一種td－scdma系統仿真中智能天線的實現方法
2023-05-21 03:43:21
專利名稱：一種td－scdma系統仿真中智能天線的實現方法
技術領域：
本發明涉及智能天線技術，尤指一種TD-SCDMA系統仿真中智能天線的實現方法。
背景技術：
智能天線是一種空分多址技術，用於在空間上區分不同的用戶。實際應用中，智能天線設置在服務基站處，能同時形成多個窄波束，每個窄波束指向該服務基站的某個接入用戶，並在該接入用戶發生移動時自適應地對其進行跟蹤，從而在服務基站和接入用戶之間建立一條能量相對集中的無線鏈路，故智能天線能夠有效地抗衰落、抗幹擾，並能夠增加系統容量。基於上述優點，智能天線被普遍應用在TD-SCDMA系統中。
智能天線的工作原理是以多個高增益的窄波束動態跟蹤對應的多個期望用戶，在接收模式下，將天線方向圖的主瓣對準有用信號的方向，並抑制來自窄波束之外的幹擾信號；在發射模式下，使得該天線方向圖所對應的用戶接收到的信號功率最大，並確保窄波束照射範圍以外的其它用戶受到的幹擾最小。在智能天線的設計中，為使實際使用的智能天線更接近所需的理想工作狀態，一般應通過仿真考察智能天線在TD-SCDMA系統中的工作情況，再根據仿真結果對智能天線的性能和參數進行調整和優化，使得設計出來的智能天線能夠符合實際應用的需要。
由於智能天線的構成較為複雜，目前採用的仿真方法一般只是簡化地對智能天線進行近似，或者直接將智能天線處理為一般天線。比如在TD-SCDMA系統仿真中，上行鏈路採用多用戶檢測因子抵消部分小區內的幹擾，下行鏈路使用平均天線增益，以此仿真出智能天線在TD-SCDMA系統中的作用。但是，上述方法較為粗糙，不能充分體現智能天線的特點，以及智能天線在整個TD-SCDMA系統中的工作情況。按照上述近似處理的方法，無法準確描述出實際環境下的智能天線，更無法滿足TD-SCDMA系統仿真對於智能天線的精度要求，使得仿真無法得到較好的效果。
發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種TD-SCDMA系統仿真中智能天線的實現方法，根據智能天線的特點，在建模時生成更為準確、精度較高的智能天線，以滿足TD-SCDMA系統仿真的要求。
為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的一種TD-SCDMA系統仿真中智能天線的實現方法，該方法包括根據智能天線的類型劃分發射區域，設置每個發射區域的天線方向圖並逐一記錄在數據文件中；根據接入用戶的角度位置，確定該接入用戶所在的發射區域，從數據文件中讀取該發射區域的天線方向圖，計算所述TD-SCDMA系統的功率信息。
所述劃分發射區域並設置每個發射區域的天線方向圖的步驟具體為根據計算精度將智能天線的覆蓋區域劃分為一個以上的發射區域，並根據智能天線的對稱性，從上述發射區域中選出至少一個參考區域，測量出所選的參考區域中所有角度的天線增益，形成該參考區域的天線方向圖，並按照對稱性確定出上述發射區域中除參考區域之外的其它區域的天線方向圖。
所述將天線方向圖記錄在數據文件中的步驟具體為在數據文件中為每個天線方向圖設置一個數據項；每個數據項順序記錄對應天線方向圖的所有角度的天線增益，或者將對應天線方向圖的最大增益記錄在數據項的首位，再從最大增益所在的角度開始順序存儲其它角度的天線增益。
所述功率信息為上行發射功率時，計算功率信息的步驟具體為根據接入用戶所處的發射區域，從天線方向圖中查找到該發射區域的最大增益，並在所述接入用戶的實際發射功率中增加該最大增益，獲得該接入用戶的上行發射功率。
所述功率信息為下行發射功率時，計算功率信息的步驟具體為根據接入用戶所處的發射區域，從天線方向圖中查找到該發射區域的最大增益，並在服務基站對所述接入用戶的實際發射功率中增加該最大增益，從而獲得該接入用戶的下行發射功率。
所述功率信息為幹擾功率時，計算功率信息的步驟具體為根據接入用戶所處的發射區域，查找到該發射區域的天線方向圖，從中獲取與幹擾信號的角度對應的天線增益，並在幹擾信號的實際幹擾功率中增加該天線增益，從而獲得該幹擾信號產生的幹擾功率。
所述幹擾功率為上行幹擾功率或下行幹擾功率。
所述智能天線的類型包括圓形陣、線形陣和弧形陣。
由上述技術方案可見，本發明的這種TD-SCDMA系統仿真中智能天線的實現方法，能夠按照精度要求對實際使用的智能天線進行建模描述，根據所描述的智能天線執行TD-SCDMA系統仿真，計算出採用智能天線的TD-SCDMA系統的功率信息。
該方法由於充分考慮到智能天線的特點和工作原理，故仿真結果準確、可信；並且，該方法使用簡單，適用於各種類型的智能天線，能很好地提高仿真效率和計算速度。
圖1為本發明的TD-SCDMA系統仿真中智能天線的實現流程；圖2為本發明一個較佳實施例中主瓣方向分別為0°和55°的天線方向圖；圖3為本發明一個較佳實施例中發射區域的劃分示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例，對本發明進一步詳細說明。
對於實際使用的智能天線而言，需要先估計接入用戶的來波方向，再通過調節各陣元信號的加權幅度和相位來改變陣列天線的方向圖，從而將天線方向圖的主瓣指向接入用戶，將旁瓣或者零陷指向幹擾方向，即智能天線是自適應的。但是，根據用戶信息計算權值來生成天線方向圖複雜耗時，在仿真中也是沒有必要的。為此，本發明使用固定形狀的天線方向圖確定各個方向的天線增益，每個方向的天線增益都可通過測量獲得，從而避免了對智能天線執行加權計算，極大地提高了仿真速度。圖1為本發明的TD-SCDMA系統仿真中智能天線的實現流程，包括以下步驟步驟101、根據智能天線的類型劃分發射區域，並為每個發射區域設置一個固定的天線方向圖。
在較小的角度範圍內，天線方向圖的形狀變化並不明顯，即可以近似地認為某個小角度範圍內具有相同的天線方向圖的形狀，亦即在這個角度範圍內可以使用同一組天線增益。所述天線增益可以是以dBi表示的波束賦形增益，或者天線陣的總增益，或者用負偏移形式表示的相對增益，即以最大增益作為單位增益，其它增益取與最大增益比較得到的相對值。
但是，一旦角度超出一定範圍，天線方向圖的形狀就不相同了。比如，對於具有多個扇區的小區而言，所採用的智能天線為線形陣，對準不同水平方向的天線方向圖的形狀差別較大，如圖2所示，主瓣方向分別為0°和55°的天線方向圖的形狀是不同的，主瓣寬度和最大增益等參數也有較大差別。如果只採用一個固定形狀的天線方向圖，就不能很好地仿真出該小區中使用的智能天線。這樣，在設置智能天線的天線方向圖時，可以按照精度要求，將智能天線的整個覆蓋區域按照角度劃分為一個以上的發射區域，同一個發射區域的所有用戶使用相同的天線方向圖。
實際應用中，可以先獲得整個覆蓋區域的若干個天線方向圖，再劃分發射區域；也可以根據精度要求先劃分發射區域，再分別獲取對應發射區域的天線方向圖。發射區域的劃分遵循兩個原則，一是保證該發射區域內的天線方向圖變化不大，也就是說在該發射區域的不同角度上，雖然天線方向圖的主瓣指向發生了變化，但是天線方向圖的形狀沒什麼變化；二是將天線方向圖的主瓣方向設置在發射區域的中心。發射區域劃分的越小，智能天線的建模結果越準確，相對地，就會在一定程度上降低仿真的運算速度。對於精度要求較高的情況，可以按照單位度數劃分發射區域，即在每度使用一個單獨的天線方向圖。
TD-SCDMA系統中採用的智能天線全向的是圓形陣，扇區的是線形陣，還有弧線陣等，這些智能天線都是對稱的陣列。對於具有對稱性的智能天線陣列，整個覆蓋區域的天線方向圖基於對稱軸保持對稱，故建模時可以僅測量對稱軸兩邊中任一邊的天線方向圖。
比如，對於3扇區線形陣的其中一個扇區，該扇區的角度為120°。將其劃分為23個發射區域，並按照對稱關係測量出主瓣方向分別在0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°和55°上的12個參考區域的天線方向圖。其中，主瓣方向為0°的天線方向圖與該線形陣垂直，即該天線方向圖的效果最好，故將主瓣方向為0°的天線方向圖對準扇區中央。表一顯示的是該扇區的所有天線方向圖，另外兩個扇區的設置與此相同，此處不再贅述。
表一上表中，H55表示在偏離扇區中心55度的角度位置測得的天線方向圖，H表示該天線方向圖為水平方向圖。與表一對應的，所述3扇區線形陣的發射區域劃分如圖3所示，比如標號為301的發射區域1和標號為305的發射區域23使用的是H55，標號為302的發射區域2使用的是H50，標號為303的發射區域3使用的是H45，標號為304的發射區域12使用的是H00，該圖中只畫出每個天線方向圖的主瓣。以上描述均以水平方向圖為例，在垂直方向上也可以採用相同的方法建模得到智能天線，此處不再贅述。
本發明的建模方式適用範圍較廣，比如可以用於各種全向天線，或多扇區天線等。由於全向天線的對稱性好，可以將其八等分，每個等分為45度，並只對其中的一個等分劃分發射區域並設置天線方向圖，其餘等分可採用相同的方法進行設置。所述多扇區天線指的是三扇區天線或四扇區天線等，這種類型的智能天線每個扇區的設置都是相同的。
步驟102、生成數據文件，存儲所設置的所有發射區域的天線方向圖。
所述數據文件存儲在計算機中，每個數據項對應記錄有一個發射區域號和該發射區域上使用的天線方向圖在各個角度上的天線增益G(θ0)～G(θk)。其中，k指的是存在天線增益的角度範圍，一般可以取360°。對於帶理想反射板的三扇區天線，k取120°或180°等。
比如，對於表一所示的智能天線，數據文件的存儲格式如下發射區域1G1(θ0)，G1(θ1)，G1(θ2)，......，G1(θk)；發射區域2G2(θ0)，G2(θ1)，G2(θ2)，......，G2(θk)；發射區域23G23(θ0)，G23(θ1)，G23(θ2)，......，G23(θk)。
但是，這種存儲方式存在以下缺點在使用上述智能天線的天線方向圖時，根據接入用戶所在的角度位置確定出該用戶當前位於的發射區域後，需要查找該發射區域的最大增益所在的角度，才能將該天線方向圖的主瓣指向接入用戶。當用戶數目較多時，上述查找過程較為耗時，會降低TD-SCDMA系統的仿真效率。
為此，本發明提供了另一種存儲方式將每個發射區域的最大增益G(θ′)保存在數據項的首位，θ′是最大增益角度，其它角度的天線增益按照從最大增益角度開始逆時針旋轉一周的順序存儲。這樣，對於表一所示的智能天線，數據文件的存儲格式如下發射區域1G1(θ1′)，G1(θ1′+1)，......，G1(θk)，G1(θ0)，......，G1(θ1′-1)；發射區域2G2(θ2′)，G2(θ2′+1)，......，G2(θk)，G2(θ0)，......，G2(θ2′-1)；發射區域23G23(θ23′)，G23(θ23′+1)，......，G23(θk)，G23(θ0)，......，G23(θ23′-1)。
該存儲方式的優點在於當計算智能天線在服務基站和接入用戶之間的上下行發射功率時，能夠直接獲得最大增益G(θ′)，從而將該天線方向圖的主瓣指向接入用戶，節約了仿真時間。
步驟103、從數據文件中獲取接入用戶所處位置的天線增益，計算出上下行發射功率和上下行幹擾功率。
該步驟具體為根據接入用戶的角度位置θuser確定該用戶所處的發射區域m，並從對應的數據項中獲取該發射區域m的最大增益Gm(θ′)。令θ′＝θuser，從而將天線方向圖的主瓣指向該接入用戶。
之後，計算上行發射功率時，在接入用戶的實際發射功率上增加最大增益Gm(θ′)；計算上行幹擾功率時，假設某個幹擾用戶的信號角度為θuser+1，由於θ′＝θuser，則可以確定θuser+1的天線增益為Gm(θ′+1)，再將幹擾用戶的實際幹擾功率加上該天線增益Gm(θ′+1)，就能夠得到該幹擾用戶產生的上行幹擾功率。
同樣地，計算下行發射功率時，在服務基站的實際發射功率上增加所獲取的最大增益Gm(θ′)；計算下行幹擾功率時，假設某個幹擾基站發出的信號的角度為θuser+1，由於θ′＝θuser，故可以查找到θuser+1的天線增益為Gm(θ′+1)，再將幹擾基站的實際幹擾功率加上該天線增益Gm(θ′+1)，就能夠得到該幹擾基站產生的下行幹擾功率。
由上述的實施例可見，本發明的這種TD-SCDMA系統仿真中智能天線的實現方法，通過劃分發射區域對智能天線進行建模，並利用建模獲得的天線增益仿真出TD-SCDMA系統中的智能天線，故該方法的仿真結果準確、可信，並且使用簡單，適用於各種類型的智能天線，能很好地提高仿真效率和計算速度。
權利要求
1.一種TD-SCDMA系統仿真中智能天線的實現方法，其特徵在於，該方法包括根據智能天線的類型劃分發射區域，設置每個發射區域的天線方向圖並逐一記錄在數據文件中；根據接入用戶的角度位置，確定該接入用戶所在的發射區域，從數據文件中讀取該發射區域的天線方向圖，計算所述TD-SCDMA系統的功率信息。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述劃分發射區域並設置每個發射區域的天線方向圖的步驟具體為根據計算精度將智能天線的覆蓋區域劃分為一個以上的發射區域，並根據智能天線的對稱性，從上述發射區域中選出至少一個參考區域，測量出所選的參考區域中所有角度的天線增益，形成該參考區域的天線方向圖，並按照對稱性確定出上述發射區域中除參考區域之外的其它區域的天線方向圖。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述將天線方向圖記錄在數據文件中的步驟具體為在數據文件中為每個天線方向圖設置一個數據項；每個數據項順序記錄對應天線方向圖的所有角度的天線增益，或者將對應天線方向圖的最大增益記錄在數據項的首位，再從最大增益所在的角度開始順序存儲其它角度的天線增益。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述功率信息為上行發射功率時，計算功率信息的步驟具體為根據接入用戶所處的發射區域，從天線方向圖中查找到該發射區域的最大增益，並在所述接入用戶的實際發射功率中增加該最大增益，獲得該接入用戶的上行發射功率。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述功率信息為下行發射功率時，計算功率信息的步驟具體為根據接入用戶所處的發射區域，從天線方向圖中查找到該發射區域的最大增益，並在服務基站對所述接入用戶的實際發射功率中增加該最大增益，從而獲得該接入用戶的下行發射功率。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述功率信息為幹擾功率時，計算功率信息的步驟具體為根據接入用戶所處的發射區域，查找到該發射區域的天線方向圖，從中獲取與幹擾信號的角度對應的天線增益，並在幹擾信號的實際幹擾功率中增加該天線增益，從而獲得該幹擾信號產生的幹擾功率。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述幹擾功率為上行幹擾功率或下行幹擾功率。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述智能天線的類型包括圓形陣、線形陣和弧形陣。
全文摘要
本發明公開了一種TD－SCDMA系統仿真中智能天線的實現方法。該方法的過程包括根據智能天線的類型劃分發射區域，設置每個發射區域的天線方向圖並逐一記錄在數據文件中；根據接入用戶的角度位置，確定該接入用戶所在的發射區域，從數據文件中讀取該發射區域的天線方向圖，計算所述TD－SCDMA系統的功率信息。本發明的這種方法通過劃分發射區域對智能天線進行建模，並利用建模獲得的天線增益仿真出TD－SCDMA系統中的智能天線，故仿真結果準確、可信，並且使用簡單，適用於各種類型的智能天線，能很好地提高仿真效率和計算速度。
文檔編號H04B7/04GK101087163SQ20061008316
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月7日 優先權日2006年6月7日
發明者胡煒, 陳慶濤 申請人:普天信息技術研究院