专利名称：一种带状覆盖的智能天线实现方法与装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种适用于带状覆盖的智能天线实现 方法与装置。
背景技术：
智能天线系统中，基站天线通常为阵列天线，该通信系统采用波束赋形(也 称、波束形成)技术，即根据信号传输的空间特性，通过空间数字信号处理，实 现赋形权矢量估计或下行波束赋形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖、 改善通信质量、降低发射功率和提高无线数据传输速率的目的。在实际应用中，考虑到通信系统业务负荷空间分布以及基站建设成本等因 素的影响，某些基站的覆盖范围可能存在一定的特殊性。对于带状覆盖，通常 适合于边际网交通沿线覆盖，即基站天线架设在公路、铁路、航道等线性区域 的交通沿线旁边，带状覆盖区内的话务量较低，用户终端移动速度较高，切换 频繁。多数情况下，智能天线系统的阵列天线辐射面具有一定的指向性，可称 为单辐射面，而针对线性天线阵列(简称线阵)，由于各单天线方向图的指向 基本与线阵辐射面的法线方向一致，因此线阵的覆盖范围可以认为是辐射面法线方向的一侧，相反方向的一侧则由相应的另一基站实现覆盖，这样在一定的 覆盖范围内可能会使基站数量增加，造成网络建设成本上升，同时可能使用户 终端移动时的切换次数增加，导致通话质量和可靠性下降。中国专利申请CN200510076683 (公开号CN1882157，
公开日2006年 12月20日)公开了一种用于群覆盖的智能天线波束赋形方法，预选并存储多 种不同波束；根据群播用户的来波方向计算群播用户分布范围；根据群播用户 分布范围选择存储的波束，实现波束赋形。同时，该专利申请还提供了一种用 于群覆盖的智能天线波束赋形装置，包括波束存储单元，群播用户分布范围 获取单元，波束赋形单元，可以使每个波束覆盖所有的群播用户，节约码道资 源，降低不同用户之间的千扰。但是该专利申请技术并未改善智能天线系统带状覆盖的网络性能。综上可知，现有带状覆盖的智能天线技术在实际使用上，显然存在不便与 缺陷，所以有必要加以改进。发明内容针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种带状覆盖的智能天线实现方 法及装置，其能够降低基站数量、网络建设成本以及切换频次，从而改善智能 天线系统带状覆盖的网络性能。为了实现上述目的，本发明提供一种带状覆盖的智能天线实现方法，所述 智能天线采用双辐射面线阵，该方法包括如下步骤A、 根据带状覆盖的要求，针对双辐射面线阵的任一辐射面确定对应的波束指向及波束宽度；B、 根据所述波束指向和波束宽度生成波束赋形权矢量；c、根据所述波束赋形权矢量对双辐射面线阵的双辐射面的发射数据进行下行波束赋形，其赋形方向图满足对称或近似对称关系。根据本发明的方法，所述波束宽度等于阵列天线的业务波束宽度，且所述步骤B中波束赋形权矢量为导向矢量，该波束赋形权矢量w的计算公式为 w = a(0) = [e-满，e-满，…，e隱J (e)『 (1)Yk(0) = j27r(k-l)DSin%, k:l,2,…,M (2)公式(1)和(2)中，[']T表示转置运算，a(e)为导向矢量，D表示天线 间距，？i表示载波波长，M为天线数。根据本发明的方法，所述波束宽度大于阵列天线的业务波束宽度，且所述 步骤B中根据波束指向和波束宽度生成满足要求的波束赋形权矢量。根据本发明的方法，所述步骤B中采用窗函数加权、空域滤波器设计、 全局最优搜索或局部准最优搜索方法生成满足要求的波束赋形权矢量。根据本发明的方法，所述步骤C中根据波束赋形权矢量对下行发射基带 数据进行下行波束赋形处理，且下行波束赋形输出y的计算公式为y=wH'x (3)公式(3)中，[ f表示共轭转置运算，w为波束赋形矢量，x为下行发射基带数据矢量。根据本发明的方法，所述步骤C中波束赋形输出的赋形方向图以及发射 信号方向以天线阵列流形方向为轴线，满足几何对称或近似对称关系。 根据本发明的方法，所述步骤C之后进一步包括D、 对下行发射基带赋形数据进行信号处理，得到满足发射要求的无线射 频信号；E、 通过双辐射面线阵将所述无线射频信号发射出去。 根据本发明的方法，所述步骤D中对下行发射基带赋形数据进行数模变换、上变频、滤波和/或功率放大处理，以得到满足发射要求的无线射频信号。本发明还提供一种带状覆盖的智能天线实现装置，所述智能天线采用双辐 射面线阵，该装置包括赋形权矢量生成单元，用于根据带状覆盖的要求，针对双辐射面线阵的任 一辐射面确定波束指向以及波束宽度，以生成相应的波束赋形权矢量；波束赋形单元，用于根据所述波束赋形权矢量对双辐射面线阵的双辐射面 的发射数据进行下行波束赋形，其赋形方向图满足对称或近似对称关系。本发明的装置进一步包括多通道放大与收发信机单元，用于对下行发射基带赋形数据进行信号处 理，得到满足发射要求的无线射频信号；所述双辐射面线阵将该无线射频信号发射出去。本发明的智能天线采用双辐射面线阵，根据带状覆盖的要求，针对任一辐 射面确定波束指向以及波束宽度，进而生成波束赋形权矢量来实现双辐射面的 发射数据的下行波束赋形，且赋形方向图满足对称或近似对称关系。借此，本 发明能在一定程度上降低基站数量、网络建设成本以及切换频次，从而改善智 能天线系统带状覆盖的网络性能。
图1是本发明一实施例中双辐射面线阵的结构示意图；图2是本发明一实施例中双辐射面线阵的单天线阵元方向图；图3是本发明提供的带状覆盖的智能天线实现装置的结构示意图；图4是本发明提供的带状覆盖的智能天线实现方法的流程图； 图5是本发明一实施例中八天线双辐射面线阵的波束赋形方向图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明的智能天线系统采用双辐射面线阵，即双辐射面线性天线阵列，图l示出了一种双辐射面线阵的结构，包括线性排列的天线1 天线M，其一般 设置于基站处。定义天线1与天线M之间的连线方向为阵列流形方向，指向 0°和指向180°的法线方向分别定义为正方向和反方向，对应的辐射面分别 称为正辐射面和反辐射面。图2为一种双辐射面线阵的单天线阵元方向图，该单天线阵元方向图分别 指向0°法线方向的正方向和180°法线方向的反方向，而且满足对称或近似 对^^关系，这样构成的阵列天线存在正、反两个辐射面，以一个辐射面为基准 实5见波束赋形，则必然在正、反两个方向上同时生成几何对称或近似对称的两 个'波束赋形方向图。基于上述理解，本发明提供一种带状覆盖的智能天线实现装置，如图3 所示，主要包括有赋形权矢量生成单元310、波束赋形单元320、多通道放大 与收发信机单元330、双辐射面线阵340，其中赋形权矢量生成单元310，用于根据带状覆盖的要求，例如根据带状覆盖 的方向以及角度范围的特点，针对双辐射面线阵340的任一辐射面确定波束指 向以及波束宽度，以生成相应的波束赋形权矢量。所谓波束宽度又名半功率波 束宽度，由于天线具有强烈的方向性，它的方向图通常都有两个或多个瓣，其 中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧， 辐射强度降低3dB (功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波束宽度。波 束宽度越窄则表示方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。波束赋形单元320，用于根据波束赋形权矢量对双辐射面线阵340的双辐 射面的发射数据进行下行波束赋形，也就是基于赋形权矢量生成单元310确定 的赋形权矢量对各用户终端的下行发射基带数据进行波束赋形处理，其波束赋 形方向图满足几何对称或近似对称关系。多通道放大与收发信机单元330，用于对下行发射基带赋形数据进行信号 处理，得到满足发射要求的无线射频信号。所述信号处理是指对已作下行波束 赋形处理的基带赋形数据进行数模变换、上变频、滤波、功率放大等处理后得 到满足发射要求的无线射频信号。双辐射面线阵340，用于将所述无线射频信号发射出去。本发明的智能天线由于采用双辐射面线阵，使得基站的覆盖范围可以是两 侧辐射面的法线方向，避免了现有技术中法线的另一侧需由其他基站实现覆 盖，其在一定程度上降低了基站数量和网络建设成本，同时减少用户终端移动 时的切换次数，保证通话质量和可靠性，从而改善智能天线系统带状覆盖的网 络性能。本发明还提供一种带状覆盖的智能天线实现方法，所述智能天线采用双辐 射面线阵，如图4所示，该方法包括步骤如下步骤S410、根据带状覆盖的要求，针对双辐射面线阵的任一辐射面确定 对应的波束指向及波束宽度。本发明一实施例中以正辐射面为基准，根据带状覆盖的要求，确定波束指 向为e，半功率波束宽度为a这里半功率波束宽度Q不小于阵列天线的业务 波束宽度，即半功率波束宽度Q大于或等于阵列天线的业务波束宽度。步骤S420、根据波束指向和波束宽度生成波束赋形权矢量。所述波束赋形权矢量的生成方法包括多种若半功率波束宽度Q等于阵列天线的业务波束宽度，则波束赋形权矢量为导向矢量，对于线阵，该波束赋形权矢量W的计算公式为<formula>formula see original document page 8</formula> (1)<formula>formula see original document page 8</formula> (2)公式(1)和(2)中，[']T表示转置运算，a(0为导向矢量，D表示天线 间足巨，X表示载波波长，M为天线数。若半功率波束宽度Q大于阵列天线的业务波束宽度，则需要基于波束指 向e和半功率波束宽度Q，采用窗函数加权、空域滤波器设计、全局最优搜索、 局部准最优搜索等方法生成满足要求的波束赋形权矢量w，目前基于遗传算法的搜索方法为常用的局部准最优搜索方法之一。步骤S430、根据波束赋形权矢量对双辐射面线阵的双辐射面的发射数据进行下行波束赋形，其波束赋形方向图满足对称或近似对称关系。
本步骤中根据波束赋形权矢量w对下行发射基带数据进行下行波束赋形处理，且下行波束赋形输出y的计算公式为 y=wH.x (3)公式(3)中，[ ]H表示共轭转置运算，x为下行发射基带数据矢量。 所述波束赋形输出y的赋形方向图以及发射信号方向以天线阵列流形方 向为轴线，参照图1所示，满足几何对称或近似对称关系。作为上述智能天线实现方法的优选实施例，可进一步包括步骤S440、对下行发射基带赋形数据进行信号处理，得到满足发射要求 的无线射频信号。所述信号处理是指对基带赋形数据进行数模变换、上变频、 滤波、功率放大等处理后得到满足发射要求的无线射频信号。 步骤S450、通过双辐射面线阵将无线射频信号发射出去。 图5所示为本发明一实施例中8天线双辐射面线阵的波束赋形方向图，其 双辐射面的波束指向分别为20。和160° ，半功率波束宽度均为21。，采用 汉宁(Hanning)窗函数加权，窗函数表达式为|0,其它
显然波束赋形方向图以及发射信号方向以阵列流形方向为轴线满足几何 对称或近似对称关系。综上所述，本发明的智能天线采用双辐射面线阵，根据带状覆盖的要求， 针对任一辐射面确定波束指向以及波束宽度，进而生成波束赋形权矢量来实现 双辐射面的发射数据的下行波束赋形，且赋形方向图满足对称或近似对称关 系。借此，本发明能在一定程度上降低基站数量、网络建设成本以及切换频次， 从而改善智能天线系统带状覆盖的网络性能。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但 这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种带状覆盖的智能天线实现方法，所述智能天线采用双辐射面线阵，其特征在于，该方法包括如下步骤A、根据带状覆盖的要求，针对双辐射面线阵的任一辐射面确定对应的波束指向及波束宽度；B、根据所述波束指向和波束宽度生成波束赋形权矢量；C、根据所述波束赋形权矢量对双辐射面线阵的双辐射面的发射数据进行下行波束赋形，其赋形方向图满足对称或近似对称关系。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波束宽度等于阵列天 线的业务波束宽度，且所述步骤B中波束赋形权矢量为导向矢量，该波束赋 形权矢量w的计算公式为-刷(1)Yk(0) = J2;t(k-l)Dsi，k = l,2,.-,M(2)公式(1)和(2)中，[']T表示转置运算，a(e)为导向矢量，D表示天线 间足巨，人表示载波波长，M为天线数。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波束宽度大于阵列天 线的业务波束宽度，且所述步骤B中根据波束指向和波束宽度生成满足要求 的、波束赋形权矢量。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤B中采用窗函数 加权、空域滤波器设计、全局最优搜索或局部准最优搜索方法生成满足要求的 波束赋形权矢量。
5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中根据波束赋 形权矢量对下行发射基带数据进行下行波束赋形处理，且下行波束赋形输出y 的M"算公式为y=wH x (3)公式(3)中，[ ]H表示共轭转置运算，w为波束赋形矢量，x为下行发射基带数据矢量。
6、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤C中波束赋形输 出的赋形方向图以及发射信号方向以天线阵列流形方向为轴线，满足几何对称 或近似对称关系。
7、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C之后进一步包括D、 对下行发射基带赋形数据进行信号处理，得到满足发射要求的无线射 频信号；E、 通过双辐射面线阵将所述无线射频信号发射出去。
8、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤D中对下行发射 基带赋形数据进行数模变换、上变频、滤波和/或功率放大处理，以得到满足 发射要求的无线射频信号。
9、 一种实现如权利要求1 8任一项方法的智能天线实现装置，所述智能天线采用双辐射面线阵，其特征在于，该装置包括赋形权矢量生成单元，用于根据带状覆盖的要求，针对双辐射面线阵的任 一辐射面确定波束指向以及波束宽度，以生成相应的波束赋形权矢量；波束赋形单元，用于根据所述波束赋形权矢量对双辐射面线阵的双辐射面 的发射数据进行下行波束赋形，其赋形方向图满足对称或近似对称关系。
10、 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括 多通道放大与收发信机单元，用于对下行发射基带赋形数据进行信号处理，得到满足发射要求的无线射频信号；所述双辐射面线阵将该无线射频信号发射出去。
全文摘要
本发明公开了一种带状覆盖的智能天线实现方法，所述智能天线采用双辐射面线阵，包括步骤有根据带状覆盖的要求，针对双辐射面线阵的任一辐射面确定对应的波束指向及波束宽度；根据所述波束指向和波束宽度生成波束赋形权矢量；根据所述波束赋形权矢量对双辐射面线阵的双辐射面的发射数据进行下行波束赋形，其赋形方向图满足对称或近似对称关系。相应地，本发明还提供一种带状覆盖的智能天线实现装置。借此，本发明能在一定程度上降低基站数量、网络建设成本以及切换频次，从而改善智能天线系统带状覆盖的网络性能。
文档编号H04B1/707GK101335552SQ20071011797
公开日2008年12月31日 申请日期2007年6月26日 优先权日2007年6月26日
发明者斌 李, 秦洪峰 申请人:中兴通讯股份有限公司