[发明专利]智能天线的波束赋形方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术中的波束赋形技术领域，更具体的说是涉及一种智能天线的波束赋形方法、装置及系统。

背景技术

智能天线是一种双向天线，为了降低计算复杂度和和提高系统性能，其主要应用于基站上。其实际上是利用共享同一信道的不同用户之间的空间特征差异来实现信道倍增的，使用同一频道、同一时隙和同一码字的用户只要信号的空间特征不同，就可以通过空域滤波实现用户信号的分离。在智能天线中其核心技术之一的波束赋形方法，通过多个阵列天线所接收的信号进行幅相加权，来获得所需要的天线波束指向，以实现空间分离。

智能天线作为通信系统(该通信系统可以为TD-SCDMA系统)的一部分安装在基站上，其上行进行分集接收，下行发射采用波束赋形。传统的波束赋形技术一般采用单波束赋形，但是这些方法均未考虑信道的相关性，降低了信道增益，从而影响了下行接收机的性能。为了能充分利用信道的分集增益，现有技术中多采用多波束赋形算法，对所有多径分别进行波束赋形。

但是，在现有技术的无线信号传播环境中，无线信道非常复杂，从简单的视距传播到具有各种障碍物的反射、折射以及多径等传播环境，尤其在角度扩展较小的情况下，由于存在大量的相关信号，以及多径信号之间的相关性较高，容易使期望用户的空间特征受到影响，以及使用户的空间协方差矩阵出现秩缺失，造成对现有技术中的上行接收信号的功率最大准则的波束赋形算法的影响，进而严重影响系统的下行波束赋形性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种智能天线的波束赋形方法、装置及系统，以克服现有技术中由于多径信号之间具有较高的相关性，容易使期望用户的空间特征和空间协方差矩阵受到影响，从而严重影响系统的下行波束赋形性能的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智能天线的波束赋形方法，包括：

依据预先得到的各用户的阵列天线的信道冲激响应矩阵H对应的空间协方差矩阵R进行计算，获取所述用户的下行波束赋形权向量U_R；

共轭重排所述信道冲激响应矩阵H，确定信道冲激响应矩阵H_m；

依据所述信道冲激响应矩阵H_m对应的空间协方差矩阵R_m进行计算，获取共轭重排后所述用户的下行波束赋形权向量

将共轭重排前后的下行波束赋形权向量U_R和下行波束赋形权向量为作为修正参数，确定修正后的下行波束赋形权向量

利用所述下行波束赋形权向量U加权各天线幅相，以实现所述用户的下行波束赋形。

优选地，所述共轭重排信道冲激响应矩阵H，确定信道冲激响应矩阵H_m的过程包括：

获取M×M阶的单位反向矩阵I，及所述冲激响应矩阵H的复共轭矩阵H^*；

确定所述信道冲激响应矩阵H_m＝I×H^*；

其中M表示基站阵列天线数，所述复共轭矩阵H^*与反向单位矩阵I同阶。

优选地，所述信道冲激响应矩阵H_m对应的所述空间协方差矩阵R_m的获取过程包括：

获取所述信道冲激响应矩阵H_m的共轭转置矩阵(H_m)^H；

确定所述空间协方差矩阵R_m＝H_m×(H_m)^H。

优选地，依据所述空间协方差矩阵R进行计算，获取所述用户的下行波束赋形权向量U_R的过程包括：

对所述空间协方差矩阵R进行奇异值分解、特征分解或QR分解，获取所述空间协方差矩阵R中最大特征值对应的特征向量；

确定所述特征向量为下行波束赋形权向量U_R；

或者，

计算所述阵列天线的阵列导向矢量；

依据所述阵列导向矢量对所述空间协方差矩阵R进行扫描，获取最大功率，及所述最大功率对应的阵列导向矢量；

确定对应所述最大功率的阵列导向矢量为下行波束赋形权向量U_R。

优选地，依据所述空间协方差矩阵R_m进行计算，获取所述用户的波束赋形权向量的过程包括：

对所述空间协方差矩阵R_m进行奇异值分解、特征分解或QR分解，获取所述空间协方差矩阵R_m中最大特征值对应的特征向量；