陣列天線波束賦形方法和裝置的製作方法

2023-10-24 04:02:22

專利名稱：陣列天線波束賦形方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及陣列天線低旁瓣波束賦形的實現方案，更具體的， 涉及一種無線通信系統中的陣列天線波束賦形方法和裝置。
背景技術：
陣列天線是一項利用不同用戶信號傳輸的空間差異性和陣列 數位訊號處理的技術，其可以實現對不同目標信號從空域角度進行 區分和隔離，從而達到降低多址幹擾、增加容量、擴大覆蓋、改善 通信質量、降低發射功率和提高無線數據傳輸速率的目的。在實際應用中，降低通信系統中各個用戶之間相互幹擾(多址 幹擾)是提高通信質量的重要途徑，而使用具有較低旁瓣的波束賦 形則是減少多址幹擾的重要手段。目前常用的陣列天線賦形採用各 個天線賦形權值等模的方法實現波束賦形，雖然實現較為簡單，但 由於權值自由度的限制，造成其在實現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)，由等模賦形權值得到的 波束通常旁瓣較高，這樣會造成對系統中其他用戶或其他小區的幹 擾增強，這樣就會降低系統的整體容量。此時採用非等模賦形權值 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。由於非等模賦形權值的自由度相對於等模賦形權值大了許 多，所以其波束賦形效果更好。然而，這樣也造成產生合適的非等 模賦形權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 形權值不易獲得。為了解決上述問題，急需一種方案來實現陣列天線^氐旁瓣波束 賦形。發明內容針對現有技術的不足，本發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，通過對波束賦形權值的模值及輻角分別進行調整，能 夠以較低的計算量得到適用的非等模賦形權值，從而實現較為理想 的波束賦形。本發明的 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值的模 值；步驟S108，根據模值，搜索滿足主波束的約束條件的賦形權值 的幅角；以及步驟SllO，根據所得到的賦形權值進行賦形，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。才艮才居本發明的一個方面，主波束的約束條j牛可以包4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，不考慮賦形權值的幅角。根據本發明的實施例，各個陣列天線陣元功率的約束條件為限 制賦形權值的模值不超過1。本發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，用於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，用於根據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值的模值；搜 索單元，用於根據模值，搜索滿足主波束的約束條件的賦形權值的 幅角；以及賦形單元，用於根據所得到的賦形權值進行賦形，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。才艮據本發明的另一個方面，在計算單元中，不考慮賦形4又值的幅角。根據本發明的實施例，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。採用本發明的陣列天線低旁瓣的波束賦形方法和裝置，即通過 根據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 權值的模值和輻角，從而得到符合要求的賦形波束。本發明通過實 現低旁瓣波束賦形，滿足特定的主波束要求，同時能夠減少用戶間 的幹擾，降低陣列天線發射功率，並且本發明具有適用範圍廣泛， 工程實現簡單等優點。本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部 分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發 明的目的和其他優點可通過在所寫的i兌明書、4又利要求書、以及附 圖中所特別指出的結構來實現和獲得。


附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部 分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中圖1是根據本發明的陣列天線波束賦形方法的流程圖；圖2是根據本發明的陣列天線波束賦形裝置的框圖；圖3是根據本發明實施例的陣列天線低旁瓣波束賦形方法的流 程圖；圖4是本發明實施例所涉及的8天線線陣的結構示意圖；圖5是本發明實施例所涉及的8天線線陣中單天線的相對功率 的方向圖；以及圖6是本發明實施例的8天線線陣等模賦形權值和通過本發明 生成的非等糹莫賦形4又值的對應波束方向的對比圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此 處所描述的優選實施例^又用於說明和解釋本發明，並不用於限定本 發明。圖1是根據本發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，根據模值，搜索滿足主波束的約束條件的賦形權值 的幅角；以及步驟SllO，根據所得到的賦形權值進行賦形，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值的模值不超過i。圖2是根據本發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，用於 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,用於根據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值的模值；搜索單元206，用於根 據模值，搜索滿足主波束的約束條件的賦形權值的幅角；以及賦形 單元208，用於根據所得到的賦形權值進行賦形，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值的模值不超過1。圖3是^4居本發明實施例的陣列天線低旁瓣波束賦形方法的流 程圖，圖4是本發明實施例所涉及的8天線線陣的結構示意圖，圖 5是本發明實施例所涉及的8天線線陣中單天線的相對功率的方向 圖，以及圖6是本發明實施例的8天線線陣等才莫賦形斥又值和通過本 發明生成的非等模賦形權值的對應波束方向的對比圖。以下將結合 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採用如圖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， 並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，本例中限制賦形權值的模值不超過l,即，maxW"，卜1,…，8， 其中，巧為賦形權值對應於第''個天線的復係數，以及l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 的低旁瓣賦形權值的模值，其中，可先將權值輻角均設為O度，同時設定賦形權值的最大值為1，即，maxKI = 1, (,'-l,…，8),而賦形權值的最小值為minW^,^'56，( 1，…，8)，在本實施例中，將在滿 足此模值約束條件下，根據切比雪夫多項式設計旁瓣最低的賦形權[|)^『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 發明得到的低旁瓣波束與等模賦形權值對應的波束方向圖對比如 圖6所示。可以看出，在主波束都滿足要求的情況下，本發明所對應的波 束具有更低的旁瓣，賦形效杲更好。雖然本發明以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，但本發明內容並不局限於線陣，同樣也適用於 其它天線數和陣列流形等情況。綜上所述，本發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 定非等模賦形權值的模值和輻角，從而得到符合要求的賦形波束。 本發明通過實現低旁瓣波束賦形，滿足特定的主波束要求，同時能 夠減少用戶間的幹擾，降低陣列天線發射功率，同時大幅降低了非 等才莫權值搜索的計算量，具有適用範圍廣泛，工程實現簡單等優點。本發明適用於無線通信系統，尤其適用於採用陣列天線進行波 束賦形的無線通信系統。任何具有信號處理、通信等知識背景的才支 術人員，根據本發明設計的等同的陣列天線波束賦形實現方法，其 均應包含在本發明的思想和範圍中。以上僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對 於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本 發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均 應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1. 一種陣列天線波束賦形方法，其特徵在於，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值的模值；步驟S108，根據所述模值，搜索滿足所述主波束的約束條件的所述賦形權值的幅角；以及步驟S110，根據所得到的所述賦形權值進行賦形，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. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，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. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，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. 根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，在所 述步驟S106中，不考慮所述賦形4又值的幅角。
5. 才艮據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，所述 各個陣列天線陣元功率的約束條件為限制賦形權值的模值不超過1。
6. —種陣列天線波束賦形裝置，其特徵在於，包括確定單元，用於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，用於根據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值的模值；搜索單元，用於根據所述模值，搜索滿足所述主波束的 約束條件的所述賦形權值的幅角；以及賦形單元，用於才艮據所得到的所述賦形權值進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. 根據權利要求6所述的陣列天線波束賦形裝置，其特徵在於， 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. 根據權利要求6所述的陣列天線波束賦形裝置，其特徵在於， 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. 根據權利要求6至8中任一項所述的陣列天線波束賦形裝置， 其特徵在於，在所述計算單元中，不考慮所述賦形4又值的幅角。
10. 根據權利要求6至8中任一項所述的陣列天線波束賦形裝置， 其特徵在於，所述各個陣列天線陣元功率的約束條件為限制賦 形權值的模值不超過l。
全文摘要
本發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值的模值；步驟S108，根據模值，搜索滿足主波束的約束條件的賦形權值的幅角；以及步驟S110，根據所得到的賦形權值進行賦形，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，通過本發明，得到的符合要求的賦形波束，並且通過實現低旁瓣波束賦形，滿足了特定的主波束要求，同時能夠減少用戶間的幹擾，降低陣列天線的發射功率。
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 優先權日2007年3月2日
發明者昕 郭 申請人:中興通訊股份有限公司