專利名稱：無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體來說，涉及一種無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，尤其涉及同步的碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)中采用智能天線技術(shù)的專用信道多業(yè)務(wù)波束賦形裝置。

背景技術(shù)：
智能天線利用信號(hào)傳輸?shù)目臻g特性和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)上行鏈路波達(dá)角(DOA)的估計(jì)以及下行波束賦形，從而達(dá)到降低干擾、增加容量、擴(kuò)大覆蓋、改善通信質(zhì)量、降低發(fā)射功率和提高無線數(shù)據(jù)傳輸速率的目的。
在一定的用戶移動(dòng)速度條件下，對于采用時(shí)分雙工(TDD)方式的同步CDMA通信系統(tǒng)，其上、下信道滿足對稱要求，若采用智能天線，則可以根據(jù)天線陣列對應(yīng)的信道估計(jì)實(shí)現(xiàn)各個(gè)用戶的上行DOA估計(jì)，進(jìn)而完成下行波束賦形，較好地解決抗多徑干擾和抗多址干擾等問題。
然而實(shí)際的無線信道環(huán)境十分復(fù)雜，即使用戶處于靜止?fàn)顟B(tài)，其多徑、角度擴(kuò)展等影響仍可能較為嚴(yán)重；在隨機(jī)接入過程中，通過單次上行導(dǎo)頻碼而獲取的用戶方位角的信息通常存在較大誤差；對于非連續(xù)發(fā)射(DTX)、高速下行鏈路分組接入(HSDPA)模式，某一用戶的上、下行時(shí)隙的時(shí)間間隔可能較大；在信道環(huán)境變化或用戶切向移動(dòng)速度較快時(shí)，上行估計(jì)的波達(dá)角可能難以對應(yīng)下行賦形方向等。上述情況均明顯地、直接地影響到下行波束賦形的性能。
針對上述的問題，現(xiàn)有技術(shù)中提供了一種FDD系統(tǒng)中天線陣列對下行專用信道信號(hào)發(fā)射的方法及裝置，在該解決方案中提出了一種在FDD系統(tǒng)中天線陣列對下行專用信道信號(hào)發(fā)射的方法和裝置，所述天線陣列由至少2個(gè)天線構(gòu)成，該方法主要是利用從上行信號(hào)得到的空間相關(guān)矩陣R計(jì)算出幅度加權(quán)值|R(，m)|，對下行專用信道信號(hào)發(fā)射的波束權(quán)值w＝a(θ)進(jìn)行幅度加權(quán)，也就是將a(θ)與|R(，m)|進(jìn)行數(shù)次點(diǎn)乘并經(jīng)過歸一化后作為下行專用信道信號(hào)發(fā)射的波束權(quán)值w。這樣可以使專用信道響應(yīng)與公共信道響應(yīng)的相關(guān)性增大，以解決在FDD通信系統(tǒng)中應(yīng)用智能天線固定多波束算法，下行采用公共導(dǎo)頻作相位參考時(shí)系統(tǒng)性能下降的問題。
綜上所述，上述相關(guān)技術(shù)中存在以下問題波束方向過于單一，在上下行時(shí)隙間信道發(fā)生變化時(shí)無法跟蹤，造成智能天線系統(tǒng)的穩(wěn)健性下降；基于對上行鏈路波達(dá)角(DOA)的估計(jì)，在估計(jì)出現(xiàn)誤差的情況下性能難以保證，而且計(jì)算過程較為復(fù)雜，不利于工程實(shí)現(xiàn)。
因此，人們需要一種無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，以解決上述相關(guān)技術(shù)中的問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，以解決由波束方向過于單一而造成智能天線系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降等問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，其包括矩陣計(jì)算模塊，用于取天線陣列的上行鏈路信道的信道估計(jì)矩陣中功率最大的L條徑，分別計(jì)算各自的徑相關(guān)矩陣，其中，1≤L≤W，W表示信道估計(jì)窗長；特征向量求解模塊，用于對徑相關(guān)矩陣進(jìn)行最大信干比的特征值分解以求得特征向量作為波束賦形權(quán)值；以及波束賦形模塊，用于對波束賦形權(quán)值進(jìn)行歸一化操作，天線陣列使用其操作結(jié)果對下行專用信道信號(hào)發(fā)射賦形。
根據(jù)本發(fā)明，特征向量求解模塊還包括第一計(jì)算模塊，用于使徑相關(guān)矩陣加權(quán)求和計(jì)算信號(hào)空間協(xié)方差矩陣；第二計(jì)算模塊，用于使信號(hào)空間協(xié)方差矩陣與干擾相關(guān)矩陣計(jì)算基于最大信干比準(zhǔn)則的待分解矩陣R；以及選擇模塊，用于選擇矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量作為波束賦形權(quán)值。
此外，信道估計(jì)矩陣通過從基站端取得上行鏈路信道估計(jì)數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行信道后處理以濾除噪聲干擾而取得。
根據(jù)本發(fā)明，矩陣計(jì)算模塊還用于分別計(jì)算信道估計(jì)矩陣中各列的功率和，并進(jìn)行排序，然后取信道估計(jì)矩陣中功率最大的L列作為L條徑。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，相關(guān)矩陣包括信號(hào)空間協(xié)方差矩陣以及干擾相關(guān)矩陣，信號(hào)空間協(xié)方差矩陣通過對信道估計(jì)矩陣采用各徑功率排序、分別計(jì)算徑相關(guān)矩陣，加權(quán)求和而取得；干擾相關(guān)矩陣從噪聲徑中取得。
另外，根據(jù)本發(fā)明，選擇模塊還用于對矩陣R進(jìn)行特征值分解，取得特征值矩陣，以及特征向量矩陣，其中，特征值矩陣的對角線元素即為矩陣R的特征值序列，并與特征向量矩陣中的特征向量一一對應(yīng)，從中選擇矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量。
根據(jù)本發(fā)明，矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量，其大小為Ka×1，其中Ka為天線陣元數(shù)目。并且，針對TD-SCDMA通信系統(tǒng)，第k個(gè)用戶經(jīng)過信道后處理的信道估計(jì)矩陣表示為
式中Ka表示基站陣列天線數(shù)，W表示信道估計(jì)窗長，此外，矩陣計(jì)算模塊還用于將信道估計(jì)矩陣在各天線上進(jìn)行功率合并，得到序列P(k)，如下式所示w＝1，2…，W，以及選擇其中功率最大的L條徑，記為{Hl(k)，l＝1，2，...，L}，滿足其中，w為估計(jì)窗長W內(nèi)除L條徑之外的任意值。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一計(jì)算模塊還用于分別計(jì)算信號(hào)空間協(xié)方差矩陣各條徑的徑相關(guān)矩陣Rl表示為l＝1，2，…，L；其中，矩陣Rl的大小為Ka×Ka，則信號(hào)空間協(xié)方差矩陣Rx可由下式計(jì)算得到其中αl記為各信號(hào)徑的相關(guān)矩陣的加權(quán)系數(shù)，該加權(quán)系數(shù)選擇為各自相關(guān)矩陣的跡的倒數(shù)，即 基于最大信干比準(zhǔn)則的待分解矩陣R利用下式計(jì)算其中，由噪聲空間信道估計(jì)矩陣得到干擾相關(guān)矩陣Rnn，滿足 并且，特征向量求解模塊還用于對R進(jìn)行特征值分解如下式所示[RD，RV]＝Eig(R)；其中RD、RV分別為特征值矩陣以及特征向量矩陣，其中RD矩陣的對角線元素即為相關(guān)R的特征值序列λ＝diag(RD)，其中第q個(gè)特征值為最大特征值，滿足則最大特征值所對應(yīng)的特征向量，即所求波束賦形權(quán)值為w(k)＝RV(，q) 另外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，波束賦形模塊還用于計(jì)算W(k)＝norm(w(k))，得到的W(k)為第k個(gè)用戶的天線陣列對下行信道信號(hào)發(fā)射的波束賦形權(quán)值，用來進(jìn)行下行波束賦形發(fā)射。
通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果 采用本發(fā)明提供的裝置，通過針對TD-SCDMA通信系統(tǒng)中下行專用信道賦形過程，采用同時(shí)形成多個(gè)業(yè)務(wù)波束的方法，從而提高TD-SCDMA系統(tǒng)下行波束賦形的增益，以解決由波束方向過于單一而造成智能天線系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降的問題；同時(shí)并未明顯增加系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度，解決不利于工程實(shí)現(xiàn)的問題。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。



此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形方法的流程圖； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置的方框圖； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形方法具體實(shí)施流程圖； 圖4a和圖4b示出了分別采用傳統(tǒng)單波束賦形方法與采用本發(fā)明所述的多波束賦形方法的方向圖。

具體實(shí)施例方式 下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。
本發(fā)明提供了一種用于無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形方法。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形方法的流程圖，其包括以下步驟 步驟S102，取天線陣列的上行鏈路信道的信道估計(jì)矩陣中功率最大的L條徑，分別計(jì)算各自的徑相關(guān)矩陣，其中，1≤L≤W，W表示信道估計(jì)窗長； 步驟S104，對徑相關(guān)矩陣進(jìn)行最大信干比的特征值分解以求得特征向量作為波束賦形權(quán)值； 步驟S106，對波束賦形權(quán)值進(jìn)行歸一化操作，天線陣列使用其操作結(jié)果對下行專用信道信號(hào)發(fā)射賦形。
可選地，對徑相關(guān)矩陣進(jìn)行最大信干比的特征值分解以求得波束賦形權(quán)值包括以下步驟由徑相關(guān)矩陣加權(quán)求和計(jì)算信號(hào)空間協(xié)方差矩陣；由信號(hào)空間協(xié)方差矩陣與干擾相關(guān)矩陣計(jì)算基于最大信干比準(zhǔn)則的待分解矩陣R；選擇矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量作為波束賦形權(quán)值。
可選地，信道估計(jì)矩陣通過從基站端取得上行鏈路信道估計(jì)數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行信道后處理以濾除噪聲干擾而取得。
可選地，取天線陣列的上行鏈路信道的信道估計(jì)矩陣中功率最大的L條徑包括以下步驟分別計(jì)算信道估計(jì)矩陣中各列的功率和，并進(jìn)行排序，然后取信道估計(jì)矩陣中功率最大的L列作為L條徑。
可選地，相關(guān)矩陣包括信號(hào)空間協(xié)方差矩陣以及干擾相關(guān)矩陣，信號(hào)空間協(xié)方差矩陣通過對信道估計(jì)矩陣采用各徑功率排序、分別計(jì)算徑相關(guān)矩陣，加權(quán)求和而取得；干擾相關(guān)矩陣從噪聲徑中取得。
可選地，選擇矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量包括以下步驟對矩陣R進(jìn)行特征值分解，取得特征值矩陣，以及特征向量矩陣，其中特征值矩陣的對角線元素即為矩陣R的特征值序列，并與特征向量矩陣中的特征向量一一對應(yīng)，從中選擇矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量。
可選地，矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量，其大小為Ka×1，其中Ka為天線陣元數(shù)目。
可選地，針對TD-SCDMA通信系統(tǒng)，第k個(gè)用戶經(jīng)過信道后處理的信道估計(jì)矩陣表示為
式中Ka表示基站陣列天線數(shù)，W表示信道估計(jì)窗長，選擇功率最大的L條徑包括以下步驟將所述信道估計(jì)矩陣在各天線上進(jìn)行功率合并，得到序列P(k)，如下式所示w＝1，2…，W，以及選擇其中功率最大的L條徑，記為{Hl(k)，l＝1，2，...，L}，滿足 其中w為估計(jì)窗長W內(nèi)除L條徑之外的任意值。
可選地，信號(hào)相關(guān)矩陣加權(quán)求和計(jì)算信號(hào)空間協(xié)方差矩陣包括以下步驟 分別計(jì)算信號(hào)空間協(xié)方差矩陣各條徑的徑相關(guān)矩陣Rl表示為l＝1，2，…，L；其中矩陣Rl的大小為Ka×Ka，則信號(hào)空間協(xié)方差矩陣Rx可由下式計(jì)算得到其中αl記為各信號(hào)徑的相關(guān)矩陣的加權(quán)系數(shù)，該加權(quán)系數(shù)選擇為各自相關(guān)矩陣的跡的倒數(shù)，即 基于最大信干比準(zhǔn)則的待分解矩陣R利用下式計(jì)算其中，由噪聲空間信道估計(jì)矩陣得到干擾相關(guān)矩陣Rnn，滿足 計(jì)算波束賦形權(quán)值包括以下步驟對R進(jìn)行特征值分解如下式所示[RD，RV]＝Eig(R)；其中RD、RV分別為特征值矩陣以及特征向量矩陣，其中RD矩陣的對角線元素即為相關(guān)R的特征值序列λ＝diag(RD)，其中第q個(gè)特征值為最大特征值，滿足則最大特征值所對應(yīng)的特征向量，即所求波束賦形權(quán)值為w(k)＝RV(，q)。
可選地，歸一化操作包括以下步驟計(jì)算W(k)＝norm(w(k))，得到的W(k)為第k個(gè)用戶的天線陣列對下行信道信號(hào)發(fā)射的波束賦形權(quán)值，用來進(jìn)行下行波束賦形發(fā)射。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置200的方框圖，其包括 矩陣計(jì)算模塊202，用于取天線陣列的上行鏈路信道的信道估計(jì)矩陣中功率最大的L條徑，分別計(jì)算各自的徑相關(guān)矩陣，其中，1≤L≤W，W表示信道估計(jì)窗長，其中，矩陣計(jì)算模塊202還用于分別計(jì)算信道估計(jì)矩陣中各列的功率和，并進(jìn)行排序，然后取信道估計(jì)矩陣中功率最大的L列作為L條徑； 特征向量求解模塊204，用于對徑相關(guān)矩陣進(jìn)行最大信干比的特征值分解以求得特征向量作為波束賦形權(quán)值，其中，特征向量求解模塊204還包括第一計(jì)算模塊，用于使徑相關(guān)矩陣加權(quán)求和計(jì)算信號(hào)空間協(xié)方差矩陣；第二計(jì)算模塊，用于使信號(hào)空間協(xié)方差矩陣與干擾相關(guān)矩陣計(jì)算基于最大信干比準(zhǔn)則的待分解矩陣R；選擇模塊，用于選擇矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量作為波束賦形權(quán)值，其中，選擇模塊還用于對矩陣R進(jìn)行特征值分解，取得特征值矩陣，以及特征向量矩陣，在本實(shí)施例中，特征值矩陣的對角線元素即為矩陣R的特征值序列，并與特征向量矩陣中的特征向量一一對應(yīng)，從中選擇矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量； 以及波束賦形模塊206，用于對波束賦形權(quán)值進(jìn)行歸一化操作，天線陣列使用其操作結(jié)果對下行專用信道信號(hào)發(fā)射賦形，其中，波束賦形模塊206還用于計(jì)算W(k)＝norm(w(k))，得到的W(k)為第k個(gè)用戶的天線陣列對下行信道信號(hào)發(fā)射的波束賦形權(quán)值，用來進(jìn)行下行波束賦形發(fā)射。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，相關(guān)矩陣包括信號(hào)空間協(xié)方差矩陣以及干擾相關(guān)矩陣，信號(hào)空間協(xié)方差矩陣通過對信道估計(jì)矩陣采用各徑功率排序、分別計(jì)算徑相關(guān)矩陣，加權(quán)求和而取得；干擾相關(guān)矩陣從噪聲徑中取得。
此外，信道估計(jì)矩陣通過從基站端取得上行鏈路信道估計(jì)數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行信道后處理以濾除噪聲干擾而取得。
矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量，其大小為Ka×1，其中Ka為天線陣元數(shù)目。并且，針對TD-SCDMA通信系統(tǒng)，第k個(gè)用戶經(jīng)過信道后處理的信道估計(jì)矩陣表示為
式中Ka表示基站陣列天線數(shù)，W表示信道估計(jì)窗長， 此外，矩陣計(jì)算模塊202還用于將信道估計(jì)矩陣在各天線上進(jìn)行功率合并，得到序列P(k)，如下式所示w＝1，2…，W，以及選擇其中功率最大的L條徑，記為{Hl(k)，l＝1，2，...，L}，滿足 其中，w為估計(jì)窗長W內(nèi)除L條徑之外的任意值。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一計(jì)算模塊還用于分別計(jì)算信號(hào)空間協(xié)方差矩陣各條徑的徑相關(guān)矩陣Rl表示為l＝1，2，…，L；其中，矩陣Rl的大小為Ka×Ka，則信號(hào)空間協(xié)方差矩陣Rx可由下式計(jì)算得到其中αl記為各信號(hào)徑的相關(guān)矩陣的加權(quán)系數(shù)，該加權(quán)系數(shù)選擇為各自相關(guān)矩陣的跡的倒數(shù)，即 基于最大信干比準(zhǔn)則的待分解矩陣R利用下式計(jì)算其中，由噪聲空間信道估計(jì)矩陣得到干擾相關(guān)矩陣Rnn，滿足 并且，特征向量求解模塊204還用于對R進(jìn)行特征值分解如下式所示[RD，RV]＝Eig(R)；其中RD、RV分別為特征值矩陣以及特征向量矩陣，其中RD矩陣的對角線元素即為相關(guān)R的特征值序列λ＝diag(RD)，其中第q個(gè)特征值為最大特征值，滿足則最大特征值所對應(yīng)的特征向量，即所求波束賦形權(quán)值為w(k)＝RV(，q) 下面來描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
從以上的描述看出，本發(fā)明給出了一種基于從上行鏈路信號(hào)中得到的信道估計(jì)矩陣H，在經(jīng)過累加各徑分別計(jì)算得到的徑相關(guān)矩陣并進(jìn)行基于最大信干比(SINR)的特征值分解過程后形成多業(yè)務(wù)波束的方案，包括以下步驟 a)、從基站端得到上行鏈路信道估計(jì)數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行信道后處理以濾除噪聲干擾，從而得到信道估計(jì)矩陣H； b)、分別計(jì)算矩陣H中各列(表示接收窗內(nèi)的各條徑)的功率和，并進(jìn)行排序，然后取H中功率最大的L條徑(1≤L≤W，其中W表示信道估計(jì)窗長)分別計(jì)算得到各自的徑相關(guān)矩陣Rl，l＝1，2，…，L； c)、對步驟b)中所得到的各徑的徑相關(guān)矩陣Rl進(jìn)行加權(quán)求和，從而得到信號(hào)空間協(xié)方差矩陣Rx，以及由噪聲徑得到的干擾相關(guān)矩陣Rm，計(jì)算得到基于最大信干噪比準(zhǔn)則的待分解矩陣R； d)、根據(jù)步驟c)中的基于最大信干噪比準(zhǔn)則的待分解矩陣R，對其進(jìn)行特征值分解，得到特征值矩陣RD，以及特征向量矩陣RV，其中RD矩陣的對角線元素即為相關(guān)R的特征值序列λ，并與RV矩陣中的特征向量一一對應(yīng)； e)、選擇步驟d)計(jì)算得到的相關(guān)矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量，其大小為Ka×1，其中Ka為天線陣元數(shù)目；對得到的特征向量進(jìn)行歸一化操作，所得到的即為天線陣列對下行專用信道信號(hào)發(fā)射的波束賦形權(quán)值，用來進(jìn)行下行專用信道發(fā)射。
本發(fā)明所提供的多業(yè)務(wù)波束賦形方案，采用基于最大SINR準(zhǔn)則，利用先加權(quán)求和若干條信號(hào)徑的徑相關(guān)矩陣，再進(jìn)行特征值分解以求解下行專用信道波束賦形權(quán)值的實(shí)現(xiàn)方案，在加入分集效應(yīng)提高下行波束賦形增益的同時(shí)，并未加大算法的運(yùn)算復(fù)雜度，非常利于工程實(shí)現(xiàn)。
下面參考附圖3，詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
在本發(fā)明所述的無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形方法中，通過根據(jù)基站端上行鏈路信道估計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道處理后，對各條信號(hào)徑功率進(jìn)行排序、分別求其各自的徑相關(guān)矩陣、并加權(quán)相加后與干擾相關(guān)矩陣計(jì)算基于最大信干噪比準(zhǔn)則的待分解矩陣、對所說矩陣進(jìn)行特征值分解、取其最大特征值所對應(yīng)特征向量為波束賦形權(quán)值、歸一化等模塊構(gòu)成。
本發(fā)明方法提供了一種無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形方法，圖2為其具體實(shí)施過程中的流程圖。以TD-SCDMA無線通信系統(tǒng)為例，假設(shè)其基站端天線陣列采用Ka根天線。如圖3所示包括以下步驟 1)步驟S310是處理上行鏈路信道數(shù)據(jù)步驟針對TD-SCDMA通信系統(tǒng)，第k個(gè)用戶經(jīng)過信道后處理的信道沖激響應(yīng)(CIR)估計(jì)矩陣表示為
式中Ka表示基站陣列天線數(shù)，W表示信道估計(jì)窗長。
2)步驟S320是在各天線上進(jìn)行功率合并，選擇功率最大的L條徑步驟將該用戶信道估計(jì)矩陣在各天線上進(jìn)行功率合并，得到序列P(k)，如下式所示 w＝1，2…，W 選擇其中功率最大的L條徑，記為{Hl(k)，l＝1，2，...，L}，滿足 其中w為估計(jì)窗長W內(nèi)除L條徑之外的任意值。
3)步驟S330是信號(hào)相關(guān)矩陣加權(quán)求和步驟分別計(jì)算信號(hào)空間協(xié)方差矩陣各條徑的徑相關(guān)矩陣Rl表示為 l＝1，2，…，L 其中矩陣Rl的大小為Ka×Ka。
則信號(hào)空間協(xié)方差矩陣Rx可由下式計(jì)算得到 其中αl記為各信號(hào)徑的相關(guān)矩陣的加權(quán)系數(shù)。本例中該加權(quán)系數(shù)選擇為各自相關(guān)矩陣的跡(trace)的倒數(shù)，即 4)步驟S340是計(jì)算相關(guān)矩陣步驟采用步驟3)中的方法可由噪聲空間信道估計(jì)矩陣得到干擾相關(guān)矩陣Rnn。則滿足最大SINR準(zhǔn)則的權(quán)矢量及對應(yīng)的特征值滿足即與最大特征值λ對應(yīng)的特征矢量w為滿足SINR準(zhǔn)則的權(quán)矢量。因此基于最大信干噪比準(zhǔn)則的待分解矩陣為 基于最大信噪比(SNR)準(zhǔn)則的待分解矩陣時(shí)R＝Rx。
5)步驟S350是計(jì)算波束權(quán)值步驟對R進(jìn)行特征值分解如下式所示 [RD，RV]＝Eig(R) 其中RD、RV分別為特征值矩陣以及特征向量矩陣，其中RD矩陣的對角線元素即為相關(guān)R的特征值序列λ＝diag(RD)，其中第q個(gè)特征值為最大特征值，滿足 則最大特征值所對應(yīng)的特征向量，即所求波束賦形權(quán)值為 w(k)＝RV(，q) 6)步驟S360是歸一化步驟對步驟5)計(jì)算得到的波束賦形權(quán)值進(jìn)行歸一化操作，保證發(fā)射功率不變 W(k)＝norm(w(k))得到的W(k)即為第k個(gè)用戶的天線陣列對下行信道信號(hào)發(fā)射的波束賦形權(quán)值，可用來進(jìn)行下行波束賦形發(fā)射。
圖4a和圖4b示出了分別采用傳統(tǒng)單波束賦形方法與采用本發(fā)明所述的多波束賦形方法的方向圖?？煽闯霾捎帽痉置鞯臒o線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形方法和裝置，可形成多個(gè)波形。
由以上描述可以看出，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了以下有益效果， 采用本發(fā)明提供的無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，與傳統(tǒng)的波束賦形裝置相比具有如下特點(diǎn) 1.采用多波束賦形，可為下行業(yè)務(wù)信道賦形提供分集增益； 2.在計(jì)算產(chǎn)生多波束賦形權(quán)值時(shí)，利用已有的單波束賦形方法，并未明顯增加系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度； 3.對于UE高速移動(dòng)，上下行信道對稱性難以保證的情況下，可有效克服上述此時(shí)智能天線系統(tǒng)在性能方面的損失。
以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，其特征在于，包括
矩陣計(jì)算模塊，用于取天線陣列的上行鏈路信道的信道估計(jì)矩陣中功率最大的L條徑，分別計(jì)算各自的徑相關(guān)矩陣，其中，1≤L≤W，W表示信道估計(jì)窗長；
特征向量求解模塊，用于對所述徑相關(guān)矩陣進(jìn)行最大信干比的特征值分解以求得特征向量作為波束賦形權(quán)值；以及波束賦形模塊，用于對所述波束賦形權(quán)值進(jìn)行歸一化操作，所述天線陣列使用其操作結(jié)果對下行專用信道信號(hào)發(fā)射賦形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，其特征在于，所述特征向量求解模塊還包括
第一計(jì)算模塊，用于使所述徑相關(guān)矩陣加權(quán)求和計(jì)算信號(hào)空間協(xié)方差矩陣；
第二計(jì)算模塊，用于使所述信號(hào)空間協(xié)方差矩陣與干擾相關(guān)矩陣計(jì)算基于最大信干比準(zhǔn)則的待分解矩陣R；以及
選擇模塊，用于選擇所述矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的所述特征向量作為所述波束賦形權(quán)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，其特征在于，所述信道估計(jì)矩陣通過從基站端取得所述上行鏈路信道估計(jì)數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行信道后處理以濾除噪聲干擾而取得。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，其特征在于，所述矩陣計(jì)算模塊還用于分別計(jì)算所述信道估計(jì)矩陣中各列的功率和，并進(jìn)行排序，然后取所述信道估計(jì)矩陣中功率最大的L列作為所述L條徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，其特征在于，所述相關(guān)矩陣包括信號(hào)空間協(xié)方差矩陣以及干擾相關(guān)矩陣，所述信號(hào)空間協(xié)方差矩陣通過對信道估計(jì)矩陣采用各徑功率排序、分別計(jì)算徑相關(guān)矩陣，加權(quán)求和而取得；所述干擾相關(guān)矩陣從噪聲徑中取得。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，其特征在于，所述選擇模塊還用于對所述矩陣R進(jìn)行特征值分解，取得特征值矩陣，以及特征向量矩陣，其中所述特征值矩陣的對角線元素即為所述矩陣R的特征值序列，并與所述特征向量矩陣中的特征向量一一對應(yīng)，從中選擇所述矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，其特征在于，所述矩陣R的最大特征值所對應(yīng)的特征向量，其大小為Ka×1，其中Ka為天線陣元數(shù)目。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，其特征在于，針對TD-SCDMA通信系統(tǒng)，第k個(gè)用戶經(jīng)過信道后處理的信道估計(jì)矩陣表示為
式中Ka表示基站陣列天線數(shù)，W表示信道估計(jì)窗長，所述矩陣計(jì)算模塊還用于將所述信道估計(jì)矩陣在各天線上進(jìn)行功率合并，得到序列P(k)，如下式所示w＝1，2…，W，以及選擇其中功率最大的L條徑，記為{Hl(k)，l＝1，2，…，L}，滿足其中w為估計(jì)窗長W內(nèi)除L條徑之外的任意值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，其特征在于，所述第一計(jì)算模塊還用于分別計(jì)算信號(hào)空間協(xié)方差矩陣各條徑的徑相關(guān)矩陣Rl表示為l＝1，2，…，L；其中矩陣Rl的大小為Ka×Ka，則信號(hào)空間協(xié)方差矩陣Rx可由下式計(jì)算得到其中αl記為各信號(hào)徑的相關(guān)矩陣的加權(quán)系數(shù)，該加權(quán)系數(shù)選擇為各自相關(guān)矩陣的跡的倒數(shù)，即
基于最大信干比準(zhǔn)則的待分解矩陣R利用下式計(jì)算
其中，由噪聲空間信道估計(jì)矩陣得到干擾相關(guān)矩陣Rnn，滿足
所述特征向量求解模塊還用于對R進(jìn)行特征值分解如下式所示[RD，RV]＝Eig(R)；其中RD、RV分別為特征值矩陣以及特征向量矩陣，其中RD矩陣的對角線元素即為相關(guān)R的特征值序列λ＝diag(RD)，其中第q個(gè)特征值為最大特征值，滿足則最大特征值所對應(yīng)的特征向量，即所求波束賦形權(quán)值為w(k)＝RV(:，q)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，其特征在于，所述波束賦形模塊還用于計(jì)算W(k)＝norm(w(k)，得到的W(k)為第k個(gè)用戶的天線陣列對下行信道信號(hào)發(fā)射的波束賦形權(quán)值，用來進(jìn)行下行波束賦形發(fā)射。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無線通信系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)波束賦形裝置，包括矩陣計(jì)算模塊，用于取天線陣列的上行鏈路信道的信道估計(jì)矩陣中功率最大的L條徑，分別計(jì)算各自的徑相關(guān)矩陣，其中，1≤L≤W，W表示信道估計(jì)窗長；特征向量求解模塊，用于對徑相關(guān)矩陣進(jìn)行最大信干比的特征值分解以求得特征向量作為波束賦形權(quán)值；以及波束賦形模塊，用于對波束賦形權(quán)值進(jìn)行歸一化操作，天線陣列使用其操作結(jié)果對下行專用信道信號(hào)發(fā)射賦形。因此，解決了由波束方向過于單一而造成智能天線系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降等問題。
文檔編號(hào)H04B7/04GK101202577SQ20061016232
公開日2008年6月18日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者斌 李, 秦洪峰, 強(qiáng) 王 申請人:中興通訊股份有限公司