專利名稱：正交移相鍵控基帶波束形成設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于智能天線定向發(fā)送的正交移相鍵控(QPSK)基帶波束形 成設(shè)備，可用于TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)智能天線的定向發(fā)送，實(shí)現(xiàn)CDMA(碼分多址)信道采用QPSK 調(diào)制的基帶信號加權(quán)波束形成，同時還涉及使用該設(shè)備的CDMA智能天線基站發(fā)信設(shè)備，屬 于移動通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
使用智能天線的CDMA基站發(fā)信設(shè)備是移動通信領(lǐng)域的高科技產(chǎn)品。正交移相鍵 控基帶波束形成這種高科技設(shè)備用于CDMA系統(tǒng)的智能天線基站發(fā)信機(jī)，能實(shí)現(xiàn)定向發(fā)送 并減少多用戶干擾的影響，提高頻譜和發(fā)信功率的資源利用率。雖然有許多資料提到可以 利用基帶信號加權(quán)波束形成方法實(shí)現(xiàn)智能天線的定向發(fā)送。但是據(jù)申請人的調(diào)研，至今還 沒有資料給出具體的QPSK基帶信號加權(quán)波束形成方法和相應(yīng)設(shè)備的原理。該方法相比于 中頻或射頻實(shí)現(xiàn)的智能天線定向發(fā)送方法而言，具有易于實(shí)現(xiàn)的基本特點(diǎn)，將使設(shè)備的可 靠性上升，費(fèi)用下降，使智能天線的推廣使用成為可能。
發(fā)明內(nèi)容 技術(shù)問題本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對以上還沒有相關(guān)技術(shù)資料說明 正交移相鍵控基帶信號加權(quán)波束形成方法，提出一種我們首創(chuàng)的用于智能天線定向發(fā)送的 正交移相鍵控基帶波束形成設(shè)備，這種設(shè)備也可用于TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)QPSK調(diào)制基帶信號加 權(quán)波束形成，實(shí)現(xiàn)智能天線的定向發(fā)送，可以大幅度減少多用戶干擾的影響，提高頻譜和發(fā) 信功率的資源利用率。 技術(shù)方案本實(shí)用新型的正交移相鍵控基帶波束形成方法根據(jù)智能天線陣元移相 饋電信號表達(dá)式cos(wt- e )或sin(wt- e )、它們的復(fù)數(shù)表達(dá)式Re[ejwte—je] 、 Im[ejwte—je] 和正交調(diào)制原理導(dǎo)出利用正交調(diào)制基帶信號加權(quán)實(shí)現(xiàn)智能天線定向發(fā)送波束形成方法的 相應(yīng)數(shù)學(xué)表達(dá)式Re [e—J'e ] cos " t_Im[e—J'e ] sin " t，并根據(jù)所述數(shù)學(xué)表達(dá)式給出所述波束 形成方法的單個CDMA(碼分多址)用戶單方向發(fā)送設(shè)備；其中Re和Im分別表示取虛數(shù)ejwt 的實(shí)部或虛部。 單個CDMA用戶單方向發(fā)信的設(shè)備包括串并變換電路，確定波束發(fā)信方向的加權(quán) 系數(shù)產(chǎn)生電路，用于數(shù)據(jù)基帶信號與加權(quán)系數(shù)的實(shí)部和虛部分別相乘的乘法器Mu、 M12、 M15 和Mw，用于已加權(quán)基帶信號正交調(diào)制的乘法器M13、 M14、 M17和M^用于正交調(diào)制信號合成的 加法器M『M，和Mm，以及90度移相電路(13)、上變頻電路(14)和天線陣元An ;智能天 線定向發(fā)送設(shè)備中所述串并變換電路的一路輸出端通過加權(quán)系數(shù)乘法器Mn和M^接正交載 波調(diào)制乘法器M13和MM的輸入端，所述加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生電路輸出加權(quán)系數(shù)的實(shí)部輸出端接所 述乘法器Mn和M16的輸入端，所述加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生電路的虛部輸出端接所述乘法器M12和M15 的輸入端，載波cos " t送至所述乘法器M13和M17的輸入端，載波cos " t經(jīng)所述90度移相 電路的輸出端接所述乘法器M14和M18的輸入端；所述乘法器M13和M14的輸出端分別接所述加法器M19的兩路輸入端，所述乘法器M17和M18的輸出端分別接加法器Mu。的兩路輸入端； 所述加法器M19和Mu。的輸出端分別接至所述加法器Mm的兩路輸入端；所述加法器Mm的 輸出端通過上變頻電路接天線An的輸入端。 單個CDMA用戶單方向發(fā)送設(shè)備中，將兩路正交加權(quán)的正交調(diào)制基帶信號In和IQ1 分別接加法器Ma的兩路輸入端，將兩路已加權(quán)的正交調(diào)制基帶信號Qn和QQ1分別接加法器 M22的兩路輸入端，所述加法器M21和M22的兩路輸出端分別接正交調(diào)制乘法器M23和M24的輸 入端，載波cos"t接所述加法器M^輸入端，所述載波cos"t經(jīng)9(T移相電路(21)輸出 端接所述乘法器M24的輸入端；所述加法器M23和M24的輸出端經(jīng)加法器M25輸出端接上變頻 電路(22)的輸入端，上變頻電路的輸出端接天線陣元Aa的輸入端。 所述單個CDMA用戶單方向發(fā)送設(shè)備能擴(kuò)展為N個CDMA用戶N個方向定向發(fā)信設(shè)
備的加權(quán)波束形成設(shè)備；將已加權(quán)的正交調(diào)制基帶信號I『II2........IIN，IQ1、IQ2........
IoM分別接加法器M31的多個輸入端；將已加權(quán)的正交調(diào)制基帶信號Qn、QI2........QIN，QQ1、
QQ2........QQN分別接加法器M32的多個輸入端；所述加法器M31和M32的輸出端經(jīng)正交調(diào)制
乘法器M33和M34的輸出端接加法器M35的兩路輸入端，載波cos " t接所述乘法器M33的另 一個輸入端，所述載波cos"t經(jīng)90。移相電路(31)的輸出端接所述乘法器MM的另一個 輸入端；所述加法器M^的輸出端通過上變頻電路(32)接天線陣元A^的輸入端。 利用智能天線實(shí)現(xiàn)定向發(fā)送時，智能天線第n個陣元饋電信號電流相位應(yīng)為 9 n = JI COS((J)。-(i)n) (1) 式中(K表示發(fā)信波束主瓣最大值的方向，小n與第n個陣元的位置有關(guān)，(K = 2 Ji *n/N = n/4。 根據(jù)下述公式，可以導(dǎo)出利用QPSK基帶信號加權(quán)實(shí)現(xiàn)智能天線定向發(fā)送的電路 框圖。 cos (cot-9) = Re[ejute—"] = Re [ (cos w t+jsin w t) (cos 9-jsin 9 )]= cos 9 cos co t+sin 9 sin co t = Re[e—"]cos wt-Im[e—"]sinwt (2) sin(cot-9) = Im[ej"te—"] = Im[ (cos co t+jsin co t) (cos 9+jsin 9 )]
=—sin 9 cos co t+cos 9 sin co t = Im[e—"]cos wt+Re[e—"]sinwt (3) 因此可給出智能天線某陣元利用QPSK基帶信號加權(quán)完成波束形成，實(shí)現(xiàn)智能天
線定向發(fā)送的電路框圖見圖l，用8個陣元構(gòu)成智能天線時，需8套類似電路。 本實(shí)用新型中用于一根天線陣元的QPSK基帶信號加權(quán)完成波束形成，實(shí)現(xiàn)智能
天線定向發(fā)送設(shè)備中的核心部分包括串并變換電路(ll)，確定波束發(fā)信方向的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)
生電路(12)，用于數(shù)據(jù)基帶信號與加權(quán)系數(shù)的實(shí)部和虛部分別相乘的乘法器Mn、M『M^和
M^用于已加權(quán)基帶信號正交調(diào)制的乘法器M13、 M14、 M17和M^，用于正交調(diào)制信號合成的加
法器M『Mn。和Mm，以及90度移相電路(13)、上變頻電路(14)和天線陣元An。 有益效果由于該實(shí)用新型利用基帶信號加權(quán)完成波束形成，使用8個陣元構(gòu)成
智能天線時，與中頻波束形成的智能天線定向發(fā)送設(shè)備相比，約可以省去7/8的中頻設(shè)備，
與射頻波束形成的智能天線定向發(fā)送設(shè)備相比，約可以省去7/8的中頻和射頻設(shè)備。由于
基帶波束形成的工作頻率很低，還能大幅度降低實(shí)現(xiàn)難度和費(fèi)用。

圖1為本實(shí)用新型用于一根天線陣元時，利用QPSK信號基帶加權(quán)實(shí)現(xiàn)智能天線定 向發(fā)送設(shè)備的核心部分原理框圖。其中包括串并變換電路ll，確定波束發(fā)信方向的加權(quán)系 數(shù)產(chǎn)生電路12，用于數(shù)據(jù)基帶信號與加權(quán)系數(shù)的實(shí)部和虛部分別相乘的乘法器Mn、 M12、 M15 和M^用于已加權(quán)基帶信號正交調(diào)制的乘法器M13、 M14、 M17和M^用于正交調(diào)制信號合成的 加法器M『Mn。和Mm，以及90度移相電路13、上變頻電路14和天線陣元Au。 圖2為圖1中QPSK調(diào)制乘法器M13、M14、M17、M18和QPSK調(diào)制加法器M19、Mu。、Mm部 分經(jīng)簡化得到的原理框圖。其中In和QQ1是圖1中經(jīng)加權(quán)系數(shù)實(shí)部加權(quán)后的基帶信號，Qn 和Iw分別是經(jīng)加權(quán)系數(shù)虛部加權(quán)后的基帶信號。此處，利用電路疊加原理省去了所述設(shè)備
原理圖中的一組正交調(diào)制乘法器。 圖3為一根天線陣元的N路用戶數(shù)據(jù)信號利用QPSK基帶信號加權(quán)實(shí)現(xiàn)智能天線 N個用戶方向定向發(fā)送時、經(jīng)基帶信號加權(quán)后的N個用戶信號求和，以及QPSK調(diào)制電路、上 變頻電路框圖。當(dāng)一副智能天線由8根陣元組成時，還需要有7套類似的電路。
具體實(shí)施方式根據(jù)正交載波移相表達(dá)式cos(wt- e )和sin(wt- e )的復(fù)數(shù)表達(dá)式Re[ejwte—je] 和Im[ejrte—je]可以導(dǎo)出用于智能天線定向發(fā)送的、本發(fā)明的QPSK基帶信號加權(quán)波束形成 方法，見圖1。 實(shí)施例一 本實(shí)施例利用智能天線同載波、N個CDMA用戶、N個方向的定向發(fā)信實(shí)現(xiàn)抑制多徑 干擾和多用戶接入干擾的基本目的。為了實(shí)現(xiàn)N個用戶已調(diào)制信號要求方向的定向發(fā)送， 此處利用QPSK基帶信號加權(quán)波束形成實(shí)現(xiàn)智能天線N個用戶要求方向的定向發(fā)送。 本實(shí)施例用于智能天線定向發(fā)送的、一根天線陣元的QPSK基帶信號加權(quán)電路、 QPSK調(diào)制電路等核心電路原理框圖見圖1.主要由下列部分組成串并變換電路ll，確定波 束發(fā)信方向的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生電路12，用于數(shù)據(jù)基帶信號與加權(quán)系數(shù)的實(shí)部和虛部分別相乘 的乘法器Mn、 M12、 M15和M16，用于已加權(quán)基帶信號正交調(diào)制的乘法器M13、 M14、 M17和M18，用于 正交調(diào)制信號合成的加法器M19、 Mu。和Mm，以及90度移相電路13、上變頻電路14和天線 陣元A『 首先應(yīng)根據(jù)第n個用戶要求的發(fā)信方向由加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生電路給出所需復(fù)加權(quán)系 數(shù)的實(shí)部和虛部，串行輸入的某用戶數(shù)據(jù)信號將由串并變換電路變換為IJt)和Qjt)兩 路數(shù)據(jù)信號，這兩路數(shù)據(jù)信號分別對應(yīng)于無定向發(fā)送時QPSK調(diào)制器的兩路輸入調(diào)制信 號。IJt)和加權(quán)系數(shù)的實(shí)部Re(w》、虛部Im(Wl)分別在乘法器Mn和M^中相乘，完成定 向發(fā)送所要求的加權(quán)過程，兩路乘法器送出的信號In、 Qh分別送入乘法器M『Mm完成 QPSK調(diào)制過程，所述M13、 M14乘法器的兩路輸出信號在加法器M19中相加，M19的輸出信號為 IlC0S(wt-e)。 Qjt)經(jīng)過與上述類似的處理過程得Qpin(wt-e)。從所述兩路輸出信號
的表達(dá)式中可以看出，在表達(dá)式中引入定向發(fā)送所要求的移相因子9 。乘法器M^和Mn。的 這兩路輸出信號在加法器中Mm中相加后，形成有定向發(fā)射作用的QPSK信號QPSKn送上變 頻電路，經(jīng)上變頻后可送天線陣元An。[0027] 為了完成定向發(fā)送，智能天線一般由8個天線陣元組成，即所述串并變換電路11的輸出IJt)和Qjt)需同時送到另外7個與上述處理單元類似的處理單元，在那些處理
單元中的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生電路中應(yīng)產(chǎn)生與天線陣元~、~........^相對應(yīng)的加權(quán)系數(shù)實(shí)部
Re (w2) 、 Re (w3)........Re (w7)，虛部Im (w2) 、 Im (w3)........Im (w7)。圖1為定向發(fā)信用
QPSK基帶信號加權(quán)的原理電路，圖1中乘法器M17和M18的功能可由M13和M14完成。圖1中乘法器M『M『Mw和M16的后續(xù)部分可簡化為圖2。 當(dāng)多個不同方向要求的用戶數(shù)據(jù)信號Djt)、Djt)........DN(t)輸入時，可經(jīng)N
個串并變換電路分別產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號IJt)、 I2(t)........IN(t)和Qjt)、 Q2(t)........
QN(t)。由N*8個加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生電路分別產(chǎn)生，8套加權(quán)系數(shù)再經(jīng)加權(quán)系數(shù)乘法器分別產(chǎn)生
經(jīng)過加權(quán)的基帶數(shù)據(jù)信號In、II2、....、工IN， Iq1、 Iq2、、 IqN， Qll、 Ql2、、 QlN， QqI、
QQ2........QQN。這些數(shù)據(jù)信號可按圖3中要求，分別送入加法器M^和M『所述加法器M^
和M32的輸出信號L和Q工送后續(xù)的QPSK調(diào)制器。所述QPSK調(diào)制器由乘法器M33和M^、加法器M35及90度相移電路31組成。 除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其它實(shí)施方式，也可以用于正交幅度調(diào)制信號的定向發(fā)送。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種正交移相鍵控基帶波束形成設(shè)備，其特征在于單個CDMA用戶單方向發(fā)信的設(shè)備包括串并變換電路(11)、確定波束發(fā)信方向的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生電路(12)、用于數(shù)據(jù)基帶信號與加權(quán)系數(shù)的實(shí)部和虛部分別相乘的乘法器M11、M12、M15和M16、用于已加權(quán)基帶信號正交調(diào)制的乘法器M13、M14、M17和M18、用于正交調(diào)制信號合成的加法器M19、M110和M111、以及90度移相電路(13)、上變頻電路(14)和大線陣元A11；智能天線定向發(fā)送設(shè)備中所述串并變換電路(11)的一路輸出端通過加權(quán)系數(shù)乘法器M11和M12接正交載波調(diào)制乘法器M13和M14的輸入端，所述加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生電路(12)輸出加權(quán)系數(shù)的實(shí)部輸出端接所述乘法器M11和M16的輸入端，所述加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生電路(12)的虛部輸出端接所述乘法器M12和M15的輸入端，載波cosωt送至所述乘法器M13和M17的輸入端，載波cosωt經(jīng)所述90度移相電路(13)的輸出端接所述乘法器M14和M18的輸入端；所述乘法器M13和M14的輸出端分別接所述加法器M19的兩路輸入端，所述乘法器M17和M18的輸出端分別接加法器M110的兩路輸入端；所述加法器M19和M110的輸出端分別接至所述加法器M111的兩路輸入端；所述加法器M111的輸出端通過上變頻電路接天線A11的輸入端。
2. 如權(quán)利要求l所述的正交移相鍵控基帶波束形成設(shè)備，其特征在于單個CDMA用戶單 方向發(fā)送設(shè)備中，將兩路正交加權(quán)的正交調(diào)制基帶信號In和Iw分別接加法器Ma的兩路輸 入端，將兩路已加權(quán)的正交調(diào)制基帶信號Qn和QQ1分別接加法器Ma的兩路輸入端，所述加 法器M21和M22的兩路輸出端分別接正交調(diào)制乘法器M23和M24的輸入端，載波cos " t接所 述加法器M23輸入端，所述載波cos " t經(jīng)90°移相電路(21)輸出端接所述乘法器M24的輸 入端；所述加法器MM和MM的輸出端經(jīng)加法器M^輸出端接上變頻電路(22)的輸入端，上 變頻電路的輸出端接天線陣元^的輸入端。
3. 如權(quán)利要求1所述的正交移相鍵控基帶波束形成設(shè)備，其特征在于所述單個CDMA 用戶單方向發(fā)送設(shè)備能擴(kuò)展為N個CDMA用戶N個方向定向發(fā)信設(shè)備的加權(quán)波束形成設(shè)備；將已加權(quán)的正交調(diào)制基帶信號In、 II2........IIN， IQ1、 IQ2........IQN分別接加法器M31的多個輸入端；將已加權(quán)的正交調(diào)制基帶信號Qn、QI2........QIN，QQ1、QQ2........Qom分別接加法器M32的多個輸入端；所述加法器M31和M32的輸出端經(jīng)正交調(diào)制乘法器M33和M34的輸 出端接加法器M^的兩路輸入端，載波cos"t接所述乘法器M^的另一個輸入端，所述載波 cos"t經(jīng)90。移相電路(31)的輸出端接所述乘法器MM的另一個輸入端；所述加法器M^ 的輸出端通過上變頻電路(32)接天線陣元A^的輸入端。
專利摘要正交移相鍵控基帶波束形成發(fā)備可用于TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)智能天線的定向發(fā)送，單個CDMA用戶單方向發(fā)信的設(shè)備包括串并變換電路(11)、確定波束發(fā)信方向的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生電路(12)、用于數(shù)據(jù)基帶信號與加權(quán)系數(shù)的實(shí)部和虛部分別相乘的乘法器M11、M12、M15和M16、用于已加權(quán)基帶信號正交調(diào)制的乘法器M13、M14、M17和 M18、用于正交調(diào)制信號合成的加法器M19、M110和M111、以及90度移相電路(13)、上變頻電路(14)和天線陣元A11。利用QPSK基帶信號加權(quán)實(shí)現(xiàn)智能天線定向發(fā)送相比于中頻或射頻實(shí)現(xiàn)智能天線定向發(fā)送而言，具有易于實(shí)現(xiàn)的基本特點(diǎn)，將使設(shè)備可靠性上升、費(fèi)用下降，使智能天線的推廣使用成為可能。
文檔編號H04J11/00GK201450519SQ200920045639
公開日2010年5月5日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者傅海陽, 李凡, 楊景, 許生, 賈向東 申請人:南京郵電大學(xué)