双极化天线系统doa-bf权值估计方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用DOA(DirectionofArrival,到达角）估计进行 BF(Beamforming，波束赋形）传输的无线网络技术，尤其涉及双极化天线系统D0A-BF(D0A Beamforming，到达角-波束赋形）权值估计方法和装置。
【背景技术】
[0002] Beamforming是自适应阵列智能天线的一种实现方式，是一种在多个阵元组成的 天线阵列上实现的数字信号处理技术。它利用有用信号和干扰信号在D0A等空间信道特性 上的差异，通过对天线阵列设置适当的加权值，在空间上隔离有用信号和干扰信号，实现降 低用户间干扰，提升系统容量的目的。BF技术已经在TD-LTE(TimeDivisionLongTerm Evolution，分时长期演进）、WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess， 即全球微波互联接入）、TD_SCDMA(TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultiple Access，时分同步码分多址）等无线网络中得到了广泛的应用。
[0003]通常有两大类实现方式：ΜΙΜ0Beamforming(简称ΜΙΜ0BF，Multiple-Input Multiple-OutputBeamforming，多输入多输出波束赋形）和DOABeamforming(D0A-BF，到 达角-波束赋形）。
[0004]ΜΙΜ0Beamforming技术是利用信道信息对发射数据进行加权，形成波束的一种波 束赋形方法。ΜΙΜ0Beamforming技术又可分为开环和闭环两种模式。
[0005] 开环Beamforming技术利用上行信道信息，对发射信号进行加权，不需要接收端 反馈信道信息给发射端，发射端通过上行信道自行估计得到。开环Beamforming技术对覆 盖和吞吐量的提升都有比较明显的效果。但是，由于需要利用上行信号估计下行发送权值， 处理时延大，因此适用于低速场景。另外，开环Beamforming技术利用了上下行信道的互易 特性，故系统实现时需要对各个收发通路进行校正。
[0006] 闭环Beamforming技术需要终端反馈信道信息如码本（Codebook)给发射端，利用 反馈信息对发射信号进行加权。同样由于受反馈时延的影响，闭环Beamforming技术也只 在低速场景有较好的性能。另外，由于受反馈精度的影响，闭环Beamforming技术总体上比 开环的性能要略差，但系统实现相对简单，不需要对天线收发通道进行校正。
[0007] 根据业界情况，目前TDD(Time Division Duplexing,时分双工）系统采用开 环Beamforming技术，而闭环Beamforming技术则应用于FDD (Frequency Division Duplexing,频分双工）系统。
[0008]DOABeamforming(简称DOABF)技术是通过估计信号的到达角（DOA,Direction ofArrival)，利用D0A信息生成发射权值，使发射波束主瓣对准最佳路径方向的一种波束 赋形方法。
[0009] DOA BF技术要求天线阵列间距小（通常小于一个载波波长），在多径丰富的场合 分集效果比较差，在非直视径（NL0S，NonLineofSight)场合，由于D0A估计不准也会使 性能下降。因此，DOA BF技术对密集城区使用效果不是很理想，而对农村、郊区、航空信道等 直视径占优的场合比较有效。DOABF技术对天线阵元的一致性要求比较高。因此，系统实现 时不仅需要进行收发通道校正，还需要进行天线校正，而校正不理想时会使系统性能下降。
[0010] 双极化智能天线由两组天线组成，与常规意义上的直线阵列不同，一组天线单元 的所有天线阵子相对普通垂直极化天线单元旋转+45度，另外一组天线单元旋转-45度，这 两组天线是正交极化的。采用双极化的阵列天线后，大大减小了天线的尺寸，提高了天线的 可靠性，有效的降低了干扰，由于极化分集的良好独立性，使得极化天线技术受到了广泛的 关注。
[0011] 现有技术中对双极化天线系统进行D0A估计时，不同极化方向的D0A信息是一致 的，但是在将D0A信息应用于BF权值计算时，会出现由于不同极化方向的天线间存在相位 差异，使得不同极化方向的天线做不到同相合并，导致系统性能下降。
【发明内容】
[0012] 本发明的主要目的在于提供一种双极化天线系统D0A-BF权值估计方法和装置， 旨在解决现有D0A信息应用于BF权值估计时不能同相合并的现状。
[0013] 为实现上述目的，本发明提供一种双极化天线系统D0A-BF权值估计方法，
[0014] 所述D0A-BF权值估计方法包括：
[0015] 获取上行信道估计值和上行导向矢量；
[0016] 根据所述上行信道估计值和所述上行导向矢量获取D0A信息；
[0017] 利用所述D0A信息生成下行发射权值。
[0018] 优选地，所述上行导向矢量为：
[0020] 其中，Μ为基站接收阵元数目，对于双极化天线，Μ为双极化智能天线的数量的 1/2,λμL为上行波长，d为实际阵元间距，为入射角的范围，e[-90° ，90° ]， N为Θ;取值范围对应的个数，j为虚数单位，e为自然对数的底。
[0021] 优选地，所述D0A信息为D0A角度。
[0022] 优选地，所述D0A角度通过下列表达式获得：
[0024] 其中，Rxx=HHh，Rxx为矩阵，Η为上行信道估计值，Hh为共轭转置，f(Θ)中，最大 的Θ即为估计的D0A角度 0raal，0raale[-90° ， 90° ]。
[0025] 优选地，所述下行发射权值为：
[0027]λa为下行波长，d为实际阵元间距；
[0028] 对于双极化天线，下行发射权值扩展成：
[0029] w = [w ( Θ real) e1Φ￥ ( θ real)]
[0030] 其中，θ·]φ表示不同极化方向天线间的初相带来的差异，θ·]φ =cosC>+jsinC>。
[0031] 为实现上述目的，本发明进一步提供一种双极化天线系统D0A-BF权值估计装置， 包括：
[0032] 获取模块，用于获取上行信道估计值和上行导向矢量；
[0033] 计算模块，用于根据所述上行信道估计值和所述上行导向矢量获取D0A信息；
[0034] 生成模块，用于利用所述D0A信息生成下行发射权值。
[0035] 优选地，所述上行导向矢量通过计算获得，所述上行导向矢量的计算公式为：
[0037] 其中，Μ为基站接收阵元数目，对于双极化天线，Μ为双极化智能天线的数量的 1/2, λμL为上行波长，d为实际阵元间距，为入射角的范围，e [-90° ，90° ]， N为Θ;取值范围对应的个数，j为虚数单位，e为自然对数的底。
[0038] 优选地，所述D0A信息为D0A角度。
[0039] 优选地，所述入射角信息通过下列表达式获得：
[0041] 其中，Rxx =HHh，Η为上行信道估计值，Hh为共轭转置，f(Θ)中，最大的Θ即为估 计的D0A角度 0real，0reale[-90° ， 90。]。
[0042] 优选地，所述下行发射权值为：
[0044]λDL为下行波长，d为实际阵元间距；
[0045] 对于双极化天线，下行发射权值扩展成：
[0046] w=[w(Θreal)e1 Φ￥ (θreal)]
[0047] 其中，θ·]φ表示不同极化方向天线间的初相带来的差异，θ·]φ =cosC>+jsinC>。
[0048] 本发明提供一种双极化天线系统D0A-BF权值估计方法，获取上行信道估计值和 上行导向矢量；根据所述上行信道估计值和所述上行导向矢量获取D0A信息；利用所述D0A 信息生成下行发射权值，解决了现有D0A信息应用于D0A-BF权值估计时不能同相合并的现 状，有效提升系统性能。
【附图说明】
[0049] 图1为本发明双极化天线系统D0A-BF权值估计方法一实施例的流程示意图；
[0050] 图2为本发明双极化天线系统D0A-BF权值估计的功能模块框图。
[0051] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0052] 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。
[0053]本发明提供一种双极化天线系统D0A-BF权值估计方法，如图1所示，在第一实施 例中，所述双极化天线系统DOA-BF权值估计方法包括：
[0054] 步骤S100、获取上行信道估计值和上行导向矢量。
[0055] D0A-BF权值估计装置根据双极化智能天线的数量获取上行信道估计值，双极化智 能天线的数量与上行信道估计值的维度值对应，如果基站端的双极化智能天线的数量为8 根，那么上行信道估计值Η为8*1维度。
[0056] 上行导向矢量通过计算获得，所述上行导向矢量的计算，如公式（1)所示：
[0058] 其中，Μ为基站接收阵元数目，对于双极化天线，Μ为双极化智能天线的数量的 1/2,两组极化方向天线的导向矢量一致。λι为上行波长，d为实际阵元间距，为入射 角的范围，Θie[-90° ， 90° ]，N为Θ1取值范围对应的个数，j为虚数单位，e为 自然对数的底。
[0059] 假设基站端的双极化智能天线的数量为8根，那么在公式（1)中，Μ= 4,