專利名稱：陣列天線波束賦形方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陣列天線低旁瓣波束賦形的實現(xiàn)方案，更具體的， 涉及一種無線通信系統(tǒng)中的陣列天線波束賦形方法和裝置。
背景技術(shù)：
陣列天線是一項利用不同用戶信號傳輸?shù)目臻g差異性和陣列 數(shù)字信號處理的技術(shù)，其可以實現(xiàn)對不同目標信號從空域角度進行 區(qū)分和隔離，從而達到降低多址干擾、增加容量、擴大覆蓋、改善 通信質(zhì)量、降低發(fā)射功率和提高無線數(shù)據(jù)傳輸速率的目的。在實際應用中，降低通信系統(tǒng)中各個用戶之間相互干擾(多址 干擾)是提高通信質(zhì)量的重要途徑，而使用具有較低旁瓣的波束賦 形則是減少多址干擾的重要手段。目前常用的陣列天線賦形采用各 個天線賦形權(quán)值等模的方法實現(xiàn)波束賦形，雖然實現(xiàn)較為簡單，但 由于權(quán)值自由度的限制，造成其在實現(xiàn)某些特定要求的波束時(例 如，對主波束的寬度和指向有特定要求)，由等模賦形權(quán)值得到的 波束通常旁瓣較高，這樣會造成對系統(tǒng)中其他用戶或其他小區(qū)的干 擾增強，這樣就會降低系統(tǒng)的整體容量。此時采用非等模賦形權(quán)值 就能較好地解決在滿足特定主波束要求的同時具有較4氐的旁瓣的 問題。由于非等模賦形權(quán)值的自由度相對于等模賦形權(quán)值大了許 多，所以其波束賦形效果更好。然而，這樣也造成產(chǎn)生合適的非等 模賦形權(quán)值所需的計算量大大增加，另外還有工程應用當中對各個陣列天線陣元功率差異限制等因素，都使得具有低旁瓣的非等才莫賦 形權(quán)值不易獲得。為了解決上述問題，急需一種方案來實現(xiàn)陣列天線^氐旁瓣波束 賦形。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種陣列天線波束賦形方 法和裝置，其能夠滿足特定主波束要求及陣元功率約束條件，且具 有較低旁瓣，通過對波束賦形權(quán)值的模值及輻角分別進行調(diào)整，能 夠以較低的計算量得到適用的非等模賦形權(quán)值，從而實現(xiàn)較為理想 的波束賦形。本發(fā)明的 一個方面提供了 一種陣列天線波束賦形方法，其包括以下步驟步驟S102，確定主波束的約束條件；步驟S104,確定 各個陣列天線陣元功率的約束條件；步驟S106, ^^據(jù)各個陣列天線 陣元功率的約束條件，確定各個陣列天線陣元所需的賦形權(quán)值的模 值；步驟S108，根據(jù)模值，搜索滿足主波束的約束條件的賦形權(quán)值 的幅角；以及步驟SllO，根據(jù)所得到的賦形權(quán)值進行賦形，以得到 滿足主波束的約束條件以及各個陣列天線陣元功率的約束條件的 波束。才艮才居本發(fā)明的一個方面，主波束的約束條j?？梢园?舌以下之一 或組合波束寬度、以及波束指向。各個陣列天線陣元功率的約束 條件可以包括各個陣元之間的功率差異。另外，在步驟S106中，不考慮賦形權(quán)值的幅角。根據(jù)本發(fā)明的實施例，各個陣列天線陣元功率的約束條件為限 制賦形權(quán)值的模值不超過1。本發(fā)明的另一個方面提供了一種陣列天線波束賦形裝置，其可以包括確定單元，用于確定主波束的約束條件，以及各個陣列天 線陣元功率的約束條件；計算單元，用于根據(jù)各個陣列天線陣元功 率的約束條件，確定各個陣列天線陣元所需的賦形權(quán)值的模值；搜 索單元，用于根據(jù)模值，搜索滿足主波束的約束條件的賦形權(quán)值的 幅角；以及賦形單元，用于根據(jù)所得到的賦形權(quán)值進行賦形，以得 到滿足主波束的約束條件以及各個陣列天線陣元功率的約束條件 的波束。其中，主波束的約束條件可以包^"以下之一或組合波束寬度、 以及波束指向。各個陣列天線陣元功率的約束條件可以包括各個 陣元之間的功率差異。才艮據(jù)本發(fā)明的另一個方面，在計算單元中，不考慮賦形4又值的幅角。根據(jù)本發(fā)明的實施例，各個陣列天線陣元功率的約束條件為限 制賦形^又值的才莫值不超過1。采用本發(fā)明的陣列天線低旁瓣的波束賦形方法和裝置，即通過 根據(jù)陣元功率約束條件及主波束約束條件來分別確定非等模賦形 權(quán)值的模值和輻角，從而得到符合要求的賦形波束。本發(fā)明通過實 現(xiàn)低旁瓣波束賦形，滿足特定的主波束要求，同時能夠減少用戶間 的干擾，降低陣列天線發(fā)射功率，并且本發(fā)明具有適用范圍廣泛， 工程實現(xiàn)簡單等優(yōu)點。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部 分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā) 明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的i兌明書、4又利要求書、以及附 圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部 分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的陣列天線波束賦形方法的流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的陣列天線波束賦形裝置的框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的陣列天線低旁瓣波束賦形方法的流 程圖；圖4是本發(fā)明實施例所涉及的8天線線陣的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實施例所涉及的8天線線陣中單天線的相對功率 的方向圖；以及圖6是本發(fā)明實施例的8天線線陣等模賦形權(quán)值和通過本發(fā)明 生成的非等纟莫賦形4又值的對應波束方向的對比圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此 處所描述的優(yōu)選實施例^又用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本 發(fā)明。圖1是根據(jù)本發(fā)明的陣列天線波束賦形方法的流程圖，如圖1所示，該方法包4舌以下步驟步驟S102，確定主波束的約束條件；步驟S104,確定各個陣列天線陣元功率的約束條l牛；步驟S106,根據(jù)各個陣列天線陣元功率的約束條件，確定各個 陣列天線陣元所需的賦形4又值的模值；步驟S108，根據(jù)模值，搜索滿足主波束的約束條件的賦形權(quán)值 的幅角；以及步驟SllO，根據(jù)所得到的賦形權(quán)值進行賦形，以得到滿足主波 束的約束條件以及各個陣列天線陣元功率的約束條件的波束。其中，主波束的約束條件包括以下之一或組合波束寬度、以 及波束指向。各個陣列天線陣元功率的約束條件包括各個陣元之 間的功率差異。另外，在步驟S106中，不考慮賦形權(quán)值的幅角。各個陣列天 線陣元功率的約束條件為限制賦形權(quán)值的模值不超過i。圖2是根據(jù)本發(fā)明的陣列天線波束賦形裝置200的框圖，如圖 2所示，該陣列天線波束賦形裝置200包括確定單元202，用于 確定主波束的約束條件，以及各個陣列天線陣元功率的約束條件； 計算單元204,用于根據(jù)各個陣列天線陣元功率的約束條件，確定 各個陣列天線陣元所需的賦形權(quán)值的模值；搜索單元206，用于根 據(jù)模值，搜索滿足主波束的約束條件的賦形權(quán)值的幅角；以及賦形 單元208，用于根據(jù)所得到的賦形權(quán)值進行賦形，以得到滿足主波 束的約束條件以及各個陣列天線陣元功率的約束條件的波束。其中，主波束的約束條件可以包括以下之一或組合波束寬度、 以及波束指向。各個陣列天線陣元功率的約束條件可以包括各個 陣元之間的功率差異。在計算單元中，不考慮賦形權(quán)值的幅角。各個陣列天線陣元功 率的約束條件為限制賦形權(quán)值的模值不超過1。圖3是^4居本發(fā)明實施例的陣列天線低旁瓣波束賦形方法的流 程圖，圖4是本發(fā)明實施例所涉及的8天線線陣的結(jié)構(gòu)示意圖，圖 5是本發(fā)明實施例所涉及的8天線線陣中單天線的相對功率的方向 圖，以及圖6是本發(fā)明實施例的8天線線陣等才莫賦形斥又值和通過本 發(fā)明生成的非等模賦形權(quán)值的對應波束方向的對比圖。以下將結(jié)合 圖4至圖6詳細描述圖3的陣列天線4氐旁瓣波束賦形方法的詳細過 程。參考圖3，本發(fā)明實施例的陣列天線低旁瓣波束賦形方法包括 以下步驟步驟S302，確定主波束的約束條件，如波束寬度、波束指向等， 本實施例中的陣列天線采用如圖4所示的8天線等距直線陣，陣元間距為2/2 (其中A為載波波長)。每個陣元的方向圖如圖5所示， 并且每個陣元方向圖的法線方向與天線陣列的法線方向一致，另 外，對主波束的約束條件為主波束的-3dB寬度為65度，主波束指 向為0度方向(法線方向)；步驟S304，確定各個陣列天線陣元功率的約束條件，不失一般 性，本例中限制賦形權(quán)值的模值不超過l,即，maxW"，卜1,…，8， 其中，巧為賦形權(quán)值對應于第''個天線的復系數(shù)，以及l(fā)叫表示求模運算，同時限定單個陣元的最大功率與最小功率之差不超過5dB， 即20*log(max|『,|/miii|『》5, z.，) = 1,..-，8 步驟S306, 4艮據(jù)上述步驟S304的約束條件確定各個陣元所需 的低旁瓣賦形權(quán)值的模值，其中，可先將權(quán)值輻角均設為O度，同時設定賦形權(quán)值的最大值為1，即，maxKI = 1, (,'-l,…，8),而賦形權(quán)值的最小值為minW^,^'56，( 1，…，8)，在本實施例中，將在滿 足此模值約束條件下，根據(jù)切比雪夫多項式設計旁瓣最低的賦形權(quán)[|)^『2『3『4^%^剛值的模值，得到=
;步驟S308，按照從步驟S306得到的模值，固定賦形權(quán)的模值， 進一步搜索能夠滿足步驟S302中主波束約束條件的權(quán)值輻角組合， 在本實施例中通過遍歷搜索的方式得到最佳波束賦形4又值的輻角 分另,j為[OT -10*J -1172 161.ff 161,ff -1172 -1WJ步驟S310，利用步驟S308得到的波束賦形權(quán)值進行賦形，即 可得到滿足步驟S302及步驟S304約束條件的低旁瓣波束，通過本 發(fā)明得到的低旁瓣波束與等模賦形權(quán)值對應的波束方向圖對比如 圖6所示?？梢钥闯觯谥鞑ㄊ紳M足要求的情況下，本發(fā)明所對應的波 束具有更低的旁瓣，賦形效杲更好。雖然本發(fā)明以8天線線陣為例給出了 一種陣列天線4氐旁瓣波束 賦形的具體實施例，但本發(fā)明內(nèi)容并不局限于線陣，同樣也適用于 其它天線數(shù)和陣列流形等情況。綜上所述，本發(fā)明給出了一種陣列天線低旁瓣的波束賦形方法 和裝置，其通過根據(jù)陣元功率約束條件及主波束約束條件來分別確 定非等模賦形權(quán)值的模值和輻角，從而得到符合要求的賦形波束。 本發(fā)明通過實現(xiàn)低旁瓣波束賦形，滿足特定的主波束要求，同時能 夠減少用戶間的干擾，降低陣列天線發(fā)射功率，同時大幅降低了非 等才莫權(quán)值搜索的計算量，具有適用范圍廣泛，工程實現(xiàn)簡單等優(yōu)點。本發(fā)明適用于無線通信系統(tǒng)，尤其適用于采用陣列天線進行波 束賦形的無線通信系統(tǒng)。任何具有信號處理、通信等知識背景的才支 術(shù)人員，根據(jù)本發(fā)明設計的等同的陣列天線波束賦形實現(xiàn)方法，其 均應包含在本發(fā)明的思想和范圍中。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對 于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均 應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種陣列天線波束賦形方法，其特征在于，包括以下步驟步驟S102，確定主波束的約束條件；步驟S104，確定各個陣列天線陣元功率的約束條件；步驟S106，根據(jù)所述各個陣列天線陣元功率的約束條件，確定各個所述陣列天線陣元所需的賦形權(quán)值的模值；步驟S108，根據(jù)所述模值，搜索滿足所述主波束的約束條件的所述賦形權(quán)值的幅角；以及步驟S110，根據(jù)所得到的所述賦形權(quán)值進行賦形，以得到滿足所述主波束的約束條件以及所述各個陣列天線陣元功率的約束條件的波束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述主波束的約束 條件包括以下之一或組合波束寬度、以及波束指向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述各個陣列天線 陣元功率的約束條件包括各個陣元之間的功率差異。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，在所 述步驟S106中，不考慮所述賦形4又值的幅角。
5. 才艮據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述 各個陣列天線陣元功率的約束條件為限制賦形權(quán)值的模值不超過1。
6. —種陣列天線波束賦形裝置，其特征在于，包括確定單元，用于確定主波束的約束條件，以及各個陣列 天線陣元功率的約束條件；計算單元，用于根據(jù)所述各個陣列天線陣元功率的約束 條件，確定各個所述陣列天線陣元所需的賦形權(quán)值的模值；搜索單元，用于根據(jù)所述模值，搜索滿足所述主波束的 約束條件的所述賦形權(quán)值的幅角；以及賦形單元，用于才艮據(jù)所得到的所述賦形權(quán)值進4亍賦形， 以得到滿足所述主波束的約束條件以及所述各個陣列天線陣 元功率的約束條件的波束。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的陣列天線波束賦形裝置，其特征在于， 所述主波束的約束條件包括以下之一或組合波束寬度、以及 波束指向。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的陣列天線波束賦形裝置，其特征在于， 所述各個陣列天線陣元功率的約束條件包括各個陣元之間的 功率差異。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的陣列天線波束賦形裝置， 其特征在于，在所述計算單元中，不考慮所述賦形4又值的幅角。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的陣列天線波束賦形裝置， 其特征在于，所述各個陣列天線陣元功率的約束條件為限制賦 形權(quán)值的模值不超過l。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種陣列天線波束賦形方法和裝置，該方法包括以下步驟步驟S102，確定主波束的約束條件；步驟S104，確定各個陣列天線陣元功率的約束條件；步驟S106，根據(jù)各個陣列天線陣元功率的約束條件，確定各個陣列天線陣元所需的賦形權(quán)值的模值；步驟S108，根據(jù)模值，搜索滿足主波束的約束條件的賦形權(quán)值的幅角；以及步驟S110，根據(jù)所得到的賦形權(quán)值進行賦形，以得到滿足主波束的約束條件以及各個陣列天線陣元功率的約束條件的波束。因此，通過本發(fā)明，得到的符合要求的賦形波束，并且通過實現(xiàn)低旁瓣波束賦形，滿足了特定的主波束要求，同時能夠減少用戶間的干擾，降低陣列天線的發(fā)射功率。
文檔編號H04B7/26GK101257335SQ200710111560
公開日2008年9月3日 申請日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月2日
發(fā)明者昕 郭 申請人:中興通訊股份有限公司