專利名稱：多天線陣列系統(tǒng)的廣播波束賦形方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)中廣播波束賦形技術(shù)，特別涉及一種多天線陣列 系統(tǒng)的廣播波束賦形方法及裝置。
背景技術(shù)：
具有傳統(tǒng)智能天線的移動通信系統(tǒng)一般在業(yè)務(wù)信道根據(jù)用戶的空間信息進(jìn) 行波束賦形，將多天線單元發(fā)射的電磁波能量集中在用戶方向，有時也可以針 對干擾方向形成零陷。對于廣播信道，例如尋呼信道、導(dǎo)頻信道等，對廣播波 束賦形一般的做法是通過優(yōu)化的賦形系數(shù)進(jìn)行波東賦形，形成能夠覆蓋整個小 區(qū)/扇區(qū)的廣播波束。如圖1所示，扁橢圓形實線所標(biāo)識的波東為業(yè)務(wù)波東，寬 幅扇形虛線所標(biāo)識的波束為廣播波東。從圖1中可以看出兩種波東的區(qū)別和特 點，業(yè)務(wù)波東具有很好的方向性，而廣播波束具有很好的覆蓋性。
對于傳統(tǒng)智能天線陣來說，由于釆用波東賦形技術(shù)，天線陣的各天線單元
之間的距離一般都在0.5倍的波長左右，而對于釆用分集或者空間復(fù)用技術(shù)的 天線陣來說，需要天線單元之間有足夠的隔離，以便獲得獨立的信道。 一般來 說，這種隔離可以通過增加天線單元之間的距離和釆用不同的極化方式來實現(xiàn)。
具有多天線陣列的系統(tǒng)一般都會同時釆用分集和賦形技術(shù)，例如，兩個天 線單元間距為0.5波長的天線陣以分布式方式放置，天線陣內(nèi)進(jìn)行波束賦形， 天線陣之間進(jìn)行分集或者空間復(fù)用，如圖2所示。
目前已有的實現(xiàn)方案中，這種具有多個天線陣列結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)其廣播信道都 是通過發(fā)射分集進(jìn)行廣播信道發(fā)射的，系統(tǒng)中每個天線陣都需要形成覆蓋整個 小區(qū)/扇區(qū)的廣播波東，但當(dāng)天線陣的天線單元個數(shù)較少時，例如少于4個，則 無法得到一組賦形權(quán)系數(shù)，使得該天線陣能夠形成覆蓋整個扇區(qū)的廣播波東。
因此，只能利用發(fā)射分集或空間復(fù)用算法，而對于采用分集或者空間復(fù)用技術(shù) 的天線陣來說，需要天線單元之間有足夠的隔離，以便獲得獨立的信道。當(dāng)天 線陣為小間距天線陣時，利用這兩種算法并不能得到很好的性能增益。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一是提供一種多天線陣列系統(tǒng)的廣播波束賦形 方法，能夠解決天線單元數(shù)較少的小間距天線陣不能形成覆蓋整個小區(qū)/扇區(qū)的 廣播波束的技術(shù)問題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的
一種多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形方法，所述多天線陣列至少包括兩個
天線子陣，該方法包含以下步驟
A、 獲取所述至少兩個天線子陣中各天線的廣播波東賦形系數(shù)；
B、 利用獲得的所述賦形系數(shù)對所述至少兩個天線子陣中的各天線待發(fā)送 信號分別加權(quán)后，通過各天線進(jìn)行發(fā)射。
基于上述方案，進(jìn)一步地，所述的至少兩個天線子陣中各個天線的廣播波 東賦形系數(shù)是根據(jù)每個天線子陣所分配覆蓋區(qū)域進(jìn)行廣播波束優(yōu)化得到的。
基于上述方案，進(jìn)一步地，所述的各個天線子陣所分配覆蓋區(qū)域是依據(jù)所 述多天線陣列將要覆蓋的小區(qū)/扇區(qū)范圍而劃分成的若干子區(qū)域，其中一個或多 個天線子陣負(fù)責(zé)覆蓋一個子區(qū)域。
基于上述方案，進(jìn)一步地，所述賦形系數(shù)是預(yù)先優(yōu)化并存儲在系統(tǒng)中的。
基于上述方案，進(jìn)一步地，步驟B中，還包括對各天線待發(fā)送信號分別施 加不同的時間延遲后，再通過各天線進(jìn)行發(fā)射的步驟，其中屬于同一天線子陣 的天線其時間延遲相同。
基于上述方案，進(jìn)一步地，步驟B中，還包括對各天線待發(fā)送信號分別施 加不同的隨機相位偏轉(zhuǎn)后，再通過各天線進(jìn)行發(fā)射的步驟，其中屬于同一天線 子陣的天線其隨機相位偏轉(zhuǎn)相同。
基于上述方案，進(jìn)一步地，步驟B中，還包括對各天線待發(fā)送信號分別施
加不同的時間延遲及不同的隨機相位偏轉(zhuǎn)后，再通過各天線進(jìn)行發(fā)射的步驟，
其中屬于同一天線子陣的天線其時間延遲及隨機相位偏轉(zhuǎn)相同。
基于上述方案，進(jìn)一步地，所述的天線子陣是物理上獨立的天線陣。 基于上述方案，進(jìn)一步地，所述的天線子陣是通過多天線陣列中的各天線
進(jìn)行分組而得到的邏輯上的天線子陣。
本發(fā)明的另 一 目的是提供 一種多天線陣列系統(tǒng)的廣播波束賦形裝置，為達(dá)
到此目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的
一種多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形裝置，包括 天線陣列，包含至少兩個天線子陣，用于發(fā)射廣播信號；
賦形系數(shù)設(shè)置單元，用于設(shè)定和存儲根據(jù)每個天線子陣所分配覆蓋區(qū)域進(jìn) 行廣播波束優(yōu)化得到的所述至少兩個天線子陣中各個天線的廣播波東賦形系
數(shù)；
賦形發(fā)射單元，用于依據(jù)所述各個天線的廣播波東賦形系數(shù)對所述至少兩 個天線子陣中的各天線待發(fā)送信號分別加權(quán)，然后通過各天線進(jìn)行發(fā)射。
基于上述方案，進(jìn)一步地，當(dāng)一個或多個天線子陣負(fù)責(zé)覆蓋一個區(qū)域時， 還包括一個用于發(fā)射分集處理的分集處理單元，所述分集處理單元可以位于賦 形發(fā)射單元前或賦形發(fā)射單元后。
基于上述方案，進(jìn)一步地，所述分集處理單元為延遲分集處理單元。 基于上述方案，進(jìn)一步地，所述分集處理單元為隨機相位偏轉(zhuǎn)分集處理單元。
基于上述方案，進(jìn)一步地，所述分集處理單元為延遲分集與隨機相位偏轉(zhuǎn) 分集相結(jié)合的分集處理單元。
基于上述方案，進(jìn)一步地，所述的天線子陣是物理上獨立的天線陣。
基于上述方案，進(jìn)一步地，所述的天線子陣是通過多天線陣列中的各天線 進(jìn)行分組而得到的邏輯上的天線子陣。
使用本發(fā)明所述的技術(shù)方案，權(quán)值優(yōu)化簡單，甚至可以直接釆用波束賦形
的算法進(jìn)行，優(yōu)化權(quán)值的工作可以離線進(jìn)行。如圖3所示的效果圖，每個天線
子陣由3個天線單元構(gòu)成，每一個天線子陣負(fù)責(zé)覆蓋大約35度左右的區(qū)域，兩 個波束總的覆蓋即可達(dá)到大約70度的扇區(qū)覆蓋。
使用本發(fā)明所述的技術(shù)方案能夠?qū)l(fā)送信號能量限制在一定區(qū)域發(fā)送，例 如近似70度范圍內(nèi)發(fā)送，這樣就減小了當(dāng)前廣播波東對相鄰扇區(qū)的干擾，從而 具有一定干擾抑制能力，如果單純利用發(fā)射分集的方法則不能達(dá)到這個效果。
使用本發(fā)明所述的技術(shù)方案能夠覆蓋更遠(yuǎn)的距離，由于每個天線子陣分別 覆蓋一片區(qū)域，其分別對每一片區(qū)域形成一個較窄的波東，具有一定的賦形增 益。相比單純使用發(fā)射分集的方法，能夠覆蓋更遠(yuǎn)的距離。


圖1為智能天線系統(tǒng)的廣播波束和業(yè)務(wù)波東示例圖2為具有多個天線陣列結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)示例圖3為本發(fā)明示例效果圖4為本發(fā)明的實現(xiàn)流程示意圖5為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明技術(shù)方案的核心是對擁有多個天線陣列的小區(qū)/扇區(qū)的覆蓋范圍進(jìn) 行劃分，以一個或多個天線子陣負(fù)責(zé)覆蓋一個所分配的區(qū)域，避免每個天線子 陣都需要形成覆蓋整個小區(qū)/扇區(qū)的廣播波束。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明所提出的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形方法的實 現(xiàn)步驟做詳細(xì)的描述。本發(fā)明中所述多天線陣列至少包括兩個天線子陣。所述 的天線子陣即可以是物理上獨立的天線陣，也可以是通過多天線陣列中的各天 線單元進(jìn)行分組而得到的邏輯上的天線子陣，例如，雙極化天線陣中，每個物 理天線單元在邏輯上包含一個垂直極化的天線單元和一個水平極化的天線單 元，這樣， 一個物理上的天線陣在邏輯上就可以看作是兩個天線陣。再如，一 個2xN單元天線陣，可以劃分為兩個邏輯上的N單元天線陣。所述方法的具
體步驟如下
步驟1:獲取至少兩個天線子陣中各個天線的廣播波東賦形系數(shù)； 在步驟1執(zhí)行前，首先依據(jù)所述多個天線陣列將要覆蓋的小區(qū)/扇區(qū)范圍， 將其劃分成若干個子區(qū)域， 一個或多個天線子陣負(fù)責(zé)覆蓋一個子區(qū)域，所述若 干子區(qū)域的覆蓋范圍之間允許有一部分重疊；如果沒有特殊需要可以等分。以 圖3為例，若扇區(qū)范圍為70度，該扇區(qū)內(nèi)有兩個天線子陣，在沒有特殊需求的 情況下，可以將該扇區(qū)等分為兩個小的扇區(qū)，每個天線子陣覆蓋約35度。
依據(jù)上述劃分后的區(qū)域信息，對每個天線子陣所分配覆蓋區(qū)域進(jìn)行廣播波 束優(yōu)化，優(yōu)化的準(zhǔn)則是覆蓋所分配的區(qū)域，盡量降低對其他陣列所覆蓋區(qū)域的 干擾。所述廣播波束優(yōu)化就是求得一組賦形系數(shù)，使得該天線子陣應(yīng)用該組賦 形系數(shù)得到的賦形方向圖滿足覆蓋所分配區(qū)域的要求，如圖3所示，圖3中的 實線所標(biāo)識的區(qū)域為該扇區(qū)中一個天線子陣通過波東優(yōu)化后形成的賦形方向 圖，虛線所標(biāo)識的區(qū)域為該扇區(qū)中另一個天線子陣通過波束優(yōu)化后形成的賦形 方向圖，這里所述的廣播波東優(yōu)化方法是常用公知技術(shù)。通過上述針對所分配 覆蓋區(qū)域的廣播波東優(yōu)化，得到各天線子陣中各個天線即天線單元的廣播波束 賦形系數(shù)。
步驟2:利用獲得的賦形系數(shù)對各天線子陣中的各天線待發(fā)送信號分別加 權(quán)后，通過各天線進(jìn)行發(fā)射。
當(dāng)多個天線子陣負(fù)責(zé)覆蓋一個劃分后的區(qū)域時，為了防止廣播波束在多個 覆蓋區(qū)域的邊緣由于重疊而形成深衰區(qū)，本發(fā)明還可以結(jié)合使用發(fā)射分集等方 法，改善兩個波束交疊區(qū)域的覆蓋效果，如圖3中0度附近的區(qū)域，對于不存 在波東交疊區(qū)域的覆蓋，其性能主要依賴于賦形增益，而不是發(fā)射分集的增益， 因而能夠得到比現(xiàn)有技術(shù)更好的性能。
步驟2還可以按照如下方法實現(xiàn)
方法1:廣播信道的信號通過每個天線子陣優(yōu)化的權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，對各 天線待發(fā)送信號分別施加不同的時間延遲后，再通過各天線進(jìn)行發(fā)射，其中屬 于同一天線子陣的天線其時間延遲相同。
該方法結(jié)合了發(fā)送分集和分區(qū)覆蓋的思想，對不同的覆蓋區(qū)域加不同的延 遲形成延遲分集，避免重疊區(qū)域形成深衰區(qū)。以圖3為例， 一個扇區(qū)中有兩個 天線子陣，將覆蓋區(qū)域分成兩塊，則天線子陣1在^時刻發(fā)送，則天線子陣2 在^時刻發(fā)送，這里h-^卜A"即兩天線子陣延遲"時間發(fā)送，"可以根據(jù)實
際環(huán)境中多徑時延擴展確定。
以TD-SCDMA系統(tǒng)為例，可以取A^ = "*0.78125m ,即對應(yīng)n個碼片(chip )
時間寬度，這里，n可以根據(jù)實際環(huán)境中的時延擴展來取，進(jìn)行延遲發(fā)送實際 上相當(dāng)于在下行發(fā)射時人為造成多徑，其主要目的是為了避免在重疊覆蓋區(qū)域 信號反相疊加從而產(chǎn)生深衰，導(dǎo)致覆蓋性能嚴(yán)重下降。
方法2:廣播信道的信號通過每個天線子陣優(yōu)化的權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，對各 天線待發(fā)送信號分別施加不同的隨機相位偏轉(zhuǎn)后，再通過各天線進(jìn)行發(fā)射，其 中屬于同一天線子陣的隨機相位偏轉(zhuǎn)相同。這樣對于覆蓋重疊區(qū)域可以避免形 成長期的深衰區(qū)，可以獲得一定的交織和編碼增益，從而帶來一定的性能增益。
該方法中加不同的隨機相位偏轉(zhuǎn)主要是為了防止在低速條件下，兩個天線 子陣發(fā)送信號在接收端長期處于反相疊加而長期處于深衰區(qū)。其主要步驟是在 信號發(fā)送時，對于各個天線子陣分別加上不同的相移，并且這個相移大小隨機 產(chǎn)生，而每個天線子陣陣內(nèi)各天線單元所加的相移相同。具體實現(xiàn)方法為將各 天線子陣待發(fā)送復(fù)信號與cos(e)+戶sin(^)復(fù)信號相乘，其中^相位旋轉(zhuǎn)因子，為 0 2;r間均勻分布的隨機數(shù)或偽隨機數(shù)。
方法3:將方法1和方法2所述的延遲分集和隨機相位偏轉(zhuǎn)分集同時使用， 即廣播信道的信號通過每個天線子陣優(yōu)化的權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，對不同的覆蓋 區(qū)域加不同的時間延遲、同時加不同的隨機相位偏轉(zhuǎn)，然后進(jìn)行發(fā)射。
該方法結(jié)合了方法1和方法2的處理技術(shù)，能夠更好的避免覆蓋重疊區(qū)域 形成深衰區(qū)。
圖5示例了一種實現(xiàn)上述多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形方法的裝置，包 括天線陣列，賦形系數(shù)設(shè)置單元，分集處理單元，賦形發(fā)射單元。天線陣列 包含至少兩個天線子陣，用于發(fā)射廣播信號。賦形系數(shù)設(shè)置單元，用于設(shè)定和 存儲，根據(jù)每個天線子陣所分配覆蓋范圍進(jìn)行廣播波東優(yōu)化得到的各天線子陣 中各個天線單元的廣播波束賦形系數(shù)。賦形發(fā)射單元，用于依據(jù)所述各個天線 的廣播波束賦形系數(shù)對所述至少兩個天線子陣中的各天線待發(fā)送信號分別加 權(quán)，然后通過各天線進(jìn)行發(fā)射。分集處理單元，用于發(fā)射分集處理，依據(jù)分集 處理的方式可以把分集處理單元劃分成不同的類型，如延遲分集處理單元、 隨機相位偏轉(zhuǎn)分集處理單元以及延遲分集與隨機相位偏轉(zhuǎn)分集相結(jié)合的分集處 理單元等。所述分集處理單元可以位于所述賦形發(fā)射單元之前也可以位于所述 賦形發(fā)射單元之后。如圖所示，廣播信號在賦形發(fā)射單元中使用從賦形系數(shù)設(shè) 置單元中獲取的各天線的賦形系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，加權(quán)后的信號通過分集處理單元 的處理后，通過天線陣列中的各天線子陣發(fā)射出去。
本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下， 本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改 變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種多天線陣列系統(tǒng)的廣播波束賦形方法，其特征在于，所述多天線陣列至少包括兩個天線子陣，所述方法包括以下步驟A、獲取所述至少兩個天線子陣中各天線的廣播波束賦形系數(shù)；B、利用獲得的所述賦形系數(shù)對所述至少兩個天線子陣中的各天線待發(fā)送信號分別加權(quán)后，通過各天線進(jìn)行發(fā)射。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形方法，其特征在 于，所述的至少兩個天線子陣中各個天線的廣播波東賦形系數(shù)是根據(jù)每個天線 子陣所分配覆蓋區(qū)域進(jìn)行廣播波束優(yōu)化得到的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波束賦形方法，其特征在 于，所述的各個天線子陣所分配覆蓋區(qū)域是依據(jù)所述多天線陣列將要覆蓋的小 區(qū)/扇區(qū)范圍而劃分成的若干子區(qū)域，其中一個或多個天線子陣負(fù)責(zé)覆蓋一個子 區(qū)域。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形方法，其特征在 于，所述賦形系數(shù)是預(yù)先優(yōu)化并存儲在系統(tǒng)中的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波束賦形方法，其特征在 于，所述步驟B中，還包括對各天線待發(fā)送信號分別施加不同的時間延遲后， 再通過各天線進(jìn)行發(fā)射的步驟，其中屬于同一天線子陣的天線其時間延遲相同。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形方法，其特征在 于，所述步驟B中，還包括對各天線待發(fā)送信號分別施加不同的隨機相位偏轉(zhuǎn) 后，再通過各天線進(jìn)行發(fā)射的步驟，其中屬于同一天線子陣的天線其隨機相位 偏轉(zhuǎn)相同。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形方法，其特征在 于，所述步驟B中，還包括對各天線待發(fā)送信號分別施加不同的時間延遲及不 同的隨機相位偏轉(zhuǎn)后，再通過各天線進(jìn)行發(fā)射的步驟，其中屬于同一天線子陣 的天線其時間延遲及隨機相位偏轉(zhuǎn)相同。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形方法，其特征在于，所述的天線子陣是物理上獨立的天線陣。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形方法，其特征在 于，所述的天線子陣是通過多天線陣列中的各天線進(jìn)行分組而得到的邏輯上的 天線子陣。
10、 一種多天線陣列系統(tǒng)的廣播波束賦形裝置，其特征在于，包括 天線陣列，包含至少兩個天線子陣，用于發(fā)射廣播信號；賦形系數(shù)設(shè)置單元，用于設(shè)定和存儲根據(jù)每個天線子陣所分配覆蓋區(qū)域進(jìn) 行廣播波東優(yōu)化得到的所述至少兩個天線子陣中各個天線的廣播波東賦形系數(shù)；賦形發(fā)射單元，用于依據(jù)所述各個天線的廣播波束賦形系數(shù)對所述至少兩 個天線子陣中的各天線待發(fā)送信號分別加權(quán)，然后通過各天線進(jìn)行發(fā)射。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形裝置，其特征在于，當(dāng)一個或多個天線子陣負(fù)責(zé)覆蓋一個區(qū)域時，還包括一個用于發(fā)射分集 處理的分集處理單元，所述分集處理單元可以位于賦形發(fā)射單元前或賦形發(fā)射 單元后。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形裝置，其特征在于，所述分集處理單元為延遲分集處理單元。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波東賦形裝置，其特征在于，所述分集處理單元為隨機相位偏轉(zhuǎn)分集處理單元。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播波束賦形裝置，其特征 在于，所述分集處理單元為延遲分集與隨機相位偏轉(zhuǎn)分集相結(jié)合的分集處理單 元。
15、 根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一權(quán)利要求所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播 波東賦形裝置，其特征在于，所述的天線子陣是物理上獨立的天線陣。
16、 根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一權(quán)利要求所述的多天線陣列系統(tǒng)的廣播 波束賦形裝置，其特征在于，所述的天線子陣是通過多天線陣列中的各天線進(jìn) 行分組而得到的邏輯上的天線子陣。
全文摘要
本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)中廣播波束賦形的技術(shù)，特別涉及一種多天線陣列系統(tǒng)的廣播波束賦形方法和裝置。本發(fā)明用于解決現(xiàn)有技術(shù)中天線單元數(shù)較少時，不能夠形成覆蓋整個扇區(qū)的廣播波束的技術(shù)問題。本發(fā)明所述天線陣列至少包括兩個天線子陣，各天線子陣所分配覆蓋范圍是依據(jù)多天線陣列將要覆蓋的小區(qū)/扇區(qū)范圍而劃分成的若干區(qū)域，其中一個或多個天線子陣負(fù)責(zé)覆蓋一個區(qū)域，利用針對每個天線子陣所分配的覆蓋范圍優(yōu)化的廣播波束賦形系數(shù)對所述天線子陣中的待發(fā)送信號分別加權(quán)后，通過各天線子陣進(jìn)行發(fā)射。本發(fā)明具有廣播覆蓋范圍廣、覆蓋效果好、干擾抑制能力強等特點。
文檔編號H04B7/04GK101359947SQ20071011971
公開日2009年2月4日 申請日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者吳柯維, 孫長果 申請人:大唐移動通信設(shè)備有限公司