[发明专利]一种3D-MIMO系统的波束赋形方法及波束赋形装置

说明书

本发明涉及一种3D‑MIMO系统的波束赋形方法及波束赋形装置，该方法包括：获取接收信号的自相关矩阵；在360°范围内分别不断调整初始水平角度和初始垂直角度，根据调整后的初始水平角度和初始垂直角度获取接收信号功率，接收信号功率最大的作为粗水平角度和粗垂直角度；在预定小角度范围内分别不断调整粗水平角度和粗垂直角度，根据调整后的粗水平角度和粗垂直角度获取接收信号功率，在预定小角度范围内接收信号功率最大的作为精水平角度和精垂直角度；根据精水平角度和精垂直角度获取波束赋形因子，以完成3D‑MIMO系统的波束赋形，对接收信号入射角度进行粗扫描和精扫描两级扫描，获取的接收信号入射角度更精确。

技术领域

本发明涉及多天线通信技术领域，尤其涉及一种3D-MIMO系统的波束赋形方法及波束赋形装置。

背景技术

智能天线(SA)是移动通信系统中抗多径衰落的关键技术，它使空中通信的无人机收发信机工作于选择性接收和发射状态，减少了多径衰落，其实质是空间域自适应滤波技术。智能天线通常被定义为一种安装于移动无线接入系统基站侧的天线阵列，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元，获取无人机和地面设备之间各个链路的方向特性。智能天线采用波束赋形技术提高空间滤波效果，波束赋形一定程度上还具有抗多径效果。波束赋形的基本原理是通过改变各天线单元的权重，在空间形成方向性波束，主波束对期望无人机的信号进行跟踪，而在干扰用户方向形成零陷，这样就大大降低了系统的干扰，提高了频率利用率。目前，智能天线的3D-MIMO(Three Dimensional Multiple InputMultiple Output)算法大多用于4G/5G OFDM通信设备中，或者雷达通信中，智能天线的基带信号处理器中完成全部基带数字信号的处理功能，包括波束赋形算法。此基带信号处理器使用软件无线电的概念，主要工作是在单片机(MCU)、数字信号处理器和可编程逻辑器件(FPGA或CPLD)等通用硬件平台上完成。但是针对小型化的无人机设备中较少使用。

目前，智能天线的波束赋形算法有一种波束扫描法(Grid of Beam，GOB)，GOB算法是利用信道的空域参数，使无人机实现下行指向性发射。GOB算法的基本思路是：将整个空间分为L个区域，并为每个区域设置一个初始角度；以各个区域的初始角度的方向向量为加权系数，计算接收信号功率，然后找到最大功率对应的区域，再将该区域的初始角度当作估计的到达角。利用上下行信道对称的特点，确定赋形角度。

现有技术针对GOB方式都是基于二维的线阵来实现，波束扫描速度慢、工作量大。

因此，提供一种3D-MIMO系统的波束赋形方法及波束赋形装置。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的3D-MIMO系统的波束赋形方法及波束赋形装置，解决如何在小型化单载波的通信设备应用快速波束赋形技术的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种3D-MIMO系统的波束赋形方法，用于圆形天线阵列，包括以下步骤：

根据多根天线的接收信号获取接收信号的自相关矩阵；

按照预定的水平角度粗颗粒度和垂直角度粗颗粒度在360°范围内分别不断调整初始水平角度和初始垂直角度，以对3D-MIMO系统进行全方位粗扫描，根据调整后的初始水平角度和初始垂直角度获取接收信号功率，接收信号功率最大的作为粗水平角度和粗垂直角度，其中，根据圆形天线阵列的天线个数确定预定的水平角度粗颗粒度和垂直角度粗颗粒度；

按照预定的水平角度精颗粒度和垂直角度精颗粒度在预定小角度范围内分别不断调整粗水平角度和粗垂直角度，以对3D-MIMO系统进行小角度高精度扫描，根据调整后的粗水平角度和粗垂直角度获取接收信号功率，在预定小角度范围内接收信号功率最大的作为精水平角度和精垂直角度，其中，根据预定角度范围确定预定的水平角度精颗粒度和垂直角度精颗粒度；

根据精水平角度和精垂直角度获取波束赋形因子，以完成3D-MIMO系统的波束赋形。