[发明专利]用定向天线实现多波束智能天线的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信系统，具体的说是涉及一种蜂窝移动通信系统中用定向天线实现多波束智能天线的方法及装置。

背景技术

无线通信系统中，用户设备与基站之间是通过无线信道传播信号的。由于无线信道传输条件相对有线信道较为恶劣，存在衰落、多径和同频干扰等诸多不利因素，所以无线通信系统的信号发射、接收和处理方法是直接影响系统性能的一个决定因素。

随着通信技术的飞速发展，人们对网络通信的需求也随之不断提高，特别是第三代移动通信系统3G(Third Generation)通信时代的到来，人们希望打破不同地域或客观条件的制约，能够实现任何人在任何时候的任何地方与任何人进行任何方式的通信的目标。这些标准对无线通信系统信号接收和发射提出了更高的要求。近年来，多用户检测MUD(Multi-User Detection)技术、自适应均衡技术以及智能天线(Smart Antenna)技术的发展，为无线信号的接收和发射性能得到进一步提高提供了可能。

其中，智能天线技术来源于军事技术中的阵列天线(Array Antenna)技术，是一种通过空间角度域划分虚拟信道来进行空间分集控制的方法，即空分多址SDMA(Spatial Division Multiple Access)技术。智能天线利用空间分割的方法，多提供一种多址功能，并应用阵列天线技术，扩展有效信号覆盖而滤掉不希望的干扰以及环境和系统噪声，因此具有较高的增益和较强的抗干扰特性，成为无线通信核心技术之一。

智能天线通常指自适应方向图智能天线和预多波束方向图智能天线。

自适应方向图智能天线，采用天线阵列方向图合成技术，使合成的方向图主瓣对准目标用户，零点对准干扰源的基本原理，使输出信号的信噪比最大。天线阵列权值通过迭代的自适应算法获得。这种智能天线，用户定位需要获得所有的信号源和干扰源的信息。

预多波束方向图智能天线，预先采用方向图合成算法，通过N×M面全向天线形成网络矩阵(巴特勒矩阵butler)综合出指向角度不同的预定形状方向图。在系统实际工作时，它通过测向确定用户信号的到达方向DOA，然后根据信号DOA由查表选取合适的阵元加权，将定向形状方向图的主瓣指向用户，从而提高用户的信噪比，对处于非主瓣区域的干扰，是通过较低的旁瓣电平来确保抑制的。

自适应波束智能天线和预多波束智能天线已经存在很多年，但在实际应用的道路上还存在很大的障碍。

第一，参数估算复杂性和时延在阵列系统设计中是一个很大的问题。自适应阵列天线和预多波束智能天线权值形成是通过迭代算法来实现的，信号处理和波束形成计算量巨大，存在较大的时延扩展，定位和响应速度将受到限制，难以实现快速跟踪。

第二，多通道和相关信号造成的信号对消也是自适应阵列信号处理算法中的一个重要问题。

第三，干扰抑制受限，增加信道容量能力低。在移动通信的实际信道中，复杂的通信环境使接收到的信号中包含有大量目标用户自身的多径信号和同频干扰，阵列天线通过天线综合技术形成的零陷不能超过单元天线个数，而多径及干扰的数目却远大于阵列天线单元数目，又由于自适应智能天线和预多波束智能天线的单元天线全向性使干扰遍布于周围各个方向，自适应算法无法通过有限阵元形成的零陷来进行有效干扰抑制，因此在这种复杂的多径传播环境下，自适应天线零陷抑制作用已经部分失效，且处于主瓣内的干扰同样无法抑制。所以它不是一种最有效增加信道容量的方法，分布式天线、多波束天线或扇区天线增加信道容量的能力远远大于自适应智能天线。

第四，兼容能力差，建设费用大。自适应智能天线为完善空域波束形成和时域均衡，在天线设计中需要使用功能强大、价格昂贵的处理器，并且它与现有基站难以兼容，无法适用于现有移动通信系统。

发明内容

本发明目的在于解决上述自适应智能天线和预多波束智能天线存在的问题，提供一种用定向天线实现多波束智能天线的方法，完成空分多址的目标，降低系统复杂性，扩大基站覆盖范围，与现有基站兼容能力强，提高无线通信系统的通信容量和抗干扰能力。

本发明另一目的在于提供一种用定向天线实现多波束智能天线的装置。