專利名稱：一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，有限的無線頻率資源面臨著不斷增長的通信需 求，智能天線(Smart Antennas)可以在某種程度上緩解這一矛盾。智能天線系統(tǒng)能夠利用 多個(gè)天線陣元的組合進(jìn)行信號處理，自動(dòng)調(diào)整發(fā)射或接收方向圖，以針對不同的信號環(huán)境 而達(dá)到最佳性能。由此所產(chǎn)生的智能天線陣便是TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division MultipleAccess，時(shí)分同步的碼分多址技術(shù))系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。智能天線是一種安裝在基站現(xiàn)場的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關(guān)系 的固定天線單元獲取方向性，并可以同時(shí)獲取基站和移動(dòng)臺之間各個(gè)鏈路的方向特性。最 初的智能天線技術(shù)主要用于雷達(dá)、聲納、軍事抗干擾通信，用來完成空間濾波和定位等。近 年來，隨著移動(dòng)通信的發(fā)展及對移動(dòng)通信電波傳播、組網(wǎng)技術(shù)、天線理論等方面的研究逐漸 深入，現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展迅速，數(shù)字信號處理芯片處理能力不斷提高，利用數(shù)字技 術(shù)在基帶形成天線波束成為可能，提高了天線系統(tǒng)的可靠性與靈活程度。智能天線技術(shù)因 此用于具有復(fù)雜電波傳播環(huán)境的移動(dòng)通信。此外，隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)迅速增長和人們對 通話質(zhì)量要求的不斷提高，要求移動(dòng)通信網(wǎng)在大容量下仍具有較高的話音質(zhì)量。因此，智能 天線技術(shù)的發(fā)展也越來越引人關(guān)注。智能天線的原理是將無線電的信號導(dǎo)向具體的方向，產(chǎn)生空間定向波束，使天線 主波束對準(zhǔn)用戶信號到達(dá)方向DOA(Direction of Arrival)，旁瓣或零陷對準(zhǔn)干擾信號到 達(dá)方向，達(dá)到充分高效利用移動(dòng)用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。如圖1所示，為智 能天線的波束覆蓋示意圖。同時(shí)，智能天線技術(shù)利用各個(gè)移動(dòng)用戶間信號空間特征的差異， 通過陣列天線技術(shù)在同一信道上接收和發(fā)射多個(gè)移動(dòng)用戶信號而不發(fā)生相互干擾，使無線 電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效。在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下，使用智能天線可滿 足服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的需要。其中，DOA的估計(jì)是智能天線工作的基礎(chǔ)，是陣列信號處理的重要應(yīng)用之一。當(dāng)有 多個(gè)電磁波從不同方向到達(dá)天線陣時(shí)，每個(gè)陣元上都有多個(gè)電磁波產(chǎn)生的信號，這些信號 因?yàn)槿肷浞较虿煌?，在各個(gè)陣元上有不同的相位延遲分布。即在陣列的輸出端是每個(gè)陣元 所接收到的多個(gè)信號的總疊加。以此為根據(jù)經(jīng)過矩陣運(yùn)算，得出相應(yīng)的DOA估計(jì)數(shù)據(jù)。獲得DOA的估計(jì)以后，波束形成是智能天線工作的重要內(nèi)容。波束形成的任務(wù)是 希望在接收信號到來的方向形成盡量高的增益，最大限度的抑制干擾信號。即，根據(jù)系統(tǒng)性 能指標(biāo)，形成對基帶信號的最佳組合與分配，將主波束對準(zhǔn)期望用戶方向，而將波束零點(diǎn)對 準(zhǔn)干擾方向。對于發(fā)射天線的波束形成，一方面依靠接收信號的方向信息，另一方面考慮到收 發(fā)頻率的不同為方向估計(jì)帶來的誤差。因此，波束的賦形權(quán)值作為波束形成的重要參數(shù)起到了至關(guān)重要的作用，對智能天線的性能影響很大。進(jìn)一步的，智能天線陣列的賦形方向圖按照實(shí)際應(yīng)用來分類，又可細(xì)分為單元波 束、廣播波束和業(yè)務(wù)波束三類。其中，廣播波束主要用于公用信道作系統(tǒng)廣播，例如基本公 共控制信道(PCCPCH)，輔助公共控制信道(SCCPCH)，尋呼指示信道(PICH)，快速物理隨機(jī) 接入信道(FPACH)等。目前天線廠家分別提供自己智能天線產(chǎn)品的廣播波束的賦形權(quán)值， 系統(tǒng)廠商在設(shè)備實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要分別存儲(chǔ)這些廠家提供的不同波束類型不同天線類型的賦形 權(quán)值，同時(shí)還要考慮不同廠家的天線在射頻通道出現(xiàn)故障時(shí)的容錯(cuò)權(quán)值。因此占用大量的 存儲(chǔ)空間，給設(shè)備實(shí)現(xiàn)所帶來的復(fù)雜性大大增加。目前，智能天線陣的廣播波束主要用于公用信道作系統(tǒng)廣播，大部分系統(tǒng)廠商不 生產(chǎn)智能天線，但系統(tǒng)廠商提出智能天線技術(shù)規(guī)范，然后由智能天線生產(chǎn)廠家提供。各個(gè)廠 家在銷售智能天線產(chǎn)品時(shí)就提供本廠家智能天線產(chǎn)品的廣播波束權(quán)值。系統(tǒng)廠商在設(shè)備實(shí) 現(xiàn)時(shí)，需要分別存儲(chǔ)這些廠家提供的不同波束類型不同天線類型的廣播波束權(quán)值，同時(shí)還 要考慮不同廠家的天線在射頻通道出現(xiàn)故障時(shí)的廣播波束容錯(cuò)權(quán)值。因此占用大量的存儲(chǔ) 空間，給設(shè)備實(shí)現(xiàn)所帶來的復(fù)雜性大大增加，同時(shí)不同廠家在智能天線算法優(yōu)化方面能力 的差距會(huì)導(dǎo)致智能天線廣播波束性能的下降，系統(tǒng)設(shè)備廠商在設(shè)備實(shí)現(xiàn)時(shí)沒有進(jìn)一步優(yōu)化 智能天線廣播波束權(quán)值。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題目前天線廠家分別提供自己智能天線產(chǎn)品的廣播波束的賦形權(quán)值，系統(tǒng)廠商在設(shè) 備實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要分別存儲(chǔ)這些廠家提供的不同波束類型不同天線類型的賦形權(quán)值，同時(shí)還 要考慮不同廠家的天線在射頻通道出現(xiàn)故障時(shí)的容錯(cuò)權(quán)值。因此占用大量的存儲(chǔ)空間，給 設(shè)備實(shí)現(xiàn)所帶來的復(fù)雜性大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成方法和裝置，可以根據(jù) 該智能天線陣的外場覆蓋的需求靈活配置廣播波束。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例一方面提出一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成 方法，具體包括以下步驟根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定所述智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式；通過所述陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式，確定預(yù)設(shè)的角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢 量；通過所述角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量，生成所述智能天線陣的廣播波束權(quán)值。其中，所述根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定所述智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的 計(jì)算公式，具體為根據(jù)所述智能天線陣中的天線陣元數(shù)量，確定所述智能天線陣在特定方向上的陣 列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式為 其中，Ka表示所述智能天線陣中的天線陣元總數(shù)量，θ表示所述特定方向在所述 智能天線陣所處的參照坐標(biāo)系中所對應(yīng)的角度值，％( θ ) (i = 1，……，Ka)表示所述智能天線陣中第i個(gè)天線陣元在特定方向θ上的陣列響應(yīng)參數(shù)值。其中，所述根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定所述智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的 計(jì)算公式之前，還包括確定所述智能天線陣中第i個(gè)天線陣元在特定方向θ上的陣列響應(yīng)參數(shù)值 Bi(O)的計(jì)算公式為 進(jìn)一步的，7其中，i表示所述智能天線陣中的天線陣元的序號，e表示數(shù)學(xué)常數(shù)，j表示虛數(shù)單 位，λ表示信號波長，d表示所述智能天線陣中兩各相鄰的天線陣元之間的物理距離，c表 示光速，f表示信號頻率。其中，所述根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定所述智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的 計(jì)算公式之后，還包括根據(jù)所述智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式，確定所述智能天線陣在所述特 定方向θ上的賦形權(quán)值的計(jì)算公式為 其中，所述預(yù)設(shè)的角度序列，具體通過以下步驟生成根據(jù)所述智能天線陣的類型和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確定所述智能天線陣的廣播波束的覆蓋 角度范圍。根據(jù)所述智能天線陣的廣播波束的覆蓋角度范圍，確定所述形成目標(biāo)波束寬度所 需要的角度序列 其中，所述通過所述角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量，生成所述智能天線陣的 廣播波束權(quán)值，具體為初始化所述賦形權(quán)值為wint(9) =
H；根據(jù)所述角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量，確定所述角度序列中各角度&上 所對應(yīng)的賦形權(quán)值wf^^m)；根據(jù)公式Wmt = Wmt + wU (i = 1......N),將所述初始化后的賦形權(quán)值分
別與所述角度序列中各角度(^Ma上所對應(yīng)的賦形權(quán)值進(jìn)行N次循環(huán)累加；確定所述N次循環(huán)累加全部完成后所生成的賦形權(quán)值，為所述智能天線陣的廣播 波束權(quán)值Wb
CH0另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提出一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成裝置，具體 包括第一確定模塊，用于根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定所述智能天線陣的陣列響 應(yīng)矢量的計(jì)算公式；處理模塊，與所述第一確定模塊相連接，用于通過所述第一確定模塊所確定的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式，確定預(yù)設(shè)的角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量；生成模塊，與所述處理模塊相連接，與所述第一確定模塊相連接，用于通過所述處理模塊所確定的角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量，生成所述智能天線陣的廣播波束權(quán)值。其中，所述第一確定模塊，具體包括數(shù)量獲取子模塊，用于獲取所述智能天線陣中的天線陣元數(shù)量；確定子模塊，與所述數(shù)量獲取子模塊相連接，用于根據(jù)所述數(shù)量獲取子模塊所獲 取的天線陣元數(shù)量，確定所述智能天線陣中的天線陣元在特定方向上的陣列響應(yīng)參數(shù)值的 計(jì)算公式。其中，所述裝置還包括第二確定模塊，用于確定生成所述智能天線陣的廣播波束權(quán)值的角度序列。其中，所述第二確定模塊，具體包括信息獲取子模塊，用于獲取所述智能天線陣的類型和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的信息；第一確定子模塊，與所述信息獲取子模塊相連接，用于根據(jù)所述信息獲取子模塊 所獲取的智能天線陣的類型和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確定所述智能天線陣的廣播波束的覆蓋角度范 圍；第二確定子模塊，與所述第一確定子模塊相連接，用于根據(jù)所述第一確定子模塊 所確定的智能天線陣的廣播波束的覆蓋角度范圍，確定所述形成目標(biāo)波束寬度所需要的角 度序列。其中，所述裝置還包括第三確定模塊，用于根據(jù)所述第一確定模塊所確定的智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量 的計(jì)算公式，確定所述智能天線陣在所述特定方向上的賦形權(quán)值的計(jì)算公式。其中，所述生成模塊，具體包括初始子模塊，用于初始化所述智能天線陣列的賦形權(quán)值；處理子模塊，用于根據(jù)所述第二確定模塊所確定的角度序列中各角度的陣列響應(yīng) 矢量，確定所述角度序列中各角度上所對應(yīng)的賦形權(quán)值；累加子模塊，與所述初始子模塊和所述處理子模塊相連接，用于將所述初始子模 塊所初始化后的賦形權(quán)值分別與所述處理子模塊所確定的所述角度序列中各角度上所對 應(yīng)的賦形權(quán)值進(jìn)行循環(huán)累加；生成子模塊，與所述累加子模塊相連接，用于確定所述累加子模塊所進(jìn)行的循環(huán) 累加全部完成后所生成的賦形權(quán)值，為所述智能天線陣的廣播波束權(quán)值。本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椴捎昧艘环N智能天線陣廣播波束權(quán) 值的生成方法和裝置，使智能天線陣中廣播波束權(quán)值的生成過程簡單化、統(tǒng)一化，智能天線 的制造和配置過程中，無需再大量存儲(chǔ)由于標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而無法兼容的多個(gè)廠家的權(quán)值數(shù) 據(jù)，達(dá)到了減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的占用、降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和運(yùn)算復(fù)雜度、以及 提高系統(tǒng)廣播波束權(quán)值的生成效率的效果。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的 附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中智能天線的波束覆蓋示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一所提出的一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成方法的流 程示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的天線陣元直線等距排列的六陣元智能天線陣結(jié)構(gòu)示意 圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的天線陣元圓周等距排列的八陣元智能天線陣結(jié)構(gòu)示意 圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例二所提出的一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成方法的流 程示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中的八陣元定向智能天線陣的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中的經(jīng)過賦形權(quán)值處理后得到的廣播波束賦形方向圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例所提出的一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成裝置的結(jié)構(gòu) 示意具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其 他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例一所提出的一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成方 法的流程示意圖，具體包括以下步驟步驟S201、根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定該智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì) 算公式。其中，進(jìn)一步包括確定該智能天線陣中各天線陣元在特定方向上的陣列響應(yīng)矢量 的計(jì)算公式。進(jìn)一步的，在本步驟中陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式確定完成之后，還包括確定該智 能天線陣在所述特定方向上的賦形權(quán)值的計(jì)算公式。步驟S202、通過陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式，確定預(yù)設(shè)的角度序列中各角度的陣列
響應(yīng)矢量。具體的，將該角度序列中的各個(gè)角度值分別代入前述的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公 式，得到各角度相應(yīng)的陣列響應(yīng)矢量值。進(jìn)一步的，上述的預(yù)設(shè)的角度序列是用于確定生成所述智能天線陣的廣播波束權(quán) 值而設(shè)定的具體參數(shù)，通過以下步驟來生成根據(jù)該智能天線陣的類型和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確定該智能天線陣的廣播波束的覆蓋角度范圍；在覆蓋角度范圍確定完成之后，在該角度范圍之內(nèi)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要求，選擇形成不同波束寬度所需要的多個(gè)定向角度，組成相應(yīng)的角度序列。在具體的物理實(shí)現(xiàn)過程中，角度序列中具體選擇角度的數(shù)量，以及各角度的大小，可以根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行調(diào)整，這樣的變化并不影響本發(fā)明的保護(hù)范圍。需要進(jìn)一步指出的是，步驟S201所描述的智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公 式的確定流程和上述的生成預(yù)設(shè)的角度序列的流程之間沒有必然的先后順序，兩個(gè)過程分 別為后續(xù)的步驟S203提供運(yùn)算規(guī)則和參數(shù)的信息，因此，上述兩個(gè)流程在本文中進(jìn)行說明 的先后順序，以及兩個(gè)流程所對應(yīng)的編號僅是為了便于說明而進(jìn)行的標(biāo)識，而不代表先后 順序，優(yōu)先執(zhí)行其中的哪一流程對本發(fā)明的保護(hù)范圍沒有影響。步驟S203、通過該角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量，生成該智能天線陣的廣播 波束權(quán)值。初始化賦形權(quán)值的數(shù)值，并通過上述的各角度的陣列響應(yīng)矢量確定相應(yīng)的賦形權(quán) 值，并在初始化的賦形權(quán)值上依次循環(huán)累加各角度的賦形權(quán)值，并確定所有累加完成后的 賦形權(quán)值為該智能天線陣的廣播波束權(quán)值。本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椴捎昧艘环N智能天線陣廣播波束權(quán) 值的生成方法，使智能天線陣中廣播波束權(quán)值的生成過程簡單化、統(tǒng)一化，智能天線的制造 和配置過程中，無需再大量存儲(chǔ)由于標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而無法兼容的多個(gè)廠家的權(quán)值數(shù)據(jù)，達(dá)到 了減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的占用，降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和運(yùn)算復(fù)雜度，提高系統(tǒng)生 成廣播波束權(quán)值的效率的效果。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明實(shí)施例所提出的一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成方 法的技術(shù)方案，下面，本發(fā)明的后續(xù)實(shí)施例結(jié)合具體的實(shí)施場景對上述技術(shù)方案進(jìn)行描述。智能天線是一種自適應(yīng)陣列天線，其基本原理是利用信號傳輸?shù)目臻g特性，通過 調(diào)整各陣元上發(fā)射信號的權(quán)值，使有效信號方向上的波束加強(qiáng)，從而達(dá)到抑制干擾，提高信 干比的目的。智能天線技術(shù)具有提高系統(tǒng)容量及頻譜效率，降低系統(tǒng)干擾，擴(kuò)大系統(tǒng)的覆蓋 范圍等優(yōu)點(diǎn)。智能天線按照類型可以分為全向智能天線陣和定向智能天線陣。全向智能天線陣 不僅是增益不高，而且對各種信號不加區(qū)別的接收，使得通信質(zhì)量大為降低。定點(diǎn)無線通信 采用定向智能天線陣，大幅度的改善了通信質(zhì)量。面對眾多移動(dòng)用戶的公眾通信網(wǎng)基站和 專用移動(dòng)通信網(wǎng)，采用天線指向(即波束)可變的天線(智能天線)，可以使移動(dòng)通信的通 信質(zhì)量得到很大的改善。在本發(fā)明實(shí)施例中，重點(diǎn)以定向智能天線陣為例進(jìn)行說明，但是，全向智能天線陣 在對相關(guān)參數(shù)的具體取值范圍進(jìn)行調(diào)整后，同樣適用于與本發(fā)明實(shí)施例所提出的方法，這 樣的變化并不影響本發(fā)明的保護(hù)范圍。另一方面，智能天線的基本工作原理是把具有相同極化特性、各向同性及增益相 同的天線陣元，按一定的方式排列，構(gòu)成天線陣列，即智能天線陣。構(gòu)成陣列的陣元可按 任意方式排列，通常是按直線等距、圓周等距或平面等距排列，其間距通常取工作波長的一 半，并且取向相同。如圖3和圖4所示，分別為天線陣元直線等距排列的六陣元智能天線陣以及天線 陣元圓周等距排列的八陣元智能天線陣，在這兩個(gè)圖中，每個(gè)圓點(diǎn)表示一個(gè)天線陣元。這樣 天線陣元的空間排列方式變化，并不影響本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本發(fā)明實(shí)施例二提出了一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成方法，可以根據(jù)外場 覆蓋的需求靈活配置廣播波束。如圖5所示，為本發(fā)明實(shí)施例二所提出的一種智能天線陣 廣播波束權(quán)值的生成方法的流程示意圖，具體包括以下步驟步驟S501、確定響應(yīng)矢量a( θ )的確定公式。對于天線數(shù)為Ka的智能天線陣，其對應(yīng)于特定方向θ的陣列響應(yīng)矢量通過以下 的響應(yīng)矢量確定公式(1)來進(jìn)行計(jì)算 其中，Ka表示當(dāng)前智能天線陣中的天線陣元總數(shù)量；θ表示上述的特定方向在當(dāng)前智能天線陣所處的參照坐標(biāo)系中所對應(yīng)的角度 值；ai( θ ) (i = 1，……，Ka)表示當(dāng)前智能天線陣中第i個(gè)天線陣元在特定方向θ 上的陣列響應(yīng)參數(shù)值。具體的，對于如圖6所示的定向智能天線陣，上述的響應(yīng)矢量確定公式(1)中的各 個(gè)矩陣元素具體通過以下公式進(jìn)行計(jì)算 其中，e為數(shù)學(xué)常數(shù)，具體數(shù)值為2. 71828182......；j為虛數(shù)單位；λ為信號波長；d為兩相鄰陣元之間的物理距離，在具體的物理實(shí)踐過程中，該物理距離d的大小 一般設(shè)置為信號的半波長，但是其他數(shù)值也同樣屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍；c為光速；f為信號頻率。步驟S502、確定特定方向上的賦形權(quán)值θ )的計(jì)算公式。根據(jù)公式(1)和公式(2)，對于特定方向θ賦形的權(quán)值可以進(jìn)一步通過以下公式 進(jìn)行計(jì)算 通過上述的公式(3)可以看出，特定方向θ上的賦形權(quán)值w( θ )具體為響應(yīng)矢量 β(Θ)的共軛矩陣，通過角標(biāo)H進(jìn)行標(biāo)識。需要進(jìn)一步指出的是，通過上述的公式(3)所計(jì)算得出的θ )是在特定方向θ 上的波束的賦形權(quán)值，即當(dāng)前智能天線陣在特定方向θ上的業(yè)務(wù)波束的賦形權(quán)值。其中，業(yè)務(wù)波束參數(shù)在定向智能天線陣和全向智能天線陣的情況下有所不同，前 者覆蓋120°空域，后者覆蓋360°空域。步驟S503、確定當(dāng)前智能天線陣的覆蓋角度范圍Θ·。根據(jù)智能天線陣的類型(如全向智能天線陣，定向智能天線陣)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定 智能天線陣的覆蓋范圍，即確定智能天線陣的覆蓋角度θ BCH的取值范圍。其中，前述公式(1)、公式(2)和公式(3)中的特定角度θ與智能天線陣的覆蓋角 度θ BQI之間的關(guān)系如下θ e eBCH
在具體的實(shí)施場景中，如果當(dāng)前智能天線陣為全向智能天線陣，則覆蓋角度ΘΜ 的取值范圍為θ BCH = [- π , π ]；如果是三扇區(qū)智能天線陣，且當(dāng)前智能天線陣為全向智能天線陣，則覆蓋角度 θ的取值范圍為 步驟S504、確定角度序列eOTdCT。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)的要求，規(guī)劃出形成不同波束寬度所需要的定向角度序列Oorder°具體的，角度序列的計(jì)算方式為 其中，θ order是一個(gè)具有N個(gè)角度的序列，參數(shù)N的具體取值可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)的要求進(jìn)行設(shè)置。進(jìn)一步的，角度序列e。rfCT中的各個(gè)矩陣元素0。rfCT與前文所述的θΒαι之間存在 的關(guān)系如下G
wBCH °其中，(i = 1，……，N)表示角度序列θ order中的序號為i的矩陣元素。由此可知，角度序列θ。rfCT中所包含的角度元素的數(shù)量是在θ 的取值范圍之 內(nèi)，即當(dāng)前智能天線陣的覆蓋角度范圍內(nèi)根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和計(jì)算精度要求進(jìn)行選 擇確定的，上述N值的具體取值并不影響本發(fā)明的保護(hù)范圍。需要進(jìn)一步指出的是，步驟S501和步驟S502描述的是智能天線陣的陣列響應(yīng) 矢量的計(jì)算公式以及特定方向上的賦形權(quán)值的計(jì)算公式的確定流程，而步驟S503和步驟 S504則是生成預(yù)設(shè)的角度序列的流程，這兩個(gè)流程之間沒有必然的先后順序，只是分別為 后續(xù)的步驟S505提供運(yùn)算規(guī)則和參數(shù)的信息，因此，上述兩個(gè)流程在本文中進(jìn)行說明的先 后順序，以及兩個(gè)流程所對應(yīng)的編號僅是為了便于說明而進(jìn)行的標(biāo)識，而不代表先后順序， 優(yōu)先執(zhí)行其中的哪一流程對本發(fā)明的保護(hù)范圍沒有影響。步驟S505、初始化賦形權(quán)值θ )。S卩，將該智能天線陣的廣播波束賦形權(quán)值所對應(yīng)的數(shù)值θ )，初始化為wint( θ )
=[ο ο...ο]Η。步驟S506、計(jì)算角度序列θ order中的角度所對應(yīng)的權(quán)值W(6i-)。具體的運(yùn)算過程是依據(jù)上述的步驟S502中所確定的特定方向上的賦形權(quán)值 θ )的計(jì)算公式來進(jìn)行，其中，θ的取值是依據(jù)上述的步驟S504中所確定的角度序列
θ order來進(jìn)行選取。S卩，依據(jù)特定方向上的賦形權(quán)值θ )的計(jì)算公式計(jì)算θ order中的角度所對 應(yīng)的方向上的賦形權(quán)值《(Θ)。步驟S507、將計(jì)算得到的賦形權(quán)值結(jié)果與當(dāng)前的賦形權(quán)值 Wint ( θ )進(jìn)行 累加。
Wlnt =Wmt +WfceJ步驟S508、判斷當(dāng)前計(jì)算的角度&在角度序列θ ^1ct中的序號i是否等于 0。_,中的角度總數(shù)量N。當(dāng)
,的序號i不等于θ order中的角度總數(shù)量N，即小于N時(shí)，執(zhí)行步驟S506，計(jì) 算下一個(gè)角度值所對應(yīng)的權(quán)值；當(dāng)?shù)男蛱杋等于θ order中的角度總數(shù)量N時(shí)，執(zhí)行步驟S509，循環(huán)結(jié)束。步驟S509、確定當(dāng)前的權(quán)值計(jì)算結(jié)果為廣播波束權(quán)值。這時(shí)得到所需要的廣播波束的權(quán)值為wBCH = Winto需要進(jìn)一步指出的是，在上述的本發(fā)明實(shí)施例的描述中，所應(yīng)用的字母標(biāo)識或者 參數(shù)均是基于本專業(yè)領(lǐng)域中技術(shù)人員現(xiàn)有的撰寫習(xí)慣或者常見規(guī)則而選取的，分別代表著 具體的技術(shù)含義，在此基礎(chǔ)上，基于本發(fā)明實(shí)施例所提出的技術(shù)思想所做出的其他變化，以 及基于相同的技術(shù)含義更換字母標(biāo)識或者參數(shù)所產(chǎn)生的其他變化同樣屬于本發(fā)明的保護(hù) 范圍。本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椴捎昧艘环N智能天線陣廣播波束權(quán) 值的生成方法，使智能天線陣中廣播波束權(quán)值的生成過程簡單化、統(tǒng)一化，智能天線的制造 和配置過程中，無需再大量存儲(chǔ)由于標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而無法兼容的多個(gè)廠家的權(quán)值數(shù)據(jù)，達(dá)到 了減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的占用，降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和運(yùn)算復(fù)雜度，提高系統(tǒng)生 成廣播波束權(quán)值的效率的效果。為了進(jìn)一步方便說明，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步給出角度 序列θ order的選取示例，由于智能天線陣在很多情況下的高效率是基于上行鏈路和下行鏈 路的無線路徑的對稱性(無線環(huán)境和傳輸條件相同)而獲得的，因此，本選取示例中的角度 選擇同樣根據(jù)對稱原則進(jìn)行，如下所示，為三扇區(qū)智能天線陣(即定向智能天線陣)中的角 度序列選取示例，根據(jù)對稱選擇原則，其中的各個(gè)角度取值相對于0角度對稱。角度序列θ order的具體取值如下θ order = [-60 -46.5 -33 -28.875 -24.75 -20.625 -16.5 -12. 375-8. 25 -4.125 0 4.125 8.25 12.375 16.5 20.625 24.75 28.875 3346.5 60]。進(jìn)一步的，基于上述的角度序列的選取，經(jīng)過本發(fā)明實(shí)施例提出的技術(shù)方案所得 到的賦形權(quán)值處理后得到相應(yīng)的廣播波束賦形方向圖如圖7所示。該廣播波束經(jīng)過賦形處 理后，在+60°至-60°區(qū)間內(nèi)的廣播波束強(qiáng)度得到了明顯的改善，形成主波束，而其余角 度則相應(yīng)的進(jìn)行減弱，避免了其余角度上的信號對于主波束的干擾，從而，能夠更好的實(shí)現(xiàn) 智能天線陣的信號接收功能。其中，需要說明的是，廣播波束參數(shù)在定向智能天線陣和全向智能天線陣的情 況下有所不同定向智能天線陣中分為水平面半功率波束寬度、廣播波束增益、波束在 士60°邊緣的功率電平下降；全向智能天線陣分為廣播波束的平均增益和水平面方向圖的 圓度指標(biāo)。相應(yīng)的，圖7所示的廣播波束賦形方向圖，具體為定向智能天線陣狀態(tài)下的水平 面半功率波束寬度(Half Power Beam Width, HPBff)示意圖。需要進(jìn)一步指出的是，上述的角度序列取值僅是本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例，在無線環(huán)境和傳輸條件不同，或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有特殊設(shè)計(jì)需要的情況下，上述的角度序列θ。rfCT也可 以選擇非對稱的角度值，這樣的調(diào)整同樣屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。對應(yīng)上述的本發(fā)明實(shí)施例所提出的一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成方法，本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提出了一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖8 所示，具體包括第一確定模塊81，用于根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定該智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式，具體包括數(shù)量獲取子模塊811，用于獲取智能天線陣中的天線陣元數(shù)量；確定子模塊812，與數(shù)量獲取子模塊811相連接，用于根據(jù)數(shù)量獲取子模塊811所 獲取的天線陣元數(shù)量，確定智能天線陣中的天線陣元在特定方向上的陣列響應(yīng)參數(shù)值的計(jì) 算公式。處理模塊82，與第一確定模塊81相連接，用于通過第一確定模塊81所確定的陣列 響應(yīng)矢量的計(jì)算公式，確定預(yù)設(shè)的角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量；生成模塊83，與處理模塊82相連接，用于通過處理模塊82所確定的角度序列中各 角度的陣列響應(yīng)矢量，生成智能天線陣的廣播波束權(quán)值，具體包括初始子模塊831，用于初始化智能天線陣列的賦形權(quán)值；處理子模塊832，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量，確定角度序 列中各角度上所對應(yīng)的賦形權(quán)值；累加子模塊833，與初始子模塊831和處理子模塊832相連接，用于將初始子模塊 831所初始化后的賦形權(quán)值分別與處理子模塊832所確定的角度序列中各角度上所對應(yīng)的 賦形權(quán)值進(jìn)行循環(huán)累加；生成子模塊834，與累加子模塊833相連接，用于確定累加子模塊833所進(jìn)行的循 環(huán)累加全部完成后所生成的賦形權(quán)值，為智能天線陣的廣播波束權(quán)值。進(jìn)一步的，上述裝置還包括第二確定模塊84，與處理模塊82相連接，用于生成上述的預(yù)設(shè)的角度序列，即用于確定生成該智能天線陣的廣播波束權(quán)值的角度序列，其中，該模塊具體包括信息獲取子模塊841，用于獲取智能天線陣的類型和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的信息；第一確定子模塊842，與信息獲取子模塊841相連接，用于根據(jù)信息獲取子模塊841所獲取的智能天線陣的類型和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確定智能天線陣的廣播波束的覆蓋角度范 圍；第二確定子模塊843，與第一確定子模塊842相連接，用于根據(jù)第一確定子模塊842所確定的智能天線陣的廣播波束的覆蓋角度范圍，確定形成目標(biāo)波束寬度所需要的角 度序列。進(jìn)一步的，上述裝置還包括第三確定模塊85，與第一確定模塊81相連接，用于根據(jù)第一確定模塊81所確定的 智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式，確定智能天線陣在特定方向上的賦形權(quán)值的計(jì)算 公式，然后，將該計(jì)算公式提供給處理模塊82進(jìn)行后續(xù)處理。上述模塊可以分布于一個(gè)裝置，也可以分布于多個(gè)裝置。上述模塊可以合并為一個(gè)模塊，也可以進(jìn)一步拆分成多個(gè)子模塊。
本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椴捎昧艘环N智能天線陣廣播波束權(quán) 值的生成裝置，使智能天線陣中廣播波束權(quán)值的生成過程簡單化、統(tǒng)一化，智能天線的制造 和配置過程中，無需再大量存儲(chǔ)由于標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而無法兼容的多個(gè)廠家的權(quán)值數(shù)據(jù)，達(dá)到 了減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的占用，降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和運(yùn)算復(fù)雜度，提高系統(tǒng)生 成廣播波束權(quán)值的效率的效果。通過以上的實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可以通 過硬件實(shí)現(xiàn)，也可以借助軟件加必要的通用硬件平臺的方式來實(shí)現(xiàn)?；谶@樣的理解，本發(fā) 明的技術(shù)方案可以 以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在一個(gè)非易失性存儲(chǔ) 介質(zhì)(可以是⑶-ROM，U盤，移動(dòng)硬盤等)中，包括若干指令用以使得一臺計(jì)算機(jī)設(shè)備(可 以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述的方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或流 程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解實(shí)施例中的裝置中的模塊可以按照實(shí)施例描述進(jìn)行分 布于實(shí)施例的裝置中，也可以進(jìn)行相應(yīng)變化位于不同于本實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)裝置中。上 述實(shí)施例的模塊可以合并為一個(gè)模塊，也可以進(jìn)一步拆分成多個(gè)子模塊。上述本發(fā)明實(shí)施例序號僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成方法，其特征在于，具體包括以下步驟根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定所述智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式；通過所述陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式，確定預(yù)設(shè)的角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量；通過所述角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量，生成所述智能天線陣的廣播波束權(quán)值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定所述 智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式，具體為根據(jù)所述智能天線陣中的天線陣元數(shù)量，確定所述智能天線陣在特定方向上的陣列響 應(yīng)矢量的計(jì)算公式為 其中，Ka表示所述智能天線陣中的天線陣元總數(shù)量，θ表示所述特定方向在所述智能 天線陣所處的參照坐標(biāo)系中所對應(yīng)的角度值，ai( θ ) (i = 1，……，Ka)表示所述智能天線 陣中第i個(gè)天線陣元在特定方向θ上的陣列響應(yīng)參數(shù)值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定所述 智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式之前，還包括確定所述智能天線陣中第i個(gè)天線陣元在特定方向θ上的陣列響應(yīng)參數(shù)值ai( θ)的 計(jì)算公式為 進(jìn)一步的，義其中，i表示所述智能天線陣中的天線陣元的序號，e表示數(shù)學(xué)常數(shù)，j表示虛數(shù)單位， λ表示信號波長，d表示所述智能天線陣中兩各相鄰的天線陣元之間的物理距離，c表示光 速，f表示信號頻率。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定所述 智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式之后，還包括根據(jù)所述智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式，確定所述智能天線陣在所述特定方 向θ上的賦形權(quán)值的計(jì)算公式為
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的角度序列，具體通過以下步驟生成根據(jù)所述智能天線陣的類型和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確定所述智能天線陣的廣播波束的覆蓋角度 范圍；根據(jù)所述智能天線陣的廣播波束的覆蓋角度范圍，確定所述形成目標(biāo)波束寬度所需要 的角度序列
6.如權(quán)利要求1或4或5所述的方法，其特征在于，所述通過所述角度序列中各角度的 陣列響應(yīng)矢量，生成所述智能天線陣的廣播波束權(quán)值，具體為初始化所述賦形權(quán)值為Wint(Q) = [ο ο…o]H;根據(jù)所述角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量，確定所述角度序列中各角度上所對 應(yīng)的賦形權(quán)值根據(jù)公式 將所述初始化后的賦形權(quán)值分別與所述角度序列中各角度上所對應(yīng)的賦形權(quán)值進(jìn)行N次循環(huán)累加；確定所述N次循環(huán)累加全部完成后所生成的賦形權(quán)值，為所述智能天線陣的廣播波束權(quán)值Wbch。
7.一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成裝置，其特征在于，具體包括第一確定模塊，用于根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定所述智能天線陣的陣列響應(yīng)矢 量的計(jì)算公 式；處理模塊，與所述第一確定模塊相連接，用于通過所述第一確定模塊所確定的陣列響 應(yīng)矢量的計(jì)算公式，確定預(yù)設(shè)的角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量；生成模塊，與所述處理模塊相連接，用于通過所述處理模塊所確定的角度序列中各角 度的陣列響應(yīng)矢量，生成所述智能天線陣的廣播波束權(quán)值。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一確定模塊，具體包括 數(shù)量獲取子模塊，用于獲取所述智能天線陣中的天線陣元數(shù)量；確定子模塊，與所述數(shù)量獲取子模塊相連接，用于根據(jù)所述數(shù)量獲取子模塊所獲取的 天線陣元數(shù)量，確定所述智能天線陣中的天線陣元在特定方向上的陣列響應(yīng)參數(shù)值的計(jì)算 公式。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括第二確定模塊，與所述處理確定模塊相連接，用于確定生成所述智能天線陣的廣播波 束權(quán)值的角度序列。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述第二確定模塊，具體包括 信息獲取子模塊，用于獲取所述智能天線陣的類型和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的信息；第一確定子模塊，與所述信息獲取子模塊相連接，用于根據(jù)所述信息獲取子模塊所獲 取的智能天線陣的類型和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確定所述智能天線陣的廣播波束的覆蓋角度范圍；第二確定子模塊，與所述第一確定子模塊相連接，用于根據(jù)所述第一確定子模塊所確 定的智能天線陣的廣播波束的覆蓋角度范圍，確定所述形成目標(biāo)波束寬度所需要的角度序 列。
11.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括第三確定模塊，與所述第一確定模塊相連接，用于根據(jù)所述第一確定模塊所確定的智 能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式，確定所述智能天線陣在所述特定方向上的賦形權(quán)值 的計(jì)算公式。
12.如權(quán)利要求7至11中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述生成模塊，具體包括初始子模塊，用于初始化所述智能天線陣列的賦形權(quán)值；處理子模塊，用于根據(jù)所述第二確定模塊所確定的角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢 量，確定所述角度序列中各角度上所對應(yīng)的賦形權(quán)值；累加子模塊，與所述初始子模塊和所述處理子模塊相連接，用于將所述初始子模塊所 初始化后的賦形權(quán)值分別與所述處理子模塊所確定的所述角度序列中各角度上所對應(yīng)的 賦形權(quán)值進(jìn)行循環(huán)累加； 生成子模塊，與所述累加子模塊相連接，用于確定所述累加子模塊所進(jìn)行的循環(huán)累加 全部完成后所生成的賦形權(quán)值，為所述智能天線陣的廣播波束權(quán)值。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種智能天線陣廣播波束權(quán)值的生成方法和裝置，該方法具體包括以下步驟根據(jù)智能天線陣的陣列形式，確定所述智能天線陣的陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式；通過所述陣列響應(yīng)矢量的計(jì)算公式，確定預(yù)設(shè)的角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量；通過所述角度序列中各角度的陣列響應(yīng)矢量，生成所述智能天線陣的廣播波束權(quán)值。通過應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，使智能天線陣中廣播波束權(quán)值的生成過程簡單化、統(tǒng)一化，智能天線的制造和配置過程中，無需再大量存儲(chǔ)多個(gè)廠家的權(quán)值數(shù)據(jù)，達(dá)到了減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的占用，降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和運(yùn)算復(fù)雜度，提高系統(tǒng)生成廣播波束權(quán)值的效率的效果。
文檔編號H04L1/06GK101848021SQ20091008015
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者劉龍山, 李傳軍 申請人:大唐移動(dòng)通信設(shè)備有限公司