一種采用智能天線的信號(hào)收發(fā)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)，特別是指一種采用智能天線的信號(hào)收發(fā)裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動(dòng)通信的普及，頻譜成為越來越寶貴的資源。在已有的時(shí)分多址（TDMA， Time Division Multiple Access)、步巧分多址(FDMA, Frequency Division Multiple Access)或碼分多址（CDMA,Code Division Multiple Access)復(fù)用方式基礎(chǔ)上，智能天線 (SA, Smart Antenna)技術(shù)引入了第四維多址復(fù)用方式-空分多址（SDMA, Space Division Multiple Access)，使得用戶在相同時(shí)隙、相同頻率或者相同地址碼情況下，仍可W根據(jù)其 空間傳播路徑來區(qū)分，從而成倍地?cái)U(kuò)展了移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量。
[000引智能天線原名自適應(yīng)天線陣列（AAA，Adaptive Antenna Array)，最初應(yīng)用于雷 達(dá)、聲納和軍事方面，主要完成空間濾波和定位，相控陣?yán)走_(dá)是一種較簡單的自適應(yīng)天線陣 列。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，數(shù)字 信號(hào)芯片的處理能力不斷提高，自適應(yīng)天線陣列開始用于具有復(fù)雜電波傳播環(huán)境的移動(dòng)通 信。
[0004] 智能天線作為TD-SCDMA的關(guān)鍵技術(shù)之一，其應(yīng)用水平直接決定了 TD網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的 優(yōu)劣。智能天線本質(zhì)上是一種多天線單元系統(tǒng)，可W通過調(diào)整各天線單元的激勵(lì)（也稱權(quán) 值）-幅值和相位，使得天線波束方向圖形狀變?yōu)橹付úㄊ螤睿瑢?shí)現(xiàn)波束賦形，波束賦形 分為；業(yè)務(wù)波束賦形，廣播波束賦形；業(yè)務(wù)波束賦形是在業(yè)務(wù)時(shí)隙形成的，系統(tǒng)根據(jù)用戶的 位置信息形成多個(gè)高增益窄波束，動(dòng)態(tài)地跟蹤多個(gè)期望用戶，在接收模式下，來自高增益窄 波束之外的信號(hào)能夠被抑制，在發(fā)射模式下，能使期望用戶接收的信號(hào)功率最大，同時(shí)使窄 波束照射范圍W外的非期望用戶受到的干擾最小。目前業(yè)務(wù)波束賦形的應(yīng)用已經(jīng)比較成 熟，如廣泛采用了邸B (特征分解賦形）算法和GOB (固定波束賦形）算法；廣播波束賦形則 是通過修改廣播波束權(quán)值的方法進(jìn)行廣播波束的波束賦形。
[0005] 對于波束賦形增益，大增益對應(yīng)波瓣寬度窄，小增益對應(yīng)波瓣寬度寬，可W發(fā)現(xiàn)增 益有個(gè)平衡點(diǎn)：波瓣寬度過窄，對于移動(dòng)速度較快用戶無法進(jìn)行有效跟蹤，波瓣寬度過寬則 不能有效提高接收端增益，不能有效抑制對其他用戶的干擾。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)存在如下問題；TD-SCDMA系統(tǒng)中，智能天線8天線，廣播波束寬度為65° 時(shí)，廣播波束賦形增益是15地i，業(yè)務(wù)波束賦形增益是22地i，由于業(yè)務(wù)波束賦形和廣播波 束賦形差別較大或不一致，極大的影響了 TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力和質(zhì)量；如果采用雙極 化高增益天線化5 °，19地i)，雖然可W提升廣播波束覆蓋能力，但業(yè)務(wù)波束不是智能天線 賦形，而由于TD-SCDMA同頻復(fù)用，網(wǎng)絡(luò)中的干擾有所增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種采用智能天線的信號(hào)收發(fā)裝置和方法，解決 現(xiàn)有技術(shù)中，業(yè)務(wù)波束賦形和廣播波束賦形差別較大或不一致，極大的影響了 TD-SCDMA網(wǎng) 絡(luò)的覆蓋能力和質(zhì)量的缺陷，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)波束賦形和廣播波束賦形之間的一致性。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種采用智能天線的信號(hào)收發(fā)裝置， 包括；天線陣列，包括N個(gè)天線單元，每一個(gè)天線單元與M個(gè)加權(quán)器連接，客戶端空間相關(guān)矩 陣單元，用于確定所形成的具有M*N個(gè)加權(quán)器的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)；權(quán)矢量求解單元，與客戶端空間 相關(guān)矩陣單元連接，用于基于所述加權(quán)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出加權(quán)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩陣W，對于客戶端k，根據(jù) 所述加權(quán)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩陣W計(jì)算出客戶端k的權(quán)矢量;廣播波束賦形切換單元，用于采用高 增益雙極化天線，設(shè)置所述高增益雙極化天線的權(quán)值；業(yè)務(wù)波束賦形切換單元，用于將權(quán)矢 量的轉(zhuǎn)置矩陣W&"與切換矩陣D。相乘，得到業(yè)務(wù)波束權(quán)矢量;加權(quán)網(wǎng)絡(luò)賦形單 元，與廣播波束賦形切換單元、業(yè)務(wù)波束賦形切換單元連接，用于在廣播波束時(shí)隙里基于所 述高增益雙極化天線的權(quán)值實(shí)現(xiàn)廣播波束賦形，在業(yè)務(wù)時(shí)隙里基于業(yè)務(wù)波束權(quán)矢量D"*WWT 實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)波束賦形。
[0009] 所述的裝置中，N為8,包含6單元智能天線W及2單元高增益雙極化天線。
[0010] 所述的裝置中，客戶端空間相關(guān)矩陣單元包括矩陣構(gòu)造模塊；矩陣構(gòu)造模塊，用于 根據(jù)如下公式確定加權(quán)網(wǎng)絡(luò)；采用矩陣X(t)表示天線陣列接收的信號(hào)，采用矩陣w(t)表示 加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，采用矩陣Y(t)表示天線陣列輸出的信號(hào)，天線陣列的輸入和輸出之間存在關(guān)系 Y(t) = W(t)X(t),
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用智能天線的信號(hào)收發(fā)裝置，其特征在于，包括： 天線陣列，包括N個(gè)天線單元，每一個(gè)天線單元與M個(gè)加權(quán)器連接， 客戶端空間相關(guān)矩陣單元，用于確定所形成的具有M*N個(gè)加權(quán)器的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)； 權(quán)矢量求解單元，與客戶端空間相關(guān)矩陣單元連接，用于基于所述加權(quán)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出加 權(quán)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩陣W，對于客戶端k，根據(jù)所述加權(quán)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩陣W計(jì)算出客戶端k的權(quán)矢量W(k); 廣播波束賦形切換單元，用于采用高增益雙極化天線，設(shè)置所述高增益雙極化天線的 權(quán)值； 業(yè)務(wù)波束賦形切換單元，用于將權(quán)矢量W(k)的轉(zhuǎn)置矩陣W(k)T與切換矩陣Dn相乘，得到 業(yè)務(wù)波束權(quán)矢量Dn*W(k)T ; 加權(quán)網(wǎng)絡(luò)賦形單元，與廣播波束賦形切換單元、業(yè)務(wù)波束賦形切換單元連接，用于在廣 播波束時(shí)隙里基于所述高增益雙極化天線的權(quán)值實(shí)現(xiàn)廣播波束賦形，在業(yè)務(wù)時(shí)隙里基于所 述業(yè)務(wù)波束權(quán)矢量Dn*W (k)T實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)波束賦形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于， N為8,包含6單元智能天線以及2單元高增益雙極化天線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，客戶端空間相關(guān)矩陣單元包括矩陣構(gòu)造 模塊； 矩陣構(gòu)造模塊，用于根據(jù)如下公式確定加權(quán)網(wǎng)絡(luò)； 采用矩陣X(t)表示天線陣列接收的信號(hào)， 采用矩陣W (t)表示加權(quán)網(wǎng)絡(luò)， 采用矩陣Y(t)表示天線陣列輸出的信號(hào)， 天線陣列的輸入和輸出之間存在關(guān)系Y(t) = W(t)X(t)
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，客戶端空間相關(guān)矩陣單元與信道估計(jì)單 元連接，信道估計(jì)單元與所對應(yīng)的天線單元的M個(gè)加權(quán)器連接； 信道估計(jì)單元，用于建立接收信號(hào)X(t)和各個(gè)客戶端的原始發(fā)送信號(hào)之間的關(guān)系，包 括： 各個(gè)客戶端的原始發(fā)送信號(hào)是sm(t)，m = 1，…，M， 各個(gè)原始發(fā)送信號(hào)sm(t)經(jīng)歷的無線信道響應(yīng)是h(m，n)(t)，m= 1，···，Μ，η= 1，···，Ν， 對于所述天線陣列中第η個(gè)天線單元，接收信號(hào)X(t)和原始發(fā)送信號(hào)之間的關(guān)系是
天線陣列接收的輸入信號(hào)xn(t) ;n = 1，…，N是多個(gè)客戶端的多徑信號(hào)疊加所形成的； 每個(gè)原始發(fā)送信號(hào)在不同天線單元的信道響應(yīng)具有相關(guān)性，
其中,a(0m))表示所述到達(dá)角度對應(yīng)的方向矢量，方向矢量反映了不同天線單元之間 因信號(hào)傳播距離不同而引起的相關(guān)系數(shù)，表示客戶端m的第1條多徑的到達(dá)角度， 表示在采用單天線接收情況下，客戶端m的第1條多徑經(jīng)歷的無線信道響應(yīng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，權(quán)矢量求解單元包括： 權(quán)矢量計(jì)算模塊，用于根據(jù)天線陣列輸出的信號(hào)Y(t)應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蚪咏诳蛻舳说脑?始發(fā)送信號(hào)S(t)，計(jì)算出加權(quán)網(wǎng)絡(luò)W(t)的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩陣W。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，權(quán)矢量求解單元包括： 特征向量算法模塊，用于獲取信號(hào)空間協(xié)方差矩陣Rs ; 獲取干擾和噪聲空間協(xié)方差矩陣Rn ; 對加權(quán)網(wǎng)絡(luò)W(t)執(zhí)行運(yùn)
基于最大功率準(zhǔn)則尋找一個(gè)權(quán)矢量W(k)，權(quán)矢量W(k)使得上述公式達(dá)到最大值
則權(quán)矢量W(k)是信號(hào)空間協(xié)方差矩陣Rs的最大特征值對應(yīng)的特征矢量；其中，（.）*表 示復(fù)數(shù)矢量的共軛，（.）H表示矢量矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。
7. -種采用智能天線的信號(hào)收發(fā)方法，其特征在于，應(yīng)用于具有天線陣列的裝置，天線 陣列包括N個(gè)天線單元，每一個(gè)天線單元與M個(gè)加權(quán)器連接，方法包括： 確定所形成的具有M*N個(gè)加權(quán)器的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)； 基于所述加權(quán)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出加權(quán)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩陣W，根據(jù)所述加權(quán)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩陣W計(jì)算出客戶 端k的權(quán)矢量W(k); 對于廣播波束賦形，設(shè)置所述高增益雙極化天線的權(quán)值；對于業(yè)務(wù)波束賦形，將權(quán)矢量 W(k)的轉(zhuǎn)置矩陣W(k)T與切換矩陣Dn相乘，得到業(yè)務(wù)波束權(quán)矢量D n*W(k)T ; 在廣播波束時(shí)隙里基于所述高增益雙極化天線的權(quán)值實(shí)現(xiàn)廣播波束賦形，在業(yè)務(wù)時(shí)隙 里基于所述業(yè)務(wù)波束權(quán)矢量實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)波束賦形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于， N為8,包含6單元智能天線，以及2單元所述高增益雙極化天線。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，基于所述加權(quán)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出加權(quán)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩 陣W具體包括： 采用矩陣X(t)表示天線陣列接收的信號(hào)， 采用矩陣W(t)表示加權(quán)網(wǎng)絡(luò)， 采用矩陣Y(t)表示天線陣列輸出的信號(hào)， 天線陣列的輸入和輸出之間存在關(guān)系：Y(t) = W(t)*X(t)，
各個(gè)客戶端的原始發(fā)送信號(hào)是Sm(t)，m = 1，…，M， 各個(gè)原始發(fā)送信號(hào)sm(t)經(jīng)歷的無線信道響應(yīng)是h(m，n)(t)，m= 1…Μ，η= 1，···，Ν， 對于所述天線陣列中第η個(gè)天線單元，接收信號(hào)X(t)和原始發(fā)送信號(hào)之間的關(guān)系是
天線陣列接收的輸入信號(hào)xn(t)，η = 1，…，N是多個(gè)客戶端的多徑信號(hào)疊加所形成的； 每個(gè)原始發(fā)送信號(hào)在不同天線單元的信道響應(yīng)具有相關(guān)性，
其中,3(6^)表示所述到達(dá)角度對應(yīng)的方向矢量，方向矢量反映了不同天線單元之間 因信號(hào)傳播距離不同而引起的相關(guān)系數(shù)，崎m)表示客戶端m的第1條多徑的到達(dá)角度， 表示在采用單天線接收情況下，客戶端m的第1條多徑經(jīng)歷的無線信道響應(yīng)； 根據(jù)天線陣列輸出的信號(hào)Y(t)應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蚪咏诳蛻舳说脑及l(fā)送信號(hào)S(t)，計(jì)算 出加權(quán)網(wǎng)絡(luò)W(t)的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩陣W。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述加權(quán)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩陣W計(jì)算出客戶 端k的權(quán)矢量W(k)具體包括： 獲取信號(hào)空間協(xié)方差矩陣Rs ; 獲取干擾和噪聲空間協(xié)方差矩陣Rn ; 對加權(quán)網(wǎng)絡(luò)W(t)執(zhí)行運(yùn)算
基于最大功率準(zhǔn)則尋找一個(gè)權(quán)矢量W(k)，權(quán)矢量W(k)使得上述公式達(dá)到最大值
則權(quán)矢量W(k)是信號(hào)空間協(xié)方差矩陣Rs的最大特征值對應(yīng)的特征矢量； 其中，（.）*表示復(fù)數(shù)矢量的共軛，（.）H表示矢量矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供一種采用智能天線的信號(hào)收發(fā)裝置和方法，包括：天線陣列，包括N個(gè)天線單元，每一個(gè)天線單元與M個(gè)加權(quán)器連接，客戶端空間相關(guān)矩陣單元，確定所形成的具有M*N個(gè)加權(quán)器的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)；權(quán)矢量求解單元，與客戶端空間相關(guān)矩陣單元連接，基于加權(quán)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出加權(quán)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩陣，對于客戶端，根據(jù)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩陣計(jì)算出客戶端的權(quán)矢量；廣播波束賦形切換單元，采用高增益雙極化天線，設(shè)置高增益雙極化天線的權(quán)值；業(yè)務(wù)波束賦形切換單元，將權(quán)矢量的轉(zhuǎn)置矩陣與切換矩陣相乘，得到業(yè)務(wù)波束權(quán)矢量；加權(quán)網(wǎng)絡(luò)賦形單元，在廣播波束時(shí)隙里基于高增益雙極化天線的權(quán)值實(shí)現(xiàn)廣播波束賦形，在業(yè)務(wù)時(shí)隙里基于業(yè)務(wù)波束權(quán)矢量實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)波束賦形。
【IPC分類】H04B7-08, H04B7-06, H04B7-10
【公開號(hào)】CN104639220
【申請?zhí)枴緾N201310549574
【發(fā)明人】沈赤兵
【申請人】中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月7日