正因子的時(shí)間；在時(shí)隙N+2中，對(duì)應(yīng)子時(shí)隙(N+2).1 的Tl為基站向各從節(jié)點(diǎn)發(fā)射參考信號(hào)的時(shí)間，并且各從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道估計(jì)和 補(bǔ)償；對(duì)應(yīng)子時(shí)隙(N+2). 2的T2為各從節(jié)點(diǎn)對(duì)基站進(jìn)行波束形成。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的基于通道校正的分布式天線陣列波束形成方 法，其特征在于，所述步驟c)中，主節(jié)點(diǎn)M根據(jù)自身的參考信號(hào)和各從節(jié) 點(diǎn)發(fā)回的參考信號(hào)計(jì)算得出相應(yīng)的校正因子，其具體過(guò)程包括由于從節(jié)點(diǎn) Si鎖相環(huán)輸出參考信號(hào)的相位為-《-《,-0,，經(jīng)過(guò)上變頻以及發(fā)射通道后變?yōu)?-《-《,-《,，該信號(hào)經(jīng)從節(jié)點(diǎn)Si與主節(jié)點(diǎn)M間的信道到達(dá)主節(jié)點(diǎn)M時(shí)的相位 變化為-2《-《,-《,，即主從節(jié)點(diǎn)間的相位誤差；主節(jié)點(diǎn)M通過(guò)比較本地參考 信號(hào)和從節(jié)點(diǎn)S發(fā)回參考信號(hào)的相位誤差，通過(guò)校正因子計(jì)算模塊得到對(duì)于 從節(jié)點(diǎn)Si的校正因子；主節(jié)點(diǎn)M分別對(duì)各個(gè)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上述處理過(guò)程，直到 處理完所有從節(jié)點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于通道校正的分布式天線陣列波束形成方法， 其特征在于，所述步驟f)中，簇內(nèi)各從節(jié)點(diǎn)利用校正因子對(duì)待發(fā)信號(hào)相位 進(jìn)行校正，其過(guò)程包括簇內(nèi)各從節(jié)點(diǎn)在補(bǔ)償與基站BS間信道的基礎(chǔ)上，再 利用各自的校正因子對(duì)待發(fā)IQ信號(hào)進(jìn)行加權(quán)產(chǎn)生新的IQ信號(hào)，其相位調(diào)整 了《。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于通道校正的分布式陣列天線波束成形方法，首先構(gòu)建一個(gè)“虛擬”天線簇，簇內(nèi)各節(jié)點(diǎn)之間采用一種主從結(jié)構(gòu)；按照預(yù)設(shè)收發(fā)時(shí)隙，主節(jié)點(diǎn)同時(shí)向所有從節(jié)點(diǎn)發(fā)射參考信號(hào)，各從節(jié)點(diǎn)接收后利用其鎖相環(huán)對(duì)接收參考信號(hào)鎖相，然后通過(guò)反饋的方式，依次將各自鎖相環(huán)輸出的基帶參考信號(hào)發(fā)回主節(jié)點(diǎn)；主節(jié)點(diǎn)根據(jù)各從節(jié)點(diǎn)發(fā)回的信號(hào)計(jì)算得出相應(yīng)的校正因子，并存儲(chǔ)；當(dāng)獲得各從節(jié)點(diǎn)的校正因子后，便以數(shù)據(jù)形式廣播，各從節(jié)點(diǎn)從數(shù)據(jù)廣播中提取各自的校正因子；最后各從節(jié)點(diǎn)通過(guò)接收基站發(fā)出的參考信號(hào)并對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)補(bǔ)償后利用已得到的校正因子，對(duì)待發(fā)信號(hào)進(jìn)行相位校正，當(dāng)所有從節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)到達(dá)基站后同相疊加，在基站方向上形成波束。
文檔編號(hào)H04B17/00GK101227242SQ20081001746
公開(kāi)日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者殷勤業(yè), 晨 王, 王文杰, 剛 陳 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)