專利名稱:智能天線的波束賦形方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及通信技術(shù)中的波束賦形技術(shù)領(lǐng)域,更具體的說是涉及一種智能天線的波束賦形方法、裝置及系統(tǒng)。
背景技術(shù):
智能天線是一種雙向天線,為了降低計算復(fù)雜度和和提高系統(tǒng)性能,其主要應(yīng)用于基站上。其實際上是利用共享同一信道的不同用戶之間的空間特征差異來實現(xiàn)信道倍增的,使用同一頻道、同一時隙和同一碼字的用戶只要信號的空間特征不同,就可以通過空域濾波實現(xiàn)用戶信號的分離。在智能天線中其核心技術(shù)之一的波束賦形方法,通過多個陣列天線所接收的信號進行幅相加權(quán),來獲得所需要的天線波束指向,以實現(xiàn)空間分離。智能天線作為通信系統(tǒng)(該通信系統(tǒng)可以為TD-SCDMA系統(tǒng))的一部分安裝在基站上,其上行進行分集接收,下行發(fā)射采用波束賦形。傳統(tǒng)的波束賦形技術(shù)一般采用單波束賦形,但是這些方法均未考慮信道的相關(guān)性,降低了信道增益,從而影響了下行接收機的性能。為了能充分利用信道的分集增益,現(xiàn)有技術(shù)中多采用多波束賦形算法,對所有多徑分別進行波束賦形。但是,在現(xiàn)有技術(shù)的無線信號傳播環(huán)境中,無線信道非常復(fù)雜,從簡單的視距傳播到具有各種障礙物的反射、折射以及多徑等傳播環(huán)境,尤其在角度擴展較小的情況下,由于存在大量的相關(guān)信號,以及多徑信號之間的相關(guān)性較高,容易使期望用戶的空間特征受到影響,以及使用戶的空間協(xié)方差矩陣出現(xiàn)秩缺失,造成對現(xiàn)有技術(shù)中的上行接收信號的功率最大準(zhǔn)則的波束賦形算法的影響,進而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的下行波束賦形性能。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此,本發(fā)明提供了一種智能天線的波束賦形方法、裝置及系統(tǒng),以克服現(xiàn)有技術(shù)中由于多徑信號之間具有較高的相關(guān)性,容易使期望用戶的空間特征和空間協(xié)方差矩陣受到影響,從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的下行波束賦形性能的問題。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種智能天線的波束賦形方法,包括依據(jù)預(yù)先得到的各用戶的陣列天線的信道沖激響應(yīng)矩陣H對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣R進行計算,獲取所述用戶的下行波束賦形權(quán)向量Ue ;共軛重排所述信道沖激響應(yīng)矩陣H,確定信道沖激響應(yīng)矩陣Hm ;依據(jù)所述信道沖激響應(yīng)矩陣Hm對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣艮進行計算,獲取共軛重排后所述用戶的下行波束賦形權(quán)向量;將共軛重排前后的下行波束賦形權(quán)向量隊和下行波束賦形權(quán)向量Mftm為作為修正參數(shù),確定修正后的下行波束賦形權(quán)向量V = (UR+URm)/2·,利用所述下行波束賦形權(quán)向量U加權(quán)各天線幅相,以實現(xiàn)所述用戶的下行波束賦形。
優(yōu)選地,所述共軛重排信道沖激響應(yīng)矩陣H,確定信道沖激響應(yīng)矩陣Hm的過程包括獲取MXM階的單位反向矩陣I,及所述沖激響應(yīng)矩陣H的復(fù)共軛矩陣H* ;確定所述信道沖激響應(yīng)矩陣Hm = I X H* ;其中M表示基站陣列天線數(shù),所述復(fù)共軛矩陣H*與反向單位矩陣I同階。優(yōu)選地,所述信道沖激響應(yīng)矩陣對應(yīng)的所述空間協(xié)方差矩陣Rm的獲取過程包括獲取所述信道沖激響應(yīng)矩陣Hm的共軛轉(zhuǎn)置矩陣(Hm) H ;確定所述空間協(xié)方差矩陣Rm = HfflX (HJh0優(yōu)選地,依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣R進行計算,獲取所述用戶的下行波束賦形權(quán)向量Uk的過程包括對所述空間協(xié)方差矩陣R進行奇異值分解、特征分解或QR分解,獲取所述空間協(xié)方差矩陣R中最大特征值對應(yīng)的特征向量;確定所述特征向量為下行波束賦形權(quán)向量Us ;或者,計算所述陣列天線的陣列導(dǎo)向矢量;依據(jù)所述陣列導(dǎo)向矢量對所述空間協(xié)方差矩陣R進行掃描,獲取最大功率,及所述最大功率對應(yīng)的陣列導(dǎo)向矢量;確定對應(yīng)所述最大功率的陣列導(dǎo)向矢量為下行波束賦形權(quán)向量UR。優(yōu)選地,依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行計算,獲取所述用戶的波束賦形權(quán)向量的過程包括對所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行奇異值分解、特征分解或QR分解,獲取所述空間協(xié)方差矩陣Rm中最大特征值對應(yīng)的特征向量;確定所述特征向量為下行波束賦形權(quán)向量Mftm ;或者,計算所述陣列天線的陣列導(dǎo)向矢量;依據(jù)所述陣列導(dǎo)向矢量對所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行掃描,獲取最大功率,及所述最大功率對應(yīng)的陣列導(dǎo)向矢量;確定對應(yīng)所述最大功率的陣列導(dǎo)向矢量為下行波束賦形權(quán)向量Mftm。一種智能天線的波束賦形裝置,包括共軛重排模塊,用于共軛重排所述信道沖激響應(yīng)矩陣H,確定信道沖激響應(yīng)矩陣 Hm ;空間協(xié)方差矩陣生成模塊,用于依據(jù)所述信道沖激響應(yīng)矩陣H獲取其對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣R,以及依據(jù)所述信道沖激響應(yīng)矩陣^獲取其對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣Rm ;權(quán)向量生成模塊,用于依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣R進行計算,生成其對應(yīng)的下行波束賦形權(quán)向量UE,以及依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行計算,生成其對應(yīng)的下行波束賦形權(quán)向量Mftm,以及用于將所述下行波束賦形權(quán)向量Uk和下行波束賦形權(quán)向量為作為修正參數(shù),確定修正后的下行波束賦形權(quán)向量V = {Ur+Ur)I2·
加權(quán)賦形模塊,用于利用所述下行波束賦形權(quán)向量U加權(quán)各天線幅相,以實現(xiàn)所述用戶的下行波束賦形。優(yōu)選地,所述裝置包括上行信號信道估計模塊,用于依據(jù)基站接收的上行信號,估計各用戶在各天線上的信道估計;來波方向處理模塊,用于依據(jù)各用戶在各天線上的信道估計結(jié)果,構(gòu)造各用戶的信道沖激響應(yīng)矩陣H。優(yōu)選地,所述權(quán)向量生成模塊包括分解單元,用于采用奇異值分解、特征分解或QR分解法對所述空間協(xié)方差矩陣R 或所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行分解,分別獲取所述空間協(xié)方差矩陣R或所述空間協(xié)方差矩陣Rm中最大特征值對應(yīng)的特征向量;第一確定單元,用于確定分解單元中獲取的所述特征向量為下行波束賦形權(quán)向量 Uk或下行波束賦形權(quán)向量Mftm。優(yōu)選地,所述權(quán)向量生成模塊包括計算單元,用于計算所述陣列天線的陣列導(dǎo)向矢量;獲取單元,用于依據(jù)所述陣列導(dǎo)向矢量對所述空間協(xié)方差矩陣R或所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行掃描,獲取對應(yīng)最大功率的陣列導(dǎo)向矢量;第二確定單元,用于確定對應(yīng)所述最大功率的陣列導(dǎo)向矢量為下行波束賦形權(quán)向量Uk或下行波束賦形權(quán)向量Mftm。一種具有智能天線的無線通信系統(tǒng),其特征在于,包括權(quán)利要求6所述的智能天線的波束賦形裝置,所述波束賦形裝置,用于實現(xiàn)對智能天線的下行波束賦形的控制。經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知,與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明公開了一種智能天線的波束賦形方法、裝置及系統(tǒng),本發(fā)明實施例通過對信道沖激響應(yīng)矩陣進行共軛重排,以及基于對應(yīng)信道沖激響應(yīng)矩陣的空間協(xié)方差矩陣的相關(guān)的處理,獲取用于加權(quán)各天線幅相的下行波束賦形權(quán)向量,實現(xiàn)對空間協(xié)方差矩陣的平滑,達到了在不增加計算量的基礎(chǔ)上,不縮小陣列天線孔徑、降低多徑信號相關(guān)性的目的,即使存在較強的相關(guān)信號,仍然能夠保證實現(xiàn)較好的下行波束賦形的目的。
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)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)明的實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例一公開的一種智能天線的波束賦形方法的流程圖;圖2為本發(fā)明實施例一公開的又一種智能天線的波束賦形方法的流程圖;圖3為本發(fā)明實施例一公開的另一種智能天線的波束賦形方法的流程圖;圖4為本發(fā)明實施例公開的一種智能天線的波束賦形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;圖5為本發(fā)明實施例公開的又一種智能天線的波束賦形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;圖6為本發(fā)明實施例公開的另一種智能天線的波束賦形裝置的結(jié)構(gòu)示意6
圖7為本發(fā)明實施例公開的另一種智能天線的波束賦形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
具體實施例方式為了引用和清楚起見,下文中使用的技術(shù)名詞的說明、簡寫或縮寫總結(jié)如下TD-SCDMA :Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access,時分同步碼分多址;SVD分解Singular value decomposition,奇異值分解,是一種正交矩陣分解法;DOA direction Of Arrival,波達方向,即根據(jù)來波信號估計其方位角的信號處理;QR分解QR分解法是將矩陣分解成一個正規(guī)正交矩陣與上三角形矩陣,所以稱為 QR分解法,與此正規(guī)正交矩陣的通用符號Q有關(guān)。下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。由背景技術(shù)可知,目前在無線信號傳播的環(huán)境中,無線信道非常復(fù)雜,尤其是在角度擴展較小的情況下,由于存在大量的相關(guān)信號,以及多徑信號之間的相關(guān)性較高,容易使期望用戶的空間特征受到影響,以及使用戶的空間協(xié)方差矩陣出現(xiàn)秩缺失,造成對現(xiàn)有技術(shù)中的上行接收信號的功率最大準(zhǔn)則的波束賦形算法的影響,進而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的下行波束賦形性能。有鑒于此,本發(fā)明提供了一種解決方案,其基本思路是對用戶的信道沖激響應(yīng)矩陣進行處理,獲取修正的空間協(xié)方差矩陣,然后基于修正的空間協(xié)方差矩陣進行波束賦形。 具體過程通過以下實施例進行說明。實施例一請參閱附圖1,為本發(fā)明實施例公開的一種智能天線的波束賦形方法的流程圖,主要包括以下步驟步驟S101,基站對接收到的上行信號進行處理,實現(xiàn)對各用戶在各天線上的信道估計。步驟S102,依據(jù)各用戶在各天線上的信道估計結(jié)果,構(gòu)造各用戶的陣列天線的信道沖激響應(yīng)矩陣H。在執(zhí)行步驟SlOl和步驟S102時,對于各個用戶,即期望用戶進行信道估計,并依據(jù)信道估計的結(jié)果獲取各用戶的陣列天線的信道沖激響應(yīng)矩陣H,是基于TD-SCDMA系統(tǒng)中運用的無線信道模型,其數(shù)學(xué)表達式為
Lhk (γ, φ) = Yj gkJ ( )δ(τ - Tkl )δ(φ -φκι)(1)其中,hk(T,φ)表示第k個用戶的信道響應(yīng),其為時延τ和到達角φ的函數(shù); L表示信道總的路徑數(shù);1代表各多徑標(biāo)號WuU)、τ “、Φ"分別表示第k個用戶的第1 條多徑的時變信號幅度、相對時延和相對到達角。
在通信系統(tǒng)中,當(dāng)用戶設(shè)備發(fā)送的信號經(jīng)過多徑信道到達基站時,在基站使用陣列天線的情況下,每個接收天線上的信道沖激響應(yīng),由不同來波方向,即DOA入射的方向性
信道沖激響應(yīng)疊加而成。如下示出一示例第k個用戶發(fā)送的信號入射到基站陣列天線時具有不同來波方向的入射信號數(shù)目為Lk ;從時域角度觀察,若疊加后的信道沖激響應(yīng)離散抽頭數(shù)為W,則信道沖激響應(yīng)可表示為WX 1維離散矢量,即時域上Lk個獨立的多徑分量的疊加實際上是Lk個信道沖激響應(yīng)矢量對應(yīng)位置元素的加權(quán)疊加,所獲得的權(quán)值即為該方向的衰落幅度。
.(k, 1) 當(dāng)?shù)趉個用戶第1個入射信號的方向性信道沖激響應(yīng)矢量表示為h(k’" = [h (1),h(k'" (2),· h(k'" (W)]T,那么第k個用戶所有方向性信道沖激響應(yīng)矢量所構(gòu)成的一個方向性信道沖激響應(yīng)矩陣為 H(k)=
瀘 ’2)(2),..d
h(kM\llh(kM\2l...,h(kM\W)
(2)其中,M表示基站陣列天線數(shù),W表示信道估計窗長(W = 128)。步驟S103,根據(jù)各用戶的陣列天線的信道沖激響應(yīng)矩陣H進行計算,獲取其對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣R。 基于上述示例對步驟S103進行說明,第k個用戶的信道沖激響應(yīng)矩陣為Ηω,取其共軛轉(zhuǎn)置矩陣(H(k))H,使共軛轉(zhuǎn)置矩陣(Ηω)Η左乘信道沖激響應(yīng)矩陣Ηω獲取第k個用戶的空間協(xié)方差矩陣R(k),其具體所依據(jù)的公式為R(k) = H(k)X (H(k))H(3)通用式為Rm= HmX (HJh (4)步驟S104,依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣R進行計算,獲取所述用戶的下行波束賦形
權(quán)向量UK。步驟S105,共軛重排預(yù)先得到的各用戶的陣列天線的信道沖激響應(yīng)矩陣H,確定信道沖激響應(yīng)矩陣Hm。在實現(xiàn)對陣列的重排時,根據(jù)矩陣乘法的意義可知,在取單位反向矩陣I時,對陣列的接收端數(shù)據(jù)需要進行左乘。因此,對信道沖激響應(yīng)矩陣H進行共軛重排時,需要對信道沖激響應(yīng)矩陣的共軛H*左乘反向單位矩陣I,其對應(yīng)的數(shù)學(xué)公式為Hm = IXH*?;谏鲜鍪纠龑π诺罌_激響應(yīng)矩陣H的共軛重排進行說明。獲取MXM階的單位反向矩陣I,即 I=
0 · 0 1 0 1 0
1 0
0
(5)
MxM 獲取第k個用戶的信道沖激響應(yīng)矩陣H(k)的復(fù)共軛矩陣H(k)*,采用信道沖激響應(yīng)矩陣H(k)的復(fù)共軛矩陣H(k)*左乘反向單位矩陣I,獲取信道沖激響應(yīng)矩陣Hm,其計算過程可表示為
Hm(k) = IXH(k)* (6)步驟S106,依據(jù)所述信道沖激響應(yīng)矩陣Hm獲取其對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣Rm。基于上述示例對步驟S106進行說明,第k個用戶的共軛重排后的信道沖激響應(yīng)矩陣為Hm(k),取其共軛轉(zhuǎn)置矩陣(Hm(k))H,使共軛轉(zhuǎn)置矩陣(Hm(k))H左乘信道沖激響應(yīng)矩陣Hm(k) 獲取第k個用戶的空間協(xié)方差矩陣Rm(k),其具體所依據(jù)的公式為Rm(k) = Hm(k) X (Hm(k))H = I XR(k)*X I (3)通用式為Rm= HmX (HJH(4)步驟S107,依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行計算,獲取共軛重排后所述用戶的下行波束賦形權(quán)向量。步驟S108,將共軛重排前后的下行波束賦形權(quán)向量Uk和下行波束賦形權(quán)向量為作為修正參數(shù),確定修正后的下行波束賦形權(quán)向量V =(仏+ )/2。在執(zhí)行步驟S108時,將執(zhí)行步驟S104和步驟S107后,獲得的共軛重排前后的下行波束賦形權(quán)向量Uk和下行波束賦形權(quán)向量Mftm為作為修正參數(shù),對用于加權(quán)各天線幅相的權(quán)向量進行修正,即獲取修正后的下行波束賦形權(quán)向量U。其修正的過程用數(shù)學(xué)公式表示為U = {UR+URm)H(5)基于上述示例對步驟S108的說明,第k個用戶的共軛重排后的下行波束賦形權(quán)向量Uk(k)和下行波束賦形權(quán)向量作為修正參數(shù),對用于加權(quán)各天線幅相的權(quán)向量進行修正,獲取修正后的下行波束賦形權(quán)向量U(k),其具體可表示為U(k) = (UR(k)+URm(k)) 12(6)步驟S109,利用所述下行波束賦形權(quán)向量U加權(quán)各天線幅相,以實現(xiàn)所述用戶的下行波束賦形。上述本發(fā)明實施例公開的智能天線的波束賦形方法,通過對信道沖激響應(yīng)矩陣進行共軛重排,以及基于對應(yīng)信道沖激響應(yīng)矩陣的空間協(xié)方差矩陣的相關(guān)的處理,獲取用于加權(quán)各天線幅相的下行波束賦形權(quán)向量,實現(xiàn)對空間協(xié)方差矩陣的平滑,但是,其在進行上述過程中并不會產(chǎn)生子陣列,即只針對原陣列進行平滑處理,達到了在不增加計算量的基礎(chǔ)上,不縮小陣列天線孔徑、降低多徑信號相關(guān)性的目的,即能夠使波束形成器在完全降低 (或是極大降低)多徑相關(guān)信號的過程中,解決智能天線中由于多徑相關(guān)信號引起期望用戶上行空間特征估計性能惡化,從而影響下行波束賦形性能問題。與現(xiàn)有技術(shù)中的基于上行接收信號的功率最大準(zhǔn)則的波束賦形算法,能有效地降低多徑信號之間的相關(guān)性,能使期望用戶獲得較好的波束賦形性能。需要說明的是,在上述本發(fā)明公開的實施例的基礎(chǔ)上,在獲取共軛重排前后的下行波束賦形權(quán)向量Uk和下行波束賦形權(quán)向量Mftm的過程中,如圖2所示,步驟S104具體的執(zhí)行過程為步驟S1041,對所述空間協(xié)方差矩陣R進行奇異值分解、特征分解或QR分解,獲取所述空間協(xié)方差矩陣R中最大特征值對應(yīng)的特征向量。步驟S1042,確定所述特征向量為下行波束賦形權(quán)向量UK。
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步驟S107具體的執(zhí)行過程為步驟S1071,對所述空間協(xié)方差矩陣艮進行奇異值分解、特征分解或QR分解,獲取所述空間協(xié)方差矩陣Rm中最大特征值對應(yīng)的特征向量。步驟S1072,確定所述特征向量為下行波束賦形權(quán)向量Mftm。在執(zhí)行上述步驟S104和步驟S107中,進行分解的過程可以采用三種不同的方式, 因此在執(zhí)行步驟S104和步驟S107時,可以根據(jù)實際情況進行任意的選擇。需要說明的是,除了上述獲取共軛重排前后的下行波束賦形權(quán)向量Uk和下行波束賦形權(quán)向量的方式以外,如圖3所示,在上述本發(fā)明公開的實施例的基礎(chǔ)上,步驟S104 具體的執(zhí)行過程為步驟S1043,計算所述陣列天線的陣列導(dǎo)向矢量。步驟S1044,依據(jù)所述陣列導(dǎo)向矢量對所述空間協(xié)方差矩陣R進行掃描,獲取最大功率,及所述最大功率對應(yīng)的陣列導(dǎo)向矢量。步驟S1045,確定對應(yīng)所述最大功率的陣列導(dǎo)向矢量為下行波束賦形權(quán)向量UR。步驟S107具體的執(zhí)行過程為步驟S1073,計算所述陣列天線的陣列導(dǎo)向矢量。步驟S1074,依據(jù)所述陣列導(dǎo)向矢量對所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行掃描,獲取最大功率,及所述最大功率對應(yīng)的陣列導(dǎo)向矢量。步驟S1075,確定對應(yīng)所述最大功率的陣列導(dǎo)向矢量為下行波束賦形權(quán)向量Mftm。在執(zhí)行上述步驟S1044和步驟S1074時,依據(jù)所述陣列導(dǎo)向矢量對所述空間協(xié)方差矩陣進行掃描的過程實際為將獲取到的陣列導(dǎo)向矢量與空間協(xié)方差矩陣進行相乘運算,獲取的相乘結(jié)果即為對應(yīng)的最大功率。此外,在獲取共軛重排前后的下行波束賦形權(quán)向量Uk和下行波束賦形權(quán)向量Mftm 的過程中,針對共軛重排前的空間協(xié)方差矩陣R和共軛重排后的空間協(xié)方差矩陣Rm,可以采用上述方式中的任意一種進行相關(guān)的運算,即并不限于上述對應(yīng)的步驟S1041至步驟 S1072,或步驟S1043至步驟S1075方式,可以任意組合。上述本發(fā)明公開的實施例中詳細(xì)描述了一種智能天線的波束賦形方法,對于本發(fā)明的方法可采用多種形式的裝置實現(xiàn),因此本發(fā)明還公開了一種智能天線的波束賦形裝置,下面給出具體的實施例進行詳細(xì)說明。請參閱附圖4,為本發(fā)明公開的一種智能天線的波束賦形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖,主要包括上行信號信道估計模塊101、來波方向處理模塊102、共軛重排模塊103、空間協(xié)方差矩陣生成模塊104、權(quán)向量生成模塊105和加權(quán)賦形模塊106。上述模塊依次連接。上行信號信道估計模塊101,用于依據(jù)基站接收的上行信號,估計各用戶在各天線上的信道估計。來波方向處理模塊102,用于依據(jù)上行信號信道估計模塊101中獲取的各用戶在各天線上的信道估計結(jié)果,構(gòu)造各用戶的信道沖激響應(yīng)矩陣H。共軛重排模塊103,用于共軛重排來波方向處理模塊102獲取到的所述信道沖激響應(yīng)矩陣H,確定信道沖激響應(yīng)矩陣Hm。空間協(xié)方差矩陣生成模塊104,用于依據(jù)共軛重排模塊103中得到的所述信道沖激響應(yīng)矩陣H獲取其對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣R,以及依據(jù)所述信道沖激響應(yīng)矩陣獲取其對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣Rm。權(quán)向量生成模塊105,用于依據(jù)空間協(xié)方差矩陣生成模塊104中生成的所述空間協(xié)方差矩陣R進行計算,生成其對應(yīng)的下行波束賦形權(quán)向量Uk,以及依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行計算,生成其對應(yīng)的下行波束賦形權(quán)向量,以及用于將所述下行波束賦形權(quán)向量Uk和下行波束賦形權(quán)向量Mftm為作為修正參數(shù),確定修正后的下行波束賦形權(quán)向量
u =、uR+uRjn。加權(quán)賦形模塊106,用于利用權(quán)向量生成模塊105中生成的所述下行波束賦形權(quán)向量U加權(quán)各天線幅相,以實現(xiàn)所述用戶的下行波束賦形。需要說明的是,在上述本發(fā)明所公開的實施例的基礎(chǔ)上,如附圖5所示,該權(quán)向量生成模塊105包括生成單元1051和修正單元1052。生成單元1051,用于依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣R進行計算,生成其對應(yīng)的下行波束賦形權(quán)向量UK,以及依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行計算,生成其對應(yīng)的下行波束賦形權(quán)向量Mftm。修正單元1052,用于將生成單元1051中生成的所述下行波束賦形權(quán)向量 Ue和下行波束賦形權(quán)向量Mftm為作為修正參數(shù),確定修正后的下行波束賦形權(quán)向量
u =、uR+uRjn。需要說明的是,在上述本發(fā)明所公開的實施例的基礎(chǔ)上,如附圖6所示,該權(quán)向量生成模塊105中的生成單元1051可以具體為分解單元10511和第一確定單元10512。分解單元10511,用于采用奇異值分解、特征分解或QR分解法對所述空間協(xié)方差矩陣R或所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行分解,分別獲取所述空間協(xié)方差矩陣R或所述空間協(xié)方差矩陣Rm中最大特征值對應(yīng)的特征向量。第一確定單元10512,用于確定分解單元中獲取的所述特征向量為下行波束賦形權(quán)向量Uk或下行波束賦形權(quán)向量。此外,如附圖7所示,該權(quán)向量生成模塊105中的生成單元1051還可以具體為計算單元10513、獲取單元10514和第二確定單元10515。計算單元10513,用于計算所述陣列天線的陣列導(dǎo)向矢量。獲取單元10514,用于依據(jù)所述陣列導(dǎo)向矢量對所述空間協(xié)方差矩陣R或所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行掃描,獲取對應(yīng)最大功率的陣列導(dǎo)向矢量。第二確定單元10515,用于確定對應(yīng)所述最大功率的陣列導(dǎo)向矢量為下行波束賦形權(quán)向量Uk或下行波束賦形權(quán)向量Mftm。上述本發(fā)明實施例公開的裝置中各個模塊以及單元具體的執(zhí)行過程,依據(jù)上述本發(fā)明實施例公開的方法進行執(zhí)行,具體過程基本一致,因此,這里不再進行贅述。此外,上述本發(fā)明實施例所公開的智能天線的波束賦形裝置,可應(yīng)用于現(xiàn)有技術(shù)中的無線通信系統(tǒng)。并且主要應(yīng)用于對TD-SCDMA系統(tǒng)上的智能天線的下行波束賦形的控制,通過上述智能天線的波束賦形可以降低現(xiàn)有技術(shù)中的TD-SCDMA系統(tǒng)在下行波束賦形上的計算復(fù)雜度,提高該系統(tǒng)的系統(tǒng)性能,但是本發(fā)明該智能天線的波束賦形裝置并不僅限于應(yīng)用于TD-SCDMA系統(tǒng)中。
綜上所述基于上述本發(fā)明實施例通過對信道沖激響應(yīng)矩陣進行共軛重排,以及基于對應(yīng)信道沖激響應(yīng)矩陣的空間協(xié)方差矩陣的相關(guān)的處理,獲取用于加權(quán)各天線幅相的下行波束賦形權(quán)向量,實現(xiàn)對空間協(xié)方差矩陣的平滑,達到了在不增加計算量的基礎(chǔ)上,不縮小陣列天線孔徑、降低多徑信號相關(guān)性的目的,即使存在較強的相關(guān)信號,仍然能夠保證實現(xiàn)較好的下行波束賦形的目的。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述,每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處,各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言,由于其與實施例公開的方法相對應(yīng),所以描述的比較簡單,相關(guān)之處參見方法部分說明即可。結(jié)合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊,或者二者的結(jié)合來實施。軟件模塊可以置于隨機存儲器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。對所公開的實施例的上述說明,使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下,在其它實施例中實現(xiàn)。因此,本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種智能天線的波束賦形方法,其特征在于,包括依據(jù)預(yù)先得到的各用戶的陣列天線的信道沖激響應(yīng)矩陣H對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣R進行計算,獲取所述用戶的下行波束賦形權(quán)向量Uk ;共軛重排所述信道沖激響應(yīng)矩陣H,確定信道沖激響應(yīng)矩陣Hm ; 依據(jù)所述信道沖激響應(yīng)矩陣扎對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣艮進行計算,獲取共軛重排后所述用戶的下行波束賦形權(quán)向量;將共軛重排前后的下行波束賦形權(quán)向量Uk和下行波束賦形權(quán)向量Mftm為作為修正參數(shù),確定修正后的下行波束賦形權(quán)向量V = (UR+URm)/2·,利用所述下行波束賦形權(quán)向量U加權(quán)各天線幅相,以實現(xiàn)所述用戶的下行波束賦形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述共軛重排信道沖激響應(yīng)矩陣H,確定信道沖激響應(yīng)矩陣Hm的過程包括獲取MXM階的單位反向矩陣I,及所述沖激響應(yīng)矩陣H的復(fù)共軛矩陣H* ; 確定所述信道沖激響應(yīng)矩陣Hm = IXH* ;其中M表示基站陣列天線數(shù),所述復(fù)共軛矩陣H*與反向單位矩陣I同階。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述信道沖激響應(yīng)矩陣對應(yīng)的所述空間協(xié)方差矩陣Rm的獲取過程包括獲取所述信道沖激響應(yīng)矩陣Hm的共軛轉(zhuǎn)置矩陣(Hm)H ; 確定所述空間協(xié)方差矩陣Rm = HfflX (Hm)H。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其特征在于,依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣R進行計算,獲取所述用戶的下行波束賦形權(quán)向量Uk的過程包括對所述空間協(xié)方差矩陣R進行奇異值分解、特征分解或QR分解,獲取所述空間協(xié)方差矩陣R中最大特征值對應(yīng)的特征向量;確定所述特征向量為下行波束賦形權(quán)向量Us ; 或者,計算所述陣列天線的陣列導(dǎo)向矢量;依據(jù)所述陣列導(dǎo)向矢量對所述空間協(xié)方差矩陣R進行掃描,獲取最大功率,及所述最大功率對應(yīng)的陣列導(dǎo)向矢量;確定對應(yīng)所述最大功率的陣列導(dǎo)向矢量為下行波束賦形權(quán)向量UK。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的方法,其特征在于,依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣 Rffl進行計算,獲取所述用戶的波束賦形權(quán)向量的過程包括對所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行奇異值分解、特征分解或QR分解,獲取所述空間協(xié)方差矩陣Rm中最大特征值對應(yīng)的特征向量;確定所述特征向量為下行波束賦形權(quán)向量; 或者,計算所述陣列天線的陣列導(dǎo)向矢量;依據(jù)所述陣列導(dǎo)向矢量對所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行掃描,獲取最大功率,及所述最大功率對應(yīng)的陣列導(dǎo)向矢量;確定對應(yīng)所述最大功率的陣列導(dǎo)向矢量為下行波束賦形權(quán)向量。
6.一種智能天線的波束賦形裝置,其特征在于,包括共軛重排模塊,用于共軛重排所述信道沖激響應(yīng)矩陣H,確定信道沖激響應(yīng)矩陣Hm ;空間協(xié)方差矩陣生成模塊,用于依據(jù)所述信道沖激響應(yīng)矩陣H獲取其對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣R,以及依據(jù)所述信道沖激響應(yīng)矩陣Hm獲取其對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣Rm ;權(quán)向量生成模塊,用于依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣R進行計算,生成其對應(yīng)的下行波束賦形權(quán)向量Ur,以及依據(jù)所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行計算,生成其對應(yīng)的下行波束賦形權(quán)向量^7 ,以及用于將所述下行波束賦形權(quán)向量Uk和下行波束賦形權(quán)向量Mftm為作為修正參數(shù),確定修正后的下行波束賦形權(quán)向量V = (UR+URm)/2·,加權(quán)賦形模塊,用于利用所述下行波束賦形權(quán)向量U加權(quán)各天線幅相,以實現(xiàn)所述用戶的下行波束賦形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置,其特征在于,所述裝置包括上行信號信道估計模塊,用于依據(jù)基站接收的上行信號,估計各用戶在各天線上的信道估計;來波方向處理模塊,用于依據(jù)各用戶在各天線上的信道估計結(jié)果,構(gòu)造各用戶的信道沖激響應(yīng)矩陣H。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置,其特征在于,所述權(quán)向量生成模塊包括分解單元,用于采用奇異值分解、特征分解或QR分解法對所述空間協(xié)方差矩陣R或所述空間協(xié)方差矩陣R1進行分解,分別獲取所述空間協(xié)方差矩陣R或所述空間協(xié)方差矩陣Rm 中最大特征值對應(yīng)的特征向量;第一確定單元,用于確定分解單元中獲取的所述特征向量為下行波束賦形權(quán)向量Uk或下行波束賦形權(quán)向量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置,其特征在于,所述權(quán)向量生成模塊包括計算單元,用于計算所述陣列天線的陣列導(dǎo)向矢量;獲取單元,用于依據(jù)所述陣列導(dǎo)向矢量對所述空間協(xié)方差矩陣R或所述空間協(xié)方差矩陣Rm進行掃描,獲取對應(yīng)最大功率的陣列導(dǎo)向矢量;第二確定單元,用于確定對應(yīng)所述最大功率的陣列導(dǎo)向矢量為下行波束賦形權(quán)向量Uk 或下行波束賦形權(quán)向量。
10.一種具有智能天線的無線通信系統(tǒng),其特征在于,包括權(quán)利要求6所述的智能天線的波束賦形裝置,所述波束賦形裝置,用于實現(xiàn)對智能天線的下行波束賦形的控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能天線的波束賦形方法、裝置及系統(tǒng),其方法為依據(jù)預(yù)先獲取的信道沖激響應(yīng)矩陣H對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣R進行計算,獲取下行波束賦形權(quán)向量UR;依據(jù)共軛重排信道沖激響應(yīng)矩陣H后確定的信道沖激響應(yīng)矩陣Hm對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣Rm進行計算,獲取下行波束賦形權(quán)向量將下行波束賦形權(quán)向量UR和下行波束賦形權(quán)向量為作為修正參數(shù),確定修正后的下行波束賦形權(quán)向量利用下行波束賦形權(quán)向量U加權(quán)各天線幅相,以實現(xiàn)所述用戶的下行波束賦形。通過上述過程達到了在不增加計算量的基礎(chǔ)上,不縮小陣列天線孔徑、降低多徑信號相關(guān)性的目的,即使存在較強的相關(guān)信號,仍能夠保證實現(xiàn)較好的下行波束賦形的目的。
文檔編號H04B7/06GK102170303SQ20111009977
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者丁婷, 東方, 崔紅濤, 王志全, 黃冬青 申請人:河南省信息咨詢設(shè)計研究有限公司