基于双极化阵列天线的自适应数据发送方法及其系统的制作方法

专利名称：基于双极化阵列天线的自适应数据发送方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于双极化阵列天线的自适应数据发 送方法及其系统。
背景技术：
为了更好的抑制CDMA ( Code Division Multiple Access,码分多址接入) 系统固有的同频干扰，现有TD-SCDMA ( Time Division-Synchronous CDMA， 时分同步的码分多址接入)系统室外宏蜂窝普遍采用智能天线波束赋形技术。 该技术所釆用的智能天线为均匀线阵结构，均匀线阵作为一种简单、可靠性较 高、易于扇区化实现，且赋形技术相对成熟的智能天线形式，在TD-SCDMA 网络中得到了普遍的应用。
一般认为，智能天线波束赋形增益(可以理解为对信号功率的增强或是对 干扰的抑制)与天线阵元个数呈单调递增的关系。为了获得较大的赋形增益， TD-SCDMA网络中通常采用八天线线阵。但是，该线阵中的八根阵元如果按 照常规的半波长间距排列的话，宽度太大，不利于工程施工。如果简单的通过 降低阵元个数(例如降低到四阵元)来压缩宽度，那么赋形增益会有明显的降 低；而如果通过压缩阵元间距的方法来压缩宽度，那么赋形增益的稳定性将会 明显降低。同时，上述两种压缩宽度的天线小型化方法都不利于后续MIMO (Multiple Input Multiple Output,多输入多输出)架构的演进。
因此，具有双极化阵列的智能天线作为一种平衡天线尺寸与赋形增益的重 要方式，受到越来越多的关注
发明内容
本发明实施例提供了 一种基于双极化阵列天线的自适应数据发送方法及 其系统，以实现在显著压缩智能天线宽度的同时，最大限度地提升下行公共信 道以及下行专用信道的性能，尽可能地降低智能天线小型化所带来的网络覆盖 和容量损失。
本发明实施例提供的基于双极化阵列天线的自适应数据发送方法中，所述 双极化阵列天线包括第一天线阵元组和第二天线阵元组，该方法包括以下步
骤
所述双极化阵列天线接收待发送数据；
判断待发送数据是通过下行专用信道发送还是通过下行公共信道发送；
如果是通过下行专用信道发送，则所述第一天线阵元组和第二天线阵元组 通过该信道，按照设定的下行时序发送所述待发送数据；
如果是通过下行公共信道发送，则所述第一天线阵元组通过该信道，按照 设定的下行时序发送所述待发送数据，所述第二天线阵元组通过该信道，在该 设定的下行时序延迟设定时间后发送所述待发送数据。
本发明实施例提供的双极化阵列天线系统，包括基带处理单元、射频处 理单元、双极化天线阵列，所述双极化天线阵列包括第一天线阵元组和第二天 线阵元组，所述第二天线阵元组连接有用于对发射信号进行延时处理的信号延 时单元，其中
基带处理单元，用于对待发送数据进行基带处理，并判断待发送数据是通 过专用信道发送还是通过公共信道发送，如果是通过专用信道发送，则将所述 信号延时单元的延时时间设置为零，如果是通过公共信道发送，则将所述信号 延时单元的延时时间设置为大于零的值；
射频处理单元，用于将基带处理后的数据转换为射频信号；
第一天线阵元组和第二天线阵元组，用于接收射频信号并进行发射，其中， 第二天线阵元组接收经所述信号延时单元延时处理的射频信号。
采用本发明的上述实施例，可针对下行公共信道和下行专用信道的特性，
5分别采用不同的方式实现波束赋形。当通过专用信道为某个终端发送数据时，
采用联合赋形的方式，以提高目标终端接收信号的质量和性能；当通过公共信 道发送信号时，利用多发射天线和对各天线发射的时域信号进行相应的延时处 理，从而获得多径合并增益，提高信号接收性能。本发明的上述实施例通过针 对下行公共信道和下行专用信道的特性自行采用相应的波束成形方式，在显著 压缩具有双极化阵列的智能天线宽度的同时，最大限度地提升下行公共信道以 及下行专用信道的性能，尽可能地降低智能天线小型化所带来的网络覆盖和容 量损失。


图1为本发明实施例的双沖及化阵列天线系统的结构示意图2为本发明实施例中基于双极化阵列天线的自适应数据发送流程图3为本发明实施例中为下行专用信道联合波束赋形的原理图4为本发明实施例中为下行公共信道波束赋形及延时发射的原理图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
参见图1,为本发明实施例所给出的双极化阵列天线系统，该系统包括依 次连接的基带处理单元l、射频处理单元2和天线阵列3，其中，射频处理单 元2与天线阵列3之间存在M条通道(M为天线阵列的阵元总数)。该系统中 还包括信号延时器(或称信号延时单元)4。信号延时器4可以位于基带处理 单元1之前、基带处理单元1和射频处理单元2之间，或射频处理单元2后端。 由于本实施例中通过天线阵元组31和32所发送的信号都要经过相同的基带处 理和射频处理，为了减少对原有天线系统的改造和更容易实现，本发明实施例 优选将信号延时器4置于射频处理单元2后端，如图l所示。
信号延时器4可由软件实现，如通过软件采用设置计时器的方式，将时刻t的信号在时刻t+3时刻发送。
该系统中的基带处理单元1的主要功能与现有天线系统中的基带处理单元 相同，包括对输出到天线阵列的信号进行加权处理，对从天线阵列接收到的信 号进行合并等处理，还可实现信道估计。
该系统中的射频处理单元2的主要功能与现有天线系统中的射频处理单元
相同，主要是实现射频信号转换，如对从天线阵列接收到的信号进行放大、变 频、混频等，对需要从天线阵列发射的信号进行功率放大、天线匹配等。射频
处理单元2也可是M(M为天线阵列的阵元总数)个射频单元组合而成，其中 每个射频单元对应处理一个通道的数据。
该系统中的天线阵列3可以是任意N + N双极化阵列，本实施例以4 + 4 双极化阵列的天线为例。图中的天线阵列3包括两个阵元组(31、 32),两个 阵元组采用不同的极化方式，如图1中，阵元组31和阵元组32采用相互正交 的极化方式(阵元组31用正45度极化，阵元组32用负45度极化)，每组中 的天线阵元的间距小于或等于V2。采用上述结构的天线阵列3可利用相互正 交的两组天线阵元的空间衰落特性相互独立或相关性较小，以满足MIMO应 用的相关性需求，以及更高吞吐量的要求。
天线阵列3还设置有校正口 ，该校正口可从天线阵列3的八个通道中的任 何一个通道接收校正信号，进行上下行通道校正。与传统阵列天线的上下行通 道校正一样，图1所示的系统充分利用4+4双极化阵列天线自身的校正接口和 连接各阵元的内部校正网络将两个极化方向的八个通道一起进行上下行校正。
上下行通道的校正是周期性进行的，在每个校正周期，上行通道的校正过 程为射频处理单元2的某个通道发射预先设定的^f交正信号至天线阵列3的才交 正口，然后通过八个射频通道同时接收天线阵列3返回的信号，并经过下变频、 采样、模数转换等射频中频处理转化为八通道的基带数字接收信号发送至基带 处理单元1,基带处理单元1通过匹配的方式生成各个通道的上行幅度相位补 偿权值；下行通过的校正过程为射频处理单元2的八个通道分时发射预先设定的 校正信号至天线阵列3的校正口 ，然后通过一个固定通道分时接收天线阵列3 返回的信号，并经过下变频、采样、模数转换等射频中频处理转化为八通道的 基带数字接收信号发送至基带处理单元1，基带处理单元1通过匹配的方式生 成各个通道的下行幅度相位补偿权值。
上述双极化阵列天线系统可实现自适应波束赋形和数据发送，如图2所示， 基于上述双极化阵列天线系统实现自适应数据发送的过程包括以下步骤
步骤201、基带处理单元1接收从信号发送装置传输来的待发送数据，在 通过天线阵列3发射下行数据之前，判断是要通过专用信道传输下行数据(如 为某一终端传输的专用信道数据)，还是要通过公共信道传输下行数据(如为 多个终端传输的公共信道数据)。如果是传输专用信道数据，则执行步骤202~ 204，为下行专用信道联合波束赋形；如果是传输公共信道数据，则执行步骤 205 ~ 207,为下行公共信道波束赋形并进行延时发射分集。
步骤202、基带处理单元1对下行数据接收终端的上行空时信道进行信道 估计，从而得到八通道联合赋形权值。
本步骤中，基带处理单元1通过信道估计得到空时信道冲激响应矩阵 H =
其中，向量h("")表示第m个极化方向分组的第n根阵元的上行信道沖激响
应，h"最长为信道估计窗长；
然后，根据矩阵H计算信号空间相关矩阵Rw:
对K"进行特征值分解，得到
8
其中^是最大特征值，ui为最大特征值对应的特征向量；
hf) h(2" h ) hj) hp) hf) hf) hi".将ui进行复数向量取共轭，得到八通道联合赋形权值w:
w=u;
步骤203、基带处理单元1使用生成的权值对需要从天线阵列3的两个阵 元组发射的专用信道数据统一进行加权处理。
步骤204、加权处理后的基带数据通过射频处理单元2转换为射频信号， 射频处理单元2通过八通道将射频信号传输到天线阵列3,由天线阵列3中的 两组天线阵元组按照标准下行时序统一发射。
步骤205、基带处理单元1获得固定权值。
本步骤中，为每个极化方向的4天线产生一组广播波束权值，不同极化方 向上的4天线广播波束权值是一样的。广播波束权值不是双极化阵列天线系统 实时产生的，而是预先(离线)根据不同扇区宽度固定产生一组权值，以表格 形式存储在双极化阵列天线系统(如存储在基带处理单元1)中。当网络规划 明确了当前小区的扇区宽度及广播波束宽度后，直接查表就可以获得对应任意 极化方向的4天线赋形纟又值。
步骤206、基带处理单元1使用固定的权值对需要从天线阵列3的两个天 线阵元组发射的公共信道数据进行加权处理。
步骤207、加权处理后的基带数据通过射频处理单元2转换为射频信号， 该射频信号通过天线阵元组32按照标准时序进行发射，并通过信号延时器4 延长时间S (即比标准时序延时5)后，通过天线阵元组31发射。
上述步骤202-204中，基带处理单元1可将信号延时器4的延时时间设置 为零，或不启动信号延时器，从而使天线阵列3中的两组天线阵元组同时按照 标准下行时序统一发射，实现为下行专用信道波束联合赋形，其原理可如图3 所示。双极化阵列天线系统通过信道估计实时生成赋形权值，并采用该权值统 一为所有天线阵元进行赋形(即联合赋形)。这样，当通过专用信道为某个终 端发送数据时，可通过进行信道估计获得目标终端当前的信道情况，并才艮据该 情况生成赋形权值进行赋形，从而针对目标终端的信道特性进行赋形，并且通过双极化阵列天线的所有阵元同时为目标终端发射信号，从而提高了目标终端 接收信号的质量和成功率。
上述步骤205 -207中，基带处理单元1可将信号延时器的延时时间设置 为5，或启动延时时间为5的信号延时器4，从而使天线阵元组31比天线阵元 组32延迟S后发射信号，实现为下行公共信道波束赋形并进行延时发射，其 原理可如图4所示。获得双极化阵列天线系统本地存储的4天线权值后，每个 极化方向的4天线分组独立的进行波束赋形操作，但发射时间上两组4天线互 相错开数个码片(即时延长度S)，以便终端侧可以形成可分辨的多径信号进行 最大比合并。
4天线广播波束权值生成的约束准则很多，最重要的是所有方向上的平均 接收功率(赋形增益)尽可能高并且方差尽可能小。
时延长度S可设置为与实际信道的最大多径时延或所有可分辨多径对应的 最大时延相等或相近似的数值，为了更好地获得时间分集增益，优选的，时延 长度5可设置为大于实际信道的最大多径时延或所有可分辨多径对应的最大时 延。通过该信号延时器，可实现MIMO技术的延时发送分集。
.通过公共信道发送的下行数据通常是针对多个目标终端的数据，因而采用 固定权值进行赋形，并且可根据通信系统运行性能调整该固定权值以尽可能满 足目标终端的接收性能。为了进一步提高目标终端的接收性能，可通过信号延 时器对发送信号的延时处理实现时延发射分集，即，利用多发射天线和对各天 线发射的时域信号进行相应的延时处理，从而获得多径合并增益，以提高信号 接收性能，如提高误比特率性能。
如上述流程所述，延时处理的操作可在射频处理之后进行(相当于将信号 延时器4置于射频处理单元2之后，如图l所示)。延时处理的操作也可在基 带处理之前进行(相当于将信号延时器4置于基带处理单元1之前)，此时， 需要基带处理单元1分别对通过两组天线阵元的数据进行基带处理，射频处理 单元2分别对通过两组天线阵元的数据进行射频处理。延时处理的操作也可在基带处理之后进行(相当于将信号延时器4置于基带处理单元1之后)，此时，
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例的全部或部分步骤可 以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存 储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储 介质包括ROM、 RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1、一种基于双极化阵列天线的自适应数据发送方法，所述双极化阵列天线包括第一天线阵元组和第二天线阵元组，其特征在于，包括以下步骤所述双极化阵列天线接收待发送数据；判断待发送数据是通过下行专用信道发送还是通过下行公共信道发送；如果是通过下行专用信道发送，则所述第一天线阵元组和第二天线阵元组通过该信道，按照设定的下行时序发送所述待发送数据；如果是通过下行公共信道发送，则所述第一天线阵元组通过该信道，按照设定的下行时序发送所述待发送数据，所述第二天线阵元组通过该信道，在该设定的下行时序延迟设定时间后发送所述待发送数据。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一天线阵元组和第二天线 阵元组通过专用信道发送所述待发送数据之前，还包括步骤根据对所述待发送数据接收终端的上行空时信道进行信道估计，生成赋形 权值，利用所述赋形权值对所述待发送数据进行加权处理。
3、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一天线阵元组通过公共信 道发送所述待发送数据，第二天线阵元组延迟设定时间后通过公共信道发送待 发送数据之前，还包括步骤利用预设的赋形权值对所述待发送数据进行加权处理。
4、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一天线阵元组和第二天线 阵元组所采用的极化方式相互正交。
5、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定时间为多个码片时 间长度。
6、 一种双极化阵列天线系统，其特征在于，包括基带处理单元、射频处 理单元、双极化天线阵列，所述双极化天线阵列包括第一天线阵元组和第二天线阵元组，所述第二天线阵元组连接有用于对发射信号进行延时处理的信号延 时单元，其中基带处理单元，用于对待发送数据进行基带处理，并判断待发送数据是通 过专用信道发送还是通过公共信道发送，如果是通过专用信道发送，则将所述 信号延时单元的延时时间设置为零，如果是通过公共信道发送，则将所述信号延时单元的延时时间设置为大于零的值；射频处理单元，用于将基带处理后的数据转换为射频信号； 第一天线阵元组和第二天线阵元组，用于接收射频信号并进行发射，其中，第二天线阵元组接收经所述信号延时单元延时处理的射频信号。
7、 如权利要求6所述的天线系统，其特征在于，所述基带处理单元进一 步用于，当判断待发送数据是通过公共信道发送时，将所述信号延时单元的延 时时间设置为多个码片长度。
8、 如权利要求6或7所述的天线系统，其特征在于，所述基带处理单元 进一步用于，当判断待发送数据是通过专用信道发送时，根据对所述待发送数 据接收终端的上行空时信道进行信道估计，生成赋形权值，利用所述赋形权值 对所述待发送数据进行加权处理。
9、 如权利要求6或7所述的天线系统，其特征在于，所述基带处理单元 进一步用于，当判断待发送数据是通过公共信道发送时，利用预设的赋形权值 对所述待发送数据进行加权处理。
10、 如权利要求6所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线阵元组和 第二天线阵元组所采用的4及化方式相互正交。
全文摘要
本发明公开了一种基于双极化阵列天线的自适应数据发送方法及其系统，该双极化阵列天线包括第一天线阵元组和第二天线阵元组，该方法为双极化阵列天线接收待发送数据，判断待发送数据是通过下行专用信道还是下行公共信道发送；若是前者，则第一和第二天线阵元组按照设定的下行时序发送待发送数据；若是后者，则第一天线阵元组按照设定的下行时序发送待发送数据，第二天线阵元组在该下行时序延迟设定时间后发送待发送数据。本发明针对下行公共信道和专用信道的特性，采用不同方式实现数据发送，以实现在显著压缩智能天线宽度的同时，最大限度地提升下行公共信道和下行专用信道的性能，尽可能降低智能天线小型化所带来的网络覆盖和容量损失。
文档编号H04L1/06GK101562504SQ20081010445
公开日2009年10月21日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者徐晓东, 曾召华, 王启星, 鹏 耿, 欣 马, 黄宇红 申请人:中国移动通信集团公司