本發(fā)明涉及多輸入輸出系統(tǒng)(Multiple-input multiple output,MIMO)領(lǐng)域，尤其涉及一種通過使用天線陣列提高波束成型性能的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

波束成型是無線通信系統(tǒng)中常采用的通信技術(shù)。在波束成型的技術(shù)中，天線陣列能夠形成波束并通過所述波束接收來自目標(biāo)裝置的信號(hào)或者將信號(hào)發(fā)送給目標(biāo)裝置。通過天線陣列巧妙地結(jié)合使得天線陣列指向其他的裝置。波束成型裝置，例如基站、移動(dòng)站、遠(yuǎn)程無線頭端(remote radio head，RRH)或其他接收及發(fā)送裝置，控制來自每一天線元件發(fā)送/接收的信號(hào)的相位及幅度形成一輻射方向圖。該輻射方向圖形成一指向目標(biāo)裝置的波束并通過該波束傳播信號(hào)，而不是波束成型技術(shù)中在各個(gè)方向上傳送信號(hào)。

當(dāng)采用波束成型技術(shù)的波束成型裝置在一多用戶系統(tǒng)中傳送或接收信號(hào)時(shí)，該輻射方向圖典型地包括一主瓣和一或多個(gè)旁瓣兩種類型。當(dāng)該主瓣輻射方向圖指向目標(biāo)裝置，該些旁瓣通常在各個(gè)方向進(jìn)行信號(hào)的傳輸，從而導(dǎo)致波束成型裝置與其他有源裝置相互干擾而降低了通信系統(tǒng)的整體效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種自動(dòng)糾正振幅和相位誤差的波束成型方法及裝置，用以解決波束成型裝置與其他有源裝置相互干擾而降低通信系統(tǒng)的整體效率的問題。

本發(fā)明提供一種自動(dòng)糾正振幅和相位誤差的波束成型方法，該方法包括步驟：具有天線陣元的第一裝置接收第二裝置發(fā)送的第一信號(hào)；所述第一裝置根據(jù)接收的第一信號(hào)生成一與第二裝置相對(duì)應(yīng)的第一波束成型權(quán)值矩陣；所述第一裝置通過應(yīng)用一屏蔽窗口生成一第二波束成型權(quán)值矩陣，所述屏蔽窗口基于所述第二裝置及與所述第二裝置鄰近的一第三裝置之間的間距配置而成及所述第一裝置根據(jù)所述第二波束成型權(quán)值矩陣控制天線陣元形成一朝向該第二裝置的電波信號(hào)。

本發(fā)明提供一種自動(dòng)糾正振幅和相位誤差的波束成型方法，該方法包括步驟：具有天線陣元的第一裝置接收多個(gè)第二裝置中每個(gè)第二裝置發(fā)送的一接收信號(hào)；所述第一裝置根據(jù)接收的每一第二裝置發(fā)送的接收信號(hào)分別生成一與所述第二裝置相對(duì)應(yīng)的第一波束成型權(quán)值矩陣；所述第一裝置通過計(jì)算出的多個(gè)第一波束成型權(quán)值矩陣生成一第二波束成型權(quán)值矩陣及所述第一裝置根據(jù)所述第二波束成型權(quán)值矩陣控制天線陣元形成一朝向一目標(biāo)第二裝置的電波信號(hào)。

本發(fā)明提供一種具有多入多出系統(tǒng)的波束成型裝置，該裝置包括一天線陣元，用于接收一移動(dòng)裝置發(fā)送的第一信號(hào)；一處理器，連接所述天線陣元，該處理單元用于接收所述移動(dòng)裝置發(fā)送的第一信號(hào)、根據(jù)接收的第一信號(hào)生成一與移動(dòng)裝置相對(duì)應(yīng)的第一波束成型權(quán)值矩陣、通過應(yīng)用一屏蔽窗口生成一第二波束成型權(quán)值矩陣及根據(jù)所述第二波束成型權(quán)值矩陣控制天線陣元形成一朝向所述移動(dòng)裝置的電波信號(hào)，其中所述屏蔽窗口基于所述移動(dòng)裝置及與所述移動(dòng)裝置鄰近的一第二裝置之間的間距配置而成。

本發(fā)明提供一種自動(dòng)糾正振幅和相位誤差的波束成型方法及裝置。所述方法和裝置能夠自動(dòng)補(bǔ)償或糾正不確定的幅度誤差及相位誤差對(duì)天線陣列中的天線元件的影響，因而能夠有效及準(zhǔn)確地提高信號(hào)發(fā)送及接收的效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式中通信系統(tǒng)的示意圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施方式中應(yīng)用在圖1中的通信系統(tǒng)中的天線陣列的示意圖。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式中波束成型方法的流程圖。

圖4為本發(fā)明另一實(shí)施方式中通信系統(tǒng)的示意圖。

圖5A及5B為本發(fā)明一實(shí)施方式中移動(dòng)用戶終端的波束成型方向圖的示意圖。

圖6為本發(fā)明一實(shí)施方式中基站結(jié)構(gòu)的模塊圖。

圖7為本發(fā)明另一實(shí)施方式中的通信系統(tǒng)的示意圖。

圖8為本發(fā)明另一實(shí)施方式中波束成型方法的流程圖。

圖9A及9B為本發(fā)明另一實(shí)施方式中應(yīng)用在兩個(gè)移動(dòng)用戶終端的波束成型輻射方向圖的示意圖。

圖10A及10B為其他實(shí)施方式中應(yīng)用在四個(gè)移動(dòng)用戶終端的波束成型輻射方向圖的示意圖。

圖11為本發(fā)明另一實(shí)施方式中波束成型方法的流程圖。

圖12A及12B為應(yīng)用在兩個(gè)移動(dòng)用戶終端中采用迫零算法的波束成型方向圖的示意圖。

圖13A及13B為應(yīng)用在四個(gè)移動(dòng)用戶終端中采用迫零算法的波束成型方向圖的示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參考圖1，所示為本發(fā)明一實(shí)施方式中多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)的示意圖。該多輸入多輸出通信系統(tǒng)1包括固定站10及移動(dòng)裝置22、24、26。例如，該固定站10可以為一個(gè)基站、中繼器或者一個(gè)遠(yuǎn)程無線頭(RRH)。該固定站10裝配有多個(gè)天線101。所述多個(gè)天線101組成一個(gè)陣列的形式，例如，可以構(gòu)成一個(gè)天線陣列。

在本實(shí)施方式中，根據(jù)本申請(qǐng)的需求，裝配在固定站10的天線的數(shù)量可以在2到256個(gè)之間。隨著天線數(shù)量的增加，該多輸入多輸出通信系統(tǒng)1向一特定方向傳送波束的能量也會(huì)增大。每一移動(dòng)裝置22、24、26裝配有至少一個(gè)天線。同樣地，根據(jù)本申請(qǐng)中移動(dòng)裝置的需求，移動(dòng)裝置22、24、26可以裝配有一個(gè)、兩個(gè)或更多的天線。例如，所述移動(dòng)裝置22、24、26可以為智能手機(jī)或一移動(dòng)車輛，所述智能手機(jī)可以安裝1-8個(gè)天線，所述移動(dòng)車輛可以安裝1-32個(gè)天線。在本實(shí)施方式中，該多輸入多輸出系統(tǒng)1可以是一個(gè)時(shí)分復(fù)用(Time Division Duplex,TDD)傳送系統(tǒng)，該傳送系統(tǒng)的上行頻帶及下行頻帶位于相同的頻帶上。

所述固定站10的天線進(jìn)行波束成型的操作后產(chǎn)生具有電磁能量的波束221、241、261。該些波束221、241、261可以具有相同或不同的頻率。該些波束221、241、261分別對(duì)應(yīng)指向移動(dòng)裝置22、24、26。如果所有的移動(dòng)裝置22、24、26使用相同的頻率，該些移動(dòng)裝置22、24、26中的每一移動(dòng)裝置與固定站10之間的數(shù)據(jù)通信會(huì)受到來自鄰近移動(dòng)裝置的干擾，其干擾程度取決于相鄰移動(dòng)裝置之間的分離角度(如方位角)的大小。例如，在固定站10及移動(dòng)裝置24之間建立的作為數(shù)據(jù)傳輸信道的波束241能夠被波束221、261的旁瓣影響。本實(shí)施方式中，對(duì)固定站10進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定操作并形成在特定方向的波束221、241、261能夠減少相鄰移動(dòng)裝置旁瓣輻射效應(yīng)的影響，從而提高多輸入輸出通信系統(tǒng)1的帶寬效率及優(yōu)化多輸入輸出通信系統(tǒng)1的網(wǎng)絡(luò)效率，進(jìn)而使更多的移動(dòng)裝置能夠分享相同的頻率帶寬。

為了簡(jiǎn)化說明，忽略了圖1中旁瓣能量的存在。所述旁瓣能量的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于主瓣能量的功率。所述旁瓣可以位于主瓣的左邊，也可以位于主瓣的右邊。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施方式中天線陣列的排列示意圖。所述天線陣列應(yīng)用在所述固定站10中，用于實(shí)現(xiàn)波束的成型。在本實(shí)施方式中，天線陣列200是一個(gè)16×4的天線陣列，包括A1-A64共64個(gè)天線元件。軸線(即天線陣列200的最大值增益的軸線)正對(duì)y軸的正向。所述天線陣列200中任意兩個(gè)鄰近天線元件之間沿x軸方向的空間可以用d_x表示。所述天線陣列200中任意兩個(gè)鄰近天線元件之間沿z軸方向的空間可以用d_z表示。一個(gè)入射信號(hào)角度φ用于測(cè)量入射信號(hào)的方位角。入射信號(hào)角度φ表示在x-y平面上天線陣列相對(duì)于x軸正向的轉(zhuǎn)向角。仰角θ為一相對(duì)于z軸向下傾斜的角度。

在實(shí)際使用中，固定站10中的天線陣列200可以是任意M×N陣列天線，例如，根據(jù)固定站10的使用需求，天線陣列200可以是64×1,8×8等等陣列天線，但不限于此。

請(qǐng)一并參考圖3及圖4。圖3示出了一種運(yùn)行在圖1的多輸入多輸出通信系統(tǒng)1中的波束成型方法。在本實(shí)施方式中，所述多輸入多輸出通信系統(tǒng)1為時(shí)分復(fù)用(TDD)通信系統(tǒng)。圖4示出了波束成型的示意圖。在一實(shí)施方式中，圖3所示的波束成型方法應(yīng)用在一第一裝置中。該第一裝置可以是一個(gè)基站、遠(yuǎn)程無線頭、或任意一個(gè)固定站。本實(shí)施方式中，所述第一裝置是靜止的且能夠與多個(gè)不同的第二裝置進(jìn)行通信。所示多個(gè)不同的第二裝置可以是移動(dòng)站、移動(dòng)用戶設(shè)備等裝置。所述第一裝置設(shè)置有包含有多個(gè)天線元件的天線陣列。所述天線陣列的天線元件的數(shù)量可以為2-256個(gè)。在本實(shí)施方式中，所述天線陣列可以是M×1的陣列天線，例如64×1的天線陣列，其中，M是一個(gè)整數(shù)。在本實(shí)施方式中，在M×1的陣列天線中，M也表示整個(gè)天線陣列中天線元件的數(shù)量。例如，在64×1的天線陣列中天線元件的數(shù)量為64。

在步驟301中，第一裝置(如基站40)接收第二裝置(如移動(dòng)站44)傳送的信號(hào)r(t)。其中，所述第二裝置位于所述第一裝置天線陣列的前方位置。所述天線陣列中天線元件的幅度及相位誤差對(duì)于信號(hào)的影響程度是未知的且反映在接收的信號(hào)r(t)中。具有不確定幅度誤差和相位誤差的信號(hào)r(t)可以用如下公式(1)表示。

其中，

在公式中，r(t)中表示所述第一裝置所接收到的信號(hào)。n_k(t)表示第k個(gè)天線元件所接收到的噪聲信號(hào)。A₀-A_(M-1)表示從第0到第M-1個(gè)天線元件接收到的信號(hào)的幅度差。θ₀-θ_(M-1)表示從第0到第M-1個(gè)天線元件接收到的信號(hào)的相位差。x(t)表示所述第二裝置(如移動(dòng)站44)所傳送的信號(hào)。s_k表示朝向發(fā)送裝置，即第二裝置的陣列導(dǎo)向向量。其中k是0到M-1中的一個(gè)整數(shù)。D表示兩個(gè)天線元件之間的間隔距離。λ表示波長(zhǎng)。φ表示入射角角度。

在步驟303中，所述第一裝置根據(jù)接收的信號(hào)r(t)產(chǎn)生一反映所述第一裝置及所述第二裝置之間的信道特征的協(xié)方差矩陣R。在一實(shí)施方式中，所述信號(hào)可以是一個(gè)上行信號(hào)，例如參考信號(hào)、控制信號(hào)或者純數(shù)字信號(hào)。

所述協(xié)方差矩陣R的第一列(即互相關(guān)向量R₀)對(duì)應(yīng)所述第一裝置及第二裝置之間的信道。該互相關(guān)向量R₀由M個(gè)天線元件中每個(gè)天線元件接收的信號(hào)r_k分別與第一個(gè)天線元件接收到的信號(hào)r₀進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算得到。幅度誤差A(yù)_k，相位誤差θ_k，及轉(zhuǎn)向角s_k可以根據(jù)如下公式(1.1)對(duì)天線陣列中不同的天線元件接收到的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算計(jì)算出。

其中，

其中，R表示計(jì)算出的協(xié)方差矩陣。R₀表示第一天線元件的互相關(guān)向量。r₀(t)為第一天線元件接收的信號(hào)。n_k(t)表示第k個(gè)天線元件接收的噪聲信號(hào)。A₀-A_(M-1)分別表示從天線元件0到天線元件M-1的幅度誤差。θ₀-θ_(M-1)分別表示從天線元件0到天線元件M-1的相位誤差。s_k是指向發(fā)送裝置的數(shù)組轉(zhuǎn)向角向量。表示噪聲的協(xié)方差。k是一個(gè)在[0,M-1]之間取值的整數(shù)。d表示兩個(gè)天線元件之間的間隔距離。

在步驟305中，所述第一裝置，如基站40，根據(jù)所述協(xié)方差矩陣R生成一與天線陣列中的所有天線元件相對(duì)應(yīng)的第一波束成型權(quán)值矩陣w₁。第一波束成型權(quán)值矩陣w₁為一M×1波束成型權(quán)系數(shù)矩陣。所述第一波束成型權(quán)值矩陣w₁中每一波束成型權(quán)系數(shù)對(duì)應(yīng)天線陣列中的一天線元件。

在一實(shí)施方式中，所述第一裝置對(duì)所述協(xié)方差矩陣R進(jìn)行奇異值分解(Singular Value Decomposition,SVD)計(jì)算后得到所述第一波束成型權(quán)值矩陣w₁。例如，所述第一波束成型權(quán)值矩陣w₁通過如下的公式(2)計(jì)算得出。

其中，w₁表示第一波束成型權(quán)值矩陣，w₀…w_M-1分別表示w₁中的權(quán)系數(shù)，所述每一系數(shù)對(duì)應(yīng)一天線元件。g＝[g₀g₁..g_M-1]^T表示帶有最大特征值的特征向量。表示天線陣列與入射信號(hào)之間的轉(zhuǎn)向角向量。

可選的，所述第一裝置將所述協(xié)方差矩陣R中的第一列(即互相關(guān)向量R₀)去除噪聲方差估計(jì)值后生成與所述天線陣列的天線元件對(duì)應(yīng)的第一波束成型權(quán)值矩陣w₁。其中，所述噪聲方差根據(jù)從目標(biāo)第二裝置(如移動(dòng)站44)接收到的信號(hào)r(t)計(jì)算得到。也就是說，公式(2)中的向量g是一個(gè)協(xié)方差矩陣的列向量，請(qǐng)參考公式(2.1)。向量g可以通過糾正互相關(guān)向量R₀中的噪聲方差計(jì)算得到，而不通過SVD算法及獲取所述具有最大特征值的特征向量運(yùn)算得到。

其中，g表示具有噪聲方差的互相關(guān)向量R₀，表示所述接收的信號(hào)r(t)的噪聲方差估計(jì)值。所述第一波束成型權(quán)值矩陣w₁根據(jù)與向量g同樣的計(jì)算方式通過對(duì)公式(2)進(jìn)行SVD算法計(jì)算得到。

進(jìn)一步的，在步驟305中，通過SVD算法或者通過公式(2.1)計(jì)算所述第一波束成型權(quán)值矩陣w₁以實(shí)現(xiàn)波束成型的操作中，天線元件接收的信號(hào)r(t)中未知的幅度誤差和相位誤差同時(shí)可以得到補(bǔ)償。在波束成型之后，天線陣列所接收到的信號(hào)包括所有天線元件接收到的具有不同幅度和相位的發(fā)送信號(hào)x(t)的疊加，并可通過公式(3)計(jì)算得到。

在步驟307中，所述第一裝置(如基站40)通過一屏蔽窗口并根據(jù)移動(dòng)站的分布情況及通道狀況以調(diào)節(jié)所述第一波束成型權(quán)值矩陣w₁后生成一第二波束成型權(quán)值矩陣w₂，其中所述屏蔽窗口可以根據(jù)信道條件進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述第二波束成型權(quán)值矩陣w₂根據(jù)公式(4)計(jì)算得出。

其中，w₂表示第二波束成型矩陣，C＝[C₀C₁...C_M-1]表示長(zhǎng)度為M的屏蔽窗口。

在本實(shí)施方式中，所述屏蔽窗口按照所需的信噪比及鄰近的移動(dòng)站之間的間距信息配置而成，用于減少來自相鄰移動(dòng)站的旁瓣輻射信號(hào)的影響。例如，在圖4中的移動(dòng)站44位于基站40的天線陣列的軸線方向上，移動(dòng)站42與基站40的天線陣列的方向角為ψ₁。圖4中的基站40(即第一裝置)能夠據(jù)移動(dòng)站42及移動(dòng)站44的間距信息(如方位角)應(yīng)用所述的屏蔽窗口生成對(duì)應(yīng)移動(dòng)站44(即第二裝置)位置的第二波束成型矩陣w₂。本實(shí)施方式中，所述屏蔽窗口可以權(quán)衡主瓣波束的寬度及旁瓣波束的寬度的需求后配置而成。

在一實(shí)施方式中，所述屏蔽窗口可以采用切比雪夫窗口，通過應(yīng)用所述切比雪夫窗口來減少或降低所述旁瓣干擾。其中，可以根據(jù)信道條件及移動(dòng)站之間的分布情況配置所需的切比雪夫窗口。

在其他實(shí)施方式中，所述屏蔽窗口可以采用有限脈沖響應(yīng)濾波器。

請(qǐng)參考圖5A，所示為本發(fā)明一實(shí)施方式中波束成型輻射方向圖501的示意圖。所述波束成型輻射方向圖501為由第一裝置的天線陣列指向目標(biāo)移動(dòng)站所形成的輻射方向圖。其中，所述天線陣列經(jīng)過第一波束成型權(quán)值矩陣w1調(diào)整，而沒有應(yīng)用所述屏蔽窗口對(duì)所述天線陣列進(jìn)行調(diào)整。請(qǐng)參考圖5B，所示為本發(fā)明另一實(shí)施方式中波束成型輻射方向圖503的示意圖。所述波束成型輻射方向圖503為由第一裝置的天線陣列指向目標(biāo)移動(dòng)站所形成的輻射方向圖。其中，所述天線陣列經(jīng)過第二波束成型權(quán)值矩陣w₂調(diào)整并在經(jīng)過第二波束成型權(quán)值矩陣w₂調(diào)整后旁瓣被抑制并達(dá)到理想水準(zhǔn)(如-35dB，相較于主瓣)。通過比較可以看出，經(jīng)過第二波束成型權(quán)值矩陣w₂調(diào)整后的天線陣列，其主瓣寬度大于經(jīng)過第一波束成型權(quán)值矩陣w₁調(diào)整后的天線陣列的主瓣寬度。

在步驟309中，所述第一裝置的天線陣列根據(jù)第二波束成型權(quán)值矩陣調(diào)整后形成一個(gè)特定的指向所述第二裝置(如圖4所示該移動(dòng)站44)的波束成型方向圖以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送或接收操作。

在信號(hào)的傳送過程中，所述第一裝置應(yīng)用所述第二波束成型權(quán)值矩陣w₂對(duì)傳送給所述第二裝置的信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼，并控制所述天線陣列將經(jīng)過預(yù)編碼后的信號(hào)發(fā)送給目標(biāo)第二裝置。在信號(hào)的接收過程中，所述第一裝置控制所述天線陣列形成指向第二裝置的接收波束方向圖以接收所述第二裝置發(fā)送的信號(hào)。

在本實(shí)施方式中，所述第一裝置可以為基站，所述第二裝置可以為移動(dòng)裝置。在另一實(shí)施方式中，所述第一裝置可以是一個(gè)移動(dòng)裝置，所述第二裝置可以是一個(gè)基站。在其他實(shí)施方式中，所述第一裝置及第二裝置可以為不同的移動(dòng)裝置。

可以理解的是，本申請(qǐng)中并不限定圖3描述的各個(gè)步驟的順序，其步驟順序根據(jù)需要是可以變換的。

請(qǐng)參考圖6，所示為本發(fā)明一實(shí)施方式中應(yīng)用于多輸入多輸出系統(tǒng)中的一波束成型控制系統(tǒng)的功能模塊圖。在本實(shí)施方式中，第一裝置60與一第二裝置62通信連接。所述第二裝置62可以為一移動(dòng)站，移動(dòng)用戶設(shè)備等裝置。所述第一裝置60可以是一個(gè)固定站。例如所述第一裝置60可以為基站或遠(yuǎn)程無線頭(RRH)等裝置。

所述第一裝置60包括天線模塊601、射頻(Radio Frequency,RF)模塊603、中頻(Intermediate Frequency，IF)模塊605，及數(shù)字接收機(jī)607。上述模塊通過機(jī)械連接及/或電氣連接級(jí)聯(lián)在一起。在本實(shí)施方式中，所述天線模塊601通過電纜連接裝置與所述射頻模塊603相連接。所述射頻模塊603通過電纜連接裝置與中頻模塊605相連接。所述中頻模塊605與所述數(shù)字接收機(jī)607通過電纜連接裝置相連接。

所述天線模塊601用于生成至少一定向波束并通過生成的定向波束與第二裝置62進(jìn)行信號(hào)傳輸。所述天線模塊601包括一天線陣列。所述天線陣列包括多個(gè)天線元件。根據(jù)本發(fā)明的需求，所述天線陣列中天線元件的數(shù)量可以為2到256數(shù)值中的一個(gè)。在一實(shí)施方式中，所述天線模塊601包括一由64個(gè)天線元件組成的天線陣列。天線模塊601與射頻模塊603之間、射頻模塊603與中頻模塊605之間、中頻模塊605與數(shù)字接收機(jī)607之間進(jìn)行連接的電纜連接裝置的數(shù)量根據(jù)天線模塊601中天線元件的數(shù)量確定。在至少一實(shí)施方式中，所述電纜連接裝置可以為光纖。

所述射頻模塊603、中頻模塊605及數(shù)字接收機(jī)607可以為軟件、硬件或軟件與硬件的結(jié)合體。所述射頻模塊603用于將中頻模塊605傳送給射頻模塊603的信號(hào)進(jìn)行上變頻并將經(jīng)過上變頻后的信號(hào)通過所述天線模塊601發(fā)送出去。所述射頻模塊603還用于將所述天線模塊601接收的信號(hào)進(jìn)行下變頻并將經(jīng)過下變頻后的信號(hào)傳送給將中頻模塊605。所述中頻模塊605用于將射頻模塊603傳送的中頻信號(hào)通過一內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣處理并將輸出的數(shù)字化數(shù)據(jù)流傳送給數(shù)字接收機(jī)607。

所述數(shù)字接收機(jī)607用于確定天線模塊601中的天線陣列的最優(yōu)波束成型的權(quán)值并根據(jù)確定出的最優(yōu)波束成型的權(quán)值控制所述天線陣列生成波束成型方向圖。所述數(shù)字接收機(jī)607進(jìn)一步包括相位與幅度誤差校準(zhǔn)模塊6071、屏蔽窗口生成器6073及波束成型控制器6075。所述相位與誤差校準(zhǔn)模塊6071與所述屏蔽窗口生成器6073相連接。所述屏蔽窗口生成器6073與所述波束成型控制器6075相連接。

所述相位與誤差校準(zhǔn)模塊6071用于根據(jù)第二裝置62的天線元件接收的信號(hào)計(jì)算協(xié)方差矩陣以生成與所述第二裝置62的方向?qū)?yīng)的第一波束成型權(quán)值矩陣。

在一實(shí)施方式中，所述相位與幅度誤差校準(zhǔn)模塊6071根據(jù)基于SVD算法得到的協(xié)方差矩陣計(jì)算所述第一波束成型權(quán)值矩陣。

在一實(shí)施方式中，所述相位與誤差校準(zhǔn)模塊6071將所述協(xié)方差矩陣的第一關(guān)聯(lián)向量進(jìn)行噪聲方差的糾正后得到所述第一波束成型權(quán)值矩陣。

所述屏蔽窗口生成器6073使用一屏蔽窗口對(duì)所述第一波束成型權(quán)值矩陣進(jìn)行調(diào)整后生成一第二波束成型權(quán)值矩陣。其中，所述屏蔽窗口生成器6073根據(jù)在通信系統(tǒng)中鄰近的該些第二裝置62之間的間距生成所述屏蔽窗口。在本實(shí)施方式中，所述屏蔽窗口生成器6073用于在天線陣列中使用振幅衰減(Amplitude Taper)以降低第二裝置的旁瓣幅度，從而降低來自其他第二裝置旁瓣的影響。在至少一實(shí)施方式中，所述屏蔽窗口生成器6073生成切比雪夫窗口用于減少或降低旁瓣的影響。在一實(shí)施方式中，所述窗口生成器6073通過一有限脈沖響應(yīng)濾波器生成所述屏蔽窗口。

所述波束成型控制器6075用于調(diào)整所述天線陣列并生成波束成型方向圖與所述第二裝置進(jìn)行信號(hào)的傳輸。

在其他實(shí)施方式中，所述數(shù)字接收機(jī)607還可包括，但不限于信號(hào)解調(diào)模塊、解碼模塊、基帶信號(hào)處理模塊以分別對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼及處理。

請(qǐng)參考圖7，所示為本發(fā)明另一實(shí)施方式中多輸入多輸出通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述多輸入多輸出通信系統(tǒng)7包括一第一裝置70、多個(gè)第二裝置72a-72n。本實(shí)施方式中，所述多輸入多輸出系統(tǒng)7可以為時(shí)分復(fù)用數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中上行通信頻帶與下行通信頻帶相同。所述第一裝置70設(shè)置天線陣列。所述天線陣列包括多個(gè)天線701。所述多個(gè)天線701成矩陣式排列，例如該多個(gè)天線可排列成M×N。所述第一裝置70經(jīng)過波束成型后可以與所述多個(gè)第二裝置72a-72n進(jìn)行通信連接。本實(shí)施方式中，所述第二裝置的數(shù)量可以為2到24個(gè)。

在至少一實(shí)施方式中，所述第一裝置70可以為基站或遠(yuǎn)程無線頭(RRH)，所述第二裝置72a-72n可以為移動(dòng)站或移動(dòng)用戶設(shè)備。在另一實(shí)施方式中，所述第一裝置70可以為移動(dòng)工站或移動(dòng)用戶設(shè)備，所述第二裝置72a-72n可以為基站或遠(yuǎn)程無線頭。在其他實(shí)施方式中，所述第一裝置70及第二裝置72a-72n可以為移動(dòng)站。所述第二裝置72a-72n中每一裝置可以為手持設(shè)備或。

所述波束721a-721n為所述第一裝置70的天線模塊在波束成型中形成的電磁能量的波束。所述波束721a-721n中的每一波束分別對(duì)應(yīng)指向所述第二裝置72a-72n中的每一第二裝置。每一第二裝置72a-72n與第一裝置70之間的數(shù)據(jù)通信可能會(huì)受到來自鄰近的第二裝置的干擾。其干擾程度取決于兩個(gè)相鄰的第二裝置之間的間距大小。

對(duì)所述第一裝置70進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置后確定波束成型權(quán)值以生成滿足指向目標(biāo)第二裝置72a-72n并降低來自其他第二裝置72a-72n旁瓣影響的波束721a-721n。因而，多個(gè)用戶裝置可以共享頻帶以使多輸入輸出系統(tǒng)7可以被最大化地使用。

請(qǐng)參考圖8，所示為本發(fā)明一實(shí)施方式中波束成型的方法流程圖。本實(shí)施方式中，所示波束成型方法應(yīng)用在圖7所示的多輸入多輸出通信系統(tǒng)7中。

所述第一裝置70與該些第二裝置72a-72n通信且每次僅與一個(gè)第二裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在步驟801中，所述第一裝置70通過天線陣列接收由多個(gè)第二裝置72a-72n中的一第二裝置發(fā)送的第i信號(hào)ri(t)，其中i為整數(shù)，其代表所述多輸入多輸出系統(tǒng)中第二裝置的數(shù)量。在步驟803中，所述第一裝置70確定是否接收到所述多輸入多輸出通信系統(tǒng)7中的第二裝置72a-72n傳送的信號(hào)。在本實(shí)施方式中，所述第一裝置70確定所接收到的來自第二裝置72a-72n傳送的信號(hào)的數(shù)量是否為0。當(dāng)所述第一裝置70確定所接收到的信號(hào)的數(shù)量不為0，則表明所述第一裝置70未完成對(duì)所述第二裝置72a-72n傳送的信號(hào)的接收，所述第一裝置70執(zhí)行步驟805；當(dāng)所述第一裝置70確定所接收到的信號(hào)的數(shù)量為0，所述第一裝置70執(zhí)行步驟813。

在步驟805，所述第一裝置70根接收的第i信號(hào)ri(t)生成第i協(xié)方差矩陣Ri，所述第i協(xié)方差矩陣Ri與所述第i第二裝置相對(duì)應(yīng)。在步驟807中，所述第一裝置70根據(jù)所述生成的第i協(xié)方差矩陣Ri生成對(duì)應(yīng)于所述天線陣列中每一天線元件的第i第一波束成型權(quán)值矩陣wi,1。在一實(shí)施方式中，所述第一裝置可以根據(jù)對(duì)所述第i協(xié)方差矩陣Ri進(jìn)行SVD算法運(yùn)算后得到所述第一波束成型權(quán)值矩陣wi,1。在另一實(shí)施方式中，所述第一裝置可以通過對(duì)所述第i協(xié)方差矩陣Ri進(jìn)行噪聲方差糾正運(yùn)算得到所述第一波束成型權(quán)值矩陣wi,1。在步驟809中，所述第一裝置70通過應(yīng)用一屏蔽窗口對(duì)所述第i第一波束成型權(quán)值矩陣wi,1進(jìn)行調(diào)整后生成與目標(biāo)第二裝置72a-72n對(duì)應(yīng)的第i第二波束成型權(quán)值矩陣wi,2。所述第一裝置70根據(jù)相鄰的第二裝置72a-72n之間的信道條件及間距配置所述屏蔽窗口。在一實(shí)施方式中，所述屏蔽窗口可以設(shè)置為切比雪夫窗口。在步驟811中，所述第一裝置70從N個(gè)信號(hào)中去除一個(gè)信號(hào)后返回步驟803。在步驟813中，所述第一裝置70調(diào)整所述天線陣列以生成指向該些第二裝置72a-72n的波束成型圖，并根據(jù)相應(yīng)的第二波束成型權(quán)值矩陣wi,2與對(duì)應(yīng)的第二裝置72a-72n進(jìn)行通信。

例如，兩個(gè)第二裝置72a、72b與所述第一裝置70通信連接。所述第二裝置70接收的信號(hào)的數(shù)量為兩個(gè)，即變量Ns的變量為2。所述第一裝置70分別生成與所述第二裝置72a對(duì)應(yīng)的第二波束成型權(quán)值矩陣及與所述第二裝置72b對(duì)應(yīng)的第二波束成型權(quán)值矩陣。在本實(shí)施方式中，所述第一裝置70接收所述第二裝置72a傳送的第一信號(hào)，并響應(yīng)所接收到的第一信號(hào)分別計(jì)算出第一波束成型權(quán)值矩陣w1,1及第二波束成型權(quán)值矩陣w1,2。所述第一裝置70將變量Ns的值減去1后變?yōu)?。然后，所述第一裝置70接收所述第二裝置72b傳送的第二信號(hào)，并響應(yīng)所接收到的第二信號(hào)分別計(jì)算出第一波束成型權(quán)值矩陣w2,1及第二波束成型權(quán)值矩陣w2,2。當(dāng)計(jì)算出天線陣列的第一波束成型權(quán)值矩陣及第二波束成型權(quán)值矩陣后，所述第一裝置70根據(jù)計(jì)算的第一波束成型權(quán)值矩陣及第二波束成型權(quán)值矩陣調(diào)整所述天線陣列以生成相應(yīng)的波束成型方向圖。

請(qǐng)參考圖9A，所示為本發(fā)明一實(shí)施方式中第一裝置的天線陣列形成的波束成型輻射方向圖901、903的示意圖。本實(shí)施方式中，所述波束成型輻射方向圖901、903為所述第一裝置70的天線陣列分別根據(jù)所述第一波束成型權(quán)值矩陣w1,1,、w2,1進(jìn)行調(diào)整所形成的指向目標(biāo)第二裝置的輻射方向圖。本實(shí)施方式中，所述目標(biāo)第二裝置為移動(dòng)站。所述第一移動(dòng)站與所述天線陣列的軸線之間的方位角為-22度。所述第二移動(dòng)站與所述天線陣列的軸線之間的方位角為22度。請(qǐng)參考圖9B，所示為本發(fā)明另一實(shí)施方式中第一裝置的天線陣列形成的波束成型輻射方向圖901’、903’。本實(shí)施方式中，所述波束成型輻射方向圖901’、903’為所述第一裝置的天線陣列分別根據(jù)所述第二波束成型權(quán)值矩陣w1,2,w2,2進(jìn)行調(diào)整所形成的指向目標(biāo)第二裝置的輻射方向圖。從圖9B可以看出，所述天線陣列根據(jù)第二波束成型權(quán)值矩陣進(jìn)行調(diào)整后，所述波束成型方向圖的旁瓣幅度降低到理想的水準(zhǔn)，例如，其旁瓣幅度可降至-35dB。

請(qǐng)參考圖10A，所示為本發(fā)明一實(shí)施方式中第一裝置70的天線陣列所形成的分別指向四個(gè)第二裝置的波束成型輻射方向圖1001、1003、1005、1007。該些波束成型輻射方向圖1001、1003、1005、1007為通過對(duì)所述天線陣列根據(jù)第一波束成型權(quán)值矩陣w1,1,w2,1,w3,1,w4,1的調(diào)整后形成的輻射方向圖，其旁瓣幅度沒有進(jìn)行衰減處理。所述第一移動(dòng)站與所述天線陣列的軸線之間的方位角為-35度。所述第二移動(dòng)站與所述天線陣列的軸線之間的方位角為-15度。所述第三移動(dòng)站與所述天線陣列的軸線之間的方位角為15度。所述第四移動(dòng)站與所述天線陣列的軸線之間的方位角為35度。請(qǐng)參考圖10B，所示為本發(fā)明另一實(shí)施方式中第一裝置70的天線陣列所形成的分別指向各個(gè)目標(biāo)移動(dòng)站的波束成型輻射方向圖1001’、1003’、1005’、1007’。該些波束成型輻射方向圖1001’、1003’、1005’、1007’為通過對(duì)所述天線陣列根據(jù)第二波束成型權(quán)值矩陣w1,2,w2,2,w3,2,w4,2的調(diào)整后形成的輻射方向圖，其旁瓣幅度降低到-35dB。

請(qǐng)參考圖11，所示為本發(fā)明另一實(shí)施方式中波束成型方法的流程圖。所述波束成型方法可以應(yīng)用在如圖7所示的時(shí)分復(fù)用的通信系統(tǒng)中，但不限于此。

初始狀態(tài)時(shí)，所述第一裝置70與該些第二裝置72a-72n通信連接且每次僅與該些第二裝置72a-72n中的一個(gè)第二裝置通信以計(jì)算出對(duì)應(yīng)每一個(gè)第二裝置的第一波束成型矩陣。當(dāng)計(jì)算得到與每一個(gè)第二裝置對(duì)應(yīng)的第一波束成型矩陣集{wi,1}時(shí)，所述第一裝置70根據(jù)所述第二裝置72a-72n中的每一第二裝置與第一裝置70之間的信道條件優(yōu)化所述第一波束成型矩陣集{wi,1}得到第二波束成型矩陣{wi,2}以提高天線陣列的性能。

在步驟1101中，所述第一裝置70通過所述天線陣列分別接收從該些第二裝置72a-72n中一個(gè)第二裝置發(fā)送的信號(hào)ri(t)。在步驟1103中，所述第一裝置70根據(jù)接收的每個(gè)信號(hào)ri(t)計(jì)算出對(duì)應(yīng)于第二裝置的協(xié)方差矩陣。在步驟1105中，所述第一裝置70根據(jù)計(jì)算出的各個(gè)協(xié)方差矩陣計(jì)算出所述天線陣列的第一波束成型權(quán)值矩陣wi,1。在步驟1107中，所述多輸入多輸出通信新系統(tǒng)7中的第一裝置70確定與所有第二裝置72a-72n對(duì)應(yīng)的第一波束成型權(quán)值矩陣{wi,1}是否都已經(jīng)被計(jì)算出。當(dāng)確定還有與第二裝置對(duì)應(yīng)的第一波束成型權(quán)值矩陣{wi,1}沒有被計(jì)算出時(shí)，所述第一裝置70返回步驟1101，否則執(zhí)行步驟1109。在步驟1109中，當(dāng)確定與該些第二裝置對(duì)應(yīng)的所有第一波束成型權(quán)值矩陣{wi,1}被計(jì)算出時(shí)，所述第一裝置70根據(jù)之前計(jì)算得到的第一波束成型權(quán)值矩陣{wi,1}生成與所有第二裝置72a-72n相對(duì)應(yīng)的第二波束成型權(quán)值矩陣{wi,2}，以使得指向目標(biāo)第二裝置的天線增益最大化及降低來自其他第二裝置對(duì)目標(biāo)第二裝置造成的旁瓣干擾。在一實(shí)施方式中，所述第一裝置70可以通過對(duì)所述第一波束成型權(quán)值矩陣{wi,1}進(jìn)行迫零操作來生成所述第二波束成型權(quán)值矩陣{wi,2}。在其他實(shí)施方式中，所述第一裝置70可以通過對(duì)所述第一波束成型權(quán)值矩陣{wi,1}進(jìn)行合并最大比操作來生成所述第二波束成型權(quán)值矩陣{wi,2}。

在步驟1111中，所述第一裝置70根據(jù)所述第二波束成型權(quán)值矩陣{wi,2}調(diào)整所述天線陣列形成指向第二裝置的波束成型方向圖。所述第一裝置70通過所形成的波束成型方向圖與所述第二裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而優(yōu)化所述多輸入多輸出系統(tǒng)7的總體效率。

請(qǐng)參考圖12A，所示為本發(fā)明一實(shí)施方式中第一裝置70的天線陣列所形成的指向目標(biāo)第二裝置的波束成型輻射方向圖1201、1203。本實(shí)施方式中，所述波束成型輻射方向圖1201為第一裝置70根據(jù)所述第一波束成型權(quán)值矩陣w1,1調(diào)整所述天線陣列所形成。所述波束成型輻射方向圖1203為第一裝置70根據(jù)所述第一波束成型權(quán)值矩陣w2,1調(diào)整所述天線陣列所形成。所述第一移動(dòng)站與所述天線陣列的軸線之間的方向角為-22度。所述第二移動(dòng)站與所述天線陣列的軸線之間的方向角為22度。

請(qǐng)參考圖12B，所示為本發(fā)明另一實(shí)施方式中第一裝置70的天線陣列所形成的指向目標(biāo)移動(dòng)站的波束成型輻射方向圖1201’、1203’。所述第一裝置70的天線陣列被調(diào)整以形成指向鄰近的第二裝置72a-72n的波束。通過應(yīng)用迫零算法計(jì)算得到的第二波束成型權(quán)值矩陣可以使得干擾降低到-60dB。所述由第一裝置70的天線陣列生成的波束輻射方向圖1201’在22度的方位角處具有一個(gè)峰值增益及在-22度的方位角處具有空白(如圖12B中矩形1210)。所述由第一裝置的天線陣列生成的波束輻射方向圖1203’在-22度的方位角處具有一個(gè)峰值增益及在22度的方位角處具有空白(如圖12B中矩形1220)。

請(qǐng)參考圖13A，所示為本發(fā)明一實(shí)施方式中第一裝置70的天線陣列所形成的指向四個(gè)第二裝置的波束成型輻射方向圖1301、1303、1305、1307的示意圖。其中所述波束成型輻射方向圖1301、1303、1305、1307為所述天線陣列分別根據(jù)第一波束成型權(quán)值矩陣w1,1,w2,1,w3,1,w4,1進(jìn)行調(diào)整后得到的輻射方向圖，其沒有實(shí)現(xiàn)旁瓣的衰減。所述第一移動(dòng)站與所述天線陣列之間的方向角為-36度。所述第二移動(dòng)站與所述天線陣列之間的方向角為-17度。所述第三移動(dòng)站與所述天線陣列之間的方向角為17度。所述第四移動(dòng)站與所述天線陣列之間的方向角為36度。

請(qǐng)參考圖13B，所示為本發(fā)明另一實(shí)施方式中，第一裝置70的天線陣列所形成的指向移動(dòng)站的波束成型輻射方向圖1301’、1303’、1305’、1307’的示意圖。所述第一裝置70的天線陣列經(jīng)所述第二波束成型權(quán)值矩陣w1,2,w2,2,w3,2,w4,2調(diào)整后生成一指向目標(biāo)第二裝置的波束。所述波束中指向鄰近的第二裝置的旁瓣的幅度可以降低至-60dB。所述第二波束成型權(quán)值矩陣w1,2,w2,2,w3,2,w4,2可以根據(jù)迫零算法計(jì)算得到。所述第一裝置的天線陣列生成的波束成型輻射方向圖1301’在36度的方位角處具有增益峰值及在17度、-17度、及-36度的方位角處具有空白。所述第一裝置的天線陣列生成的波束成型輻射方向圖1303’在17度的方位角處具有增益峰值及在36度、-17度、及-36度的方位角處具有空白。所述第一裝置的天線陣列生成的波束成型輻射方向圖1305’在-17度的方位角處具有增益峰值及在36度、17度、及-36度的方位角處具有空白。所述第一裝置的天線陣列生成的波束成型輻射方向圖1307’在-36度的方位角處具有增益峰值及在36度、17度、及-17度的方位角處具有空白。

本發(fā)明提供一種確定天線陣列的波束成型權(quán)值的方法及系統(tǒng)。所述方法和系統(tǒng)能夠自動(dòng)補(bǔ)償或糾正不確定的幅度誤差及相位誤差對(duì)天線陣列中的天線元件的影響，因而能夠有效及準(zhǔn)確地提高信號(hào)發(fā)送及接收的效率。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照以上較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換都不應(yīng)脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。