專利名稱：智能天線來波方向基帶檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)智能天線來波方向(DOA)基帶檢測的方法與裝置，可用于TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)智能天線定向發(fā)送應(yīng)用所需的DOA檢測，同時還涉及使用該裝置的CDMA智能天線基站收發(fā)信設(shè)備，屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
使用智能天線的CDMA基站收發(fā)信設(shè)備是移動通信領(lǐng)域的高科技產(chǎn)品。利用TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)中置序列實現(xiàn)DOA檢測的裝置這種高科技設(shè)備用于CDMA系統(tǒng)基站的智能天線收發(fā)信機，能實現(xiàn)定向發(fā)送并減少多用戶干擾的影響，提高頻譜和發(fā)信功率的資源利用率。只有測出了用戶的DOA，才能實現(xiàn)智能天線的定向發(fā)送。迄今為止，還未見有相關(guān)專利給出TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)所需的DOA基帶檢測方法與裝置。有一些資料給出一些DOA檢測的算法，但這些算法與本發(fā)明給出的利用中置序列實現(xiàn)DOA基帶檢測的方法相比，本發(fā)明具有算法簡單、易于實現(xiàn)的基本特點，將使設(shè)備可靠性上升、費用下降，使智能天線的推廣使用成為可能。


發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對以上還沒有相關(guān)技術(shù)資料說明利用TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)中置序列實現(xiàn)來波方向(DOA)基帶檢測的方法，提出一種我們首創(chuàng)的、利用TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)中置序列實現(xiàn)DOA基帶檢測的方法及裝置，這種方法及裝置也可用于TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的移動臺來波方向檢測，用于實現(xiàn)基站智能天線的定向發(fā)送，可以大幅度減少多用戶干擾的影響，提高頻譜和發(fā)信功率的資源利用率。
技術(shù)方案本發(fā)明利用TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)中置序列實現(xiàn)DOA基帶檢測的方法，首先給出8陣元圓陣智能天線中置序列接收機的原理框圖，在其基礎(chǔ)上導(dǎo)出中置序列在接收過程中的數(shù)學(xué)處理表達(dá)式，并根據(jù)這些數(shù)學(xué)表達(dá)式導(dǎo)出DOA基帶檢測算法及其流程圖，并給出DOA基帶檢測算法的模擬結(jié)果，證明了本發(fā)明利用TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)中置序列實現(xiàn)DOA基帶檢測原理框圖和DOA基帶檢測算法的正確性。
智能天線來波方向基帶檢測裝置中，第一天線陣元和第二天線陣元的輸出端分別通過第一陣元相移參量和第二陣元相移參量接第一下變頻乘法器和第二下變頻乘法器的輸入端，本地相干載波cosωLt送至所述第一下變頻乘法器和第二下變頻乘法器的另外兩個輸入端；所述第一下變頻乘法器和第二下變頻乘法器的輸出端分別通過第一下變頻濾波器和第二下變頻濾波器接中置序列第一解相關(guān)器和第二解相關(guān)器，所述第一解相關(guān)器和第二解相關(guān)器的輸出端分別通過第一相移參量除法器和第二相移參量除法器接2陣元收信輸出信號加法器的輸入端；由提供的計算結(jié)果給出第一除法器控制信號和第二除法器控制信號，該兩控制信號分別對應(yīng)接所述第一相移參量除法器和第二相移參量除法器的輸入端。
所述第一天線陣元和第二天線陣元擴展為第一天線陣元、第二天線陣元、……、第八天線陣元，所述第一天線陣元、第二天線陣元、……、第八天線陣元的輸出端分別通過第一陣元相移參量、第二陣元相移參量、……、第八陣元相移參量接第一下變頻乘法器、第二下變頻乘法器、第八下變頻乘法器的輸入端，本地相干載波cosωLt送至所述乘法器的另外八個輸入端；所述第一下變頻乘法器、第二下變頻乘法器、第八下變頻乘法器的輸出端分別通過第一下變頻濾波器、第二下變頻濾波器、……、第八下變頻濾波器接中置序列第一解相關(guān)器、第二解相關(guān)器、……、第八解相關(guān)器，所述第一解相關(guān)器、第二解相關(guān)器、……、第八解相關(guān)器的輸出端分別通過第一相移參量除法器、第二相移參量除法器、……、第八相移參量除法器接8陣元收信輸出信號加法器的輸入端；由提供的計算結(jié)果給出第一除法器控制信號、第二除法器控制信號、……、第八除法器控制信號，該八控制信號分別對應(yīng)接所述第一相移參量除法器、第二相移參量除法器、……、第八相移參量除法器的輸入端，構(gòu)成精度更高的單個用戶來波方向基帶檢測裝置。
單個用戶來波方向基帶檢測裝置能擴展為K個用戶來波方向基帶檢測裝置；所述第一下變頻濾波器、第二下變頻濾波器、……、第八下變頻濾波器的輸出端接某用戶k對應(yīng)的中置序列第一解相關(guān)器、第二解相關(guān)器、……、第八解相關(guān)器，即可得到用戶k的信號；所述用戶k的中置序列第一相關(guān)器、第二解相關(guān)器、……、第八解相關(guān)器的輸出端通過用戶k對應(yīng)的第一相移參量除法器、第二相移參量除法器、……、第八相移參量除法器接8陣元收信輸出信號加法器的輸入端；由提供的計算結(jié)果給出用戶k對應(yīng)的第一除法器控制信號、第二除法器控制信號、……、第八除法器控制信號，該八控制信號分別對應(yīng)接所述用戶k對應(yīng)的第一相移參量除法器、第二相移參量除法器、……、第八相移參量除法器的8個輸入端。
有益效果由于本發(fā)明利用TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)中置序列實現(xiàn)DOA基帶檢測，與一般的基于子空間法的DOA檢測算法以及基于最優(yōu)性能準(zhǔn)則算法相比，省去了矩陣的求逆計算、特征值分解和奇異值分解計算等復(fù)雜過程，大大降低了DOA檢測的實現(xiàn)難度，使得設(shè)備的可靠性上升，費用下降。



圖1為本發(fā)明用于兩根天線時，智能天線中置序列接收機原理框圖。其中包括第一天線陣元AE1、第二天線陣元AE2，第一陣元相移參量a1k和第二陣元相移參量a2k，用于接收載波下變頻的第一下變頻乘法器M11和第二下變頻乘法器M12，用于下變頻后信號濾波的第一下變頻濾波器LPF11和第一下變頻濾波器LPF12，用于中置序列解相關(guān)的第一解相關(guān)器13和第二解相關(guān)器14，用于完成各陣元收信號加權(quán)的第一相移參量除法器D11和第二相移參量除法器D12，用于2陣元收信輸出信號迭加的第一加法器M13。當(dāng)一副智能天線由8根陣元組成時，需相應(yīng)的擴展為8根分支。
圖2為本發(fā)明進(jìn)行DOA檢測的流程圖。
圖3為本發(fā)明譜搜索時的信號收波束增益波形圖。其中橫坐標(biāo)表示譜搜索的角度，豎坐標(biāo)值表示此角度對應(yīng)的賦形增益?？梢钥闯霎?dāng)

時，有最大增益。圖中上述

峰值區(qū)域的反方向部分可以用特定的方法去除。

具體實施例方式 智能天線兩個陣元的中置序列基帶DOA檢測接收裝置包括第一天線陣元AE1、第二天線陣元AE2，第一陣元相移參量a1k和第二陣元相移參量a2k，用于接收載波下變頻的第一下變頻乘法器M11和第二下變頻乘法器M12，用于下變頻后信號濾波的第一下變頻濾波器LPF11和第一下變頻濾波器LPF12，用于中置序列解相關(guān)的第一解相關(guān)器13和第二解相關(guān)器14，用于完成各陣元收信號加權(quán)的第一相移參量除法器D11和第二相移參量除法器D12，用于2陣元收信輸出信號迭加的第一加法器M13。易于將2個陣元的中置序列接收裝置擴展到實用的8個陣元的中置序列接收裝置。第一天線陣元AE11和第二天線陣元AE12的兩個輸出端分別通過第一陣元相移參量a1k和第二陣元相移參量a2k接第一下變頻乘法器M11和第二下變頻乘法器M12的輸入端，本地相干載波cosωLt送至所述第一下變頻乘法器M11和第二下變頻乘法器M12的另外兩個輸入端；所述第一下變頻乘法器M11和第二下變頻乘法器M12的輸出端通過第一下變頻濾波器LPF11和第二下變頻濾波器LPF12接中置序列第一解相關(guān)器13和第二解相關(guān)器14，所述第一解相關(guān)器13和第二解相關(guān)器14的輸出端通過第一相移參量除法器D11和第二相移參量除法器D12接2陣元收信輸出信號第一加法器M13的輸入端；由DOA檢測算法提供的計算結(jié)果給出第一控制信號C11和第一控制信號C12；該兩控制信號對應(yīng)分別接第一相移參量除法器D11和第二相移參量除法器D12的兩輸入端。
利用智能天線中置序列接收裝置實現(xiàn)移動臺來波方向(DOA)檢測時，用a1k表示AE1接收第k個用戶信號時的相位參量，a1k由AE1的內(nèi)在相位

以及接收信號的來波方向θ決定，AE1的內(nèi)在相位與陣元的相對位置有關(guān)。
假設(shè)AE1接收第k個用戶中置序列時的信號為 其中mkj取±1，表示第k個用戶的第j個中置序列碼片；Nc為中置序列的長度，Tc為碼片周期；g(t)為脈沖形成函數(shù)。
取下變頻用的本地載波為cosωLt，假設(shè)下變頻過程中不存在誤差，則取載波頻率ωL＝ω，有 略去1/2系數(shù)的影響，經(jīng)低通濾波器(LPF)后得， 經(jīng)過與第k個用戶的本地中置序列mkl相關(guān)后可得到用戶K的信號 從上式可見，經(jīng)下變頻后已將智能天線AE1收信號x1給出的載波相位偏移信息a1k變換為基帶信號的幅度損失cosa1k。由于cosa1k≤1，將會使y5的幅度下降。經(jīng)除法器D后得 j1k＝y(tǒng)5k/cosa1k＝Nc|g(t)| (6) 同理可得，j2k＝y(tǒng)6k/cos a2k＝Nc|g(t)| (7) 經(jīng)加法器取得，Zk＝j(luò)1k+j2k＝2Nc|g(t)| (8) 因為已經(jīng)使用用戶k的中置序列將該用戶中置mk信號分離出，因此zk為用戶k兩陣元同相分集接收的輸出信號，即兩陣元定向接收的輸出信號，它的信號幅度是兩陣元接收處理電路的輸出信號之和，在有N根天線陣元時，有 本發(fā)明利用TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)中置序列實現(xiàn)移動臺DOA基帶檢測的DOA估計算法是一類譜搜索算法，利用搜索的角度參量

對Zk表達(dá)式中的來波方向θ在0～360°的范圍內(nèi)進(jìn)行搜索，當(dāng)某一搜索角度參量

值使Zk取得最大值時，則取移動臺來波方向
據(jù)圖1，可以給出在8陣元圓陣條件下用于搜索的表達(dá)式，此時單根天線的增益為

上式中的分子由圖1中的DOA參數(shù)a1k給出，其中θ為信號的實際來波方向。分母中的函數(shù)對應(yīng)于圖中的除法器D1中含有的因子。

為進(jìn)行搜索的角度參量，當(dāng)

時，yn取得合理的最大值。取圓陣的半徑r＝0.6533λ，此時8根天線總的增益為
其中 利用上述DOA估計算法，可以得到當(dāng)θ＝180°時，搜索得到的

可以正確估計出MS的來波方向

見圖1。圖中上述

峰值區(qū)域的反方向部分可以用特定的方法去除。當(dāng)θ等于其他角度時，均可以得到搜索結(jié)果

當(dāng)cosωLt中的ωL不等于收信號cosωt中的ω時，只需適當(dāng)調(diào)整搜索函數(shù)，也可以取得滿意的結(jié)果。
根據(jù)中置序列接收機的原理框圖導(dǎo)出了TD-SCDMA系統(tǒng)中，中置序列在接收過程中的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并根據(jù)這些數(shù)學(xué)表達(dá)式導(dǎo)出了用于智能天線DOA檢測、本發(fā)明的DOA基帶檢測方法，見圖1和圖2。
實施例一 本實施例利用智能天線中置序列接收機原理框圖，實現(xiàn)智能天線DOA基帶檢測，以達(dá)到基站智能天線定向發(fā)送的目的。利用搜索的角度參量

對Zk表達(dá)式中的來波方向θ在0～360°的范圍內(nèi)進(jìn)行搜索完成DOA的基帶檢測。
本實施例用于智能天線DOA基帶檢測，2根天線陣元的中置序列接收機原理框圖見圖1。主要由以下部分組成第一天線陣元AE1、第二天線陣元AE2，第一陣元相移參量a1k和第二陣元相移參量a2k，用于接收載波下變頻的第一下變頻乘法器M11和第二下變頻乘法器M12，用于下變頻后信號濾波的第一下變頻濾波器LPF11和第一下變頻濾波器LPF12，用于中置序列解相關(guān)的第一解相關(guān)器13和第二解相關(guān)器14，用于完成各陣元收信號加權(quán)的第一相移參量除法器D11和第二相移參量除法器D12，用于2陣元收信輸出信號迭加的第一加法器M13。
用戶發(fā)送信號到達(dá)第一天線陣元AE11和第二天線陣元AE12，第一天線陣元AE11和第二天線陣元AE12的輸出端分別通過第一陣元相移參量a1k和第二陣元相移參量a2k，表示智能天線各陣元導(dǎo)引向量對接收信號的相位影響。所述第一陣元相移參量a1k和第二陣元相移參量a2k的兩路輸出信號分別接第一下變頻乘法器M11和第二下變頻乘法器M12的輸入端，本地相干載波cosωLt送至所述第一下變頻乘法器M11和第二下變頻乘法器M12的另外兩個輸入端。所述第一下變頻乘法器M11和第二下變頻乘法器M12的輸出端分別通過第一下變頻濾波器LPF11和第二下變頻濾波器LPF12，完成下變頻過程，形成基帶信號。所述第一下變頻濾波器LPF11和第二下變頻濾波器LPF12的兩路輸出信號分別接中置序列第一解相關(guān)器13和第二解相關(guān)器14，利用某用戶k的中置序列進(jìn)行解相關(guān)，得到某用戶k的信號。所述中置序列第一解相關(guān)器13和第二解相關(guān)器(14)的輸出端通過第一相移參量除法器D11和第二相移參量除法器D12，以消除載波相位偏移a1k和a2k所帶來的基帶信號幅度損失。由DOA檢測算法提供的計算結(jié)果給出第一相移參量除法器控制信號C11和第二相移參量除法器控制信號C12接所述第一相移參量除法器D11和第二相移參量除法器D12的兩個輸入端。所述第一相移參量除法器D11和第二相移參量除法器D12的輸出端接2陣元收信輸出信號第一加法器M13，輸出信號為Zk。利用搜索的角度參量

對Zk表達(dá)式中的來波方向θ在0～360°的范圍內(nèi)進(jìn)行搜索，當(dāng)某一搜索角度參量

值使得Zk取得最大值時，則可判定用戶的來波方向
為了完成DOA基帶檢測，智能天線一般由8個天線陣元組成，即所述智能天線中置序列基帶DOA檢測裝置包括第一天線陣元AE11、第二天線陣元AE12、……、第八天線陣元AE18，第一陣元相移參量a1k、第二陣元相移參量a2k、……、第八陣元相移參量a8k，8套相應(yīng)的下變頻乘法器、下變頻低通濾波器及解相關(guān)器、相移參量除法器。所述加法器M13的輸出為8個所述相移參量除法器的輸出數(shù)據(jù)j1k、j2k、……、j8k之和。
當(dāng)有K個用戶的信號到達(dá)智能天線時，使用不同用戶的中置序列解相關(guān)即可區(qū)分出不同用戶的信號，即所述智能天線中置序列基帶DOA檢測裝置中包括8×K個解相關(guān)器，8×K個相移參量除法器，K個加法器。各加法器的輸出信號為對應(yīng)用戶的8個相移參量除法器輸出信號之和。對所述8個加法器的輸出信號分別進(jìn)行搜索，即可得到K個用戶的K個來波方向。
除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。也可以以本發(fā)明為基礎(chǔ)實現(xiàn)定向發(fā)送。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種智能天線來波方向基帶檢測裝置，其特征在于在該裝置中，第一天線陣元(AE11)和第二天線陣元(AE12)的輸出端分別通過第一陣元相移參量(a1k)和第二陣元相移參量(a2k)接第一下變頻乘法器(M11)和第二下變頻乘法器(M12)的輸入端，本地相干載波cosωLt送至所述第一下變頻乘法器(M11)和第二下變頻乘法器(M12)的另外兩個輸入端；所述第一下變頻乘法器(M11)和第二下變頻乘法器(M12)的輸出端分別通過第一下變頻濾波器(LPF11)和第二下變頻濾波器(LPF12)接中置序列第一解相關(guān)器(13)和第二解相關(guān)器(14)的輸入端，所述第一解相關(guān)器(13)和第二解相關(guān)器(14)的輸出端分別通過第一相移參量除法器(D11)和第二相移參量除法器(D12)接2陣元收信輸出信號第十三加法器(M13)的輸入端；由提供的計算結(jié)果給出第一除法器控制信號(C11)和第二除法器控制信號(C12)，該兩控制信號分別對應(yīng)接所述第一相移參量除法器(D11)和第二相移參量除法器(D12)的輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述智能天線來波方向基帶檢測裝置，其特征在于所述第一天線陣元(AE11)和第二天線陣元(AE12)擴展為第一天線陣元(AE11)、第二天線陣元(AE12)、……、第八天線陣元(AE18)，所述第一天線陣元(AE11)、第二天線陣元(AE12)、……、第八天線陣元(AE18)的輸出端分別通過第一陣元相移參量(a1k)、第二陣元相移參量(a2k)、……、第八陣元相移參量(a8k)分別接8個下變頻乘法器的輸入端，本地相干載波cosωLt送至所述乘法器的8個輸入端；所述8個乘法器的輸出端分別通過第一下變頻濾波器(LPF11)、第二下變頻濾波器(LPF12)、……、第八下變頻濾波器(LPF18)接8個中置序列解相關(guān)器，所述解相關(guān)器的輸出端通過第一相移參量除法器(D11)、第二相移參量除法器(D12)、……、第八相移參量除法器(D18)接8陣元收信輸出信號加法器(M13)的輸入端；由DOA檢測算法提供的計算結(jié)果給出第一除法器控制信號(C11)、第二除法器控制信號(C12)、……、第八除法器控制信號(C18)，該八控制信號分別對應(yīng)接所述第一相移參量除法器(D11)、第二相移參量除法器(D12)、……、第八相移參量除法器(D18)的8個輸入端，構(gòu)成精度更高的單個用戶來波方向基帶檢測裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的智能天線來波方向基帶檢測裝置，其特征在于單個用戶來波方向基帶檢測裝置能擴展為K個用戶來波方向基帶檢測裝置；所述第一下變頻濾波器(LPF11)、第二下變頻濾波器(LPF12)、……、第八下變頻濾波器(LPF18)的輸出端分別接某用戶k對應(yīng)的8個中置序列接相關(guān)器，即可得到用戶k的信號；所述用戶k的這8個中置序列相關(guān)器的輸出端分別通過該用戶對應(yīng)的第一相移參量除法器(Dk1)、第二相移參量除法器(Dk2)、……、第八相移參量除法器(Dk8)接8陣元收信輸出信號加法器(Mk3)；由DOA檢測算法提供的計算結(jié)果給出該用戶k對應(yīng)的第一除法器控制信號(Ck1)、第二除法器控制信號(Ck2)、……、第八除法器控制信號(Ck8)。該8路控制信號分別對應(yīng)接所述該用戶對應(yīng)的第一相移參量除法器(Dk1)、第二相移參量除法器(Dk2)、……、第八相移參量除法器(Dk8)的8個輸入端。
全文摘要
智能天線來波方向基帶檢測裝置可用于TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)智能天線的DOA檢測，并在其基礎(chǔ)上實現(xiàn)定向發(fā)送。該方法給出圓陣智能天線中置序列接收機原理圖，在其基礎(chǔ)上導(dǎo)出中置序列接收的數(shù)學(xué)處理表達(dá)式，并根據(jù)這些表達(dá)式導(dǎo)出DOA基帶檢測檢測方法和算法。迄今還未見有相關(guān)專利給出TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)所需的DOA基帶檢測方法與裝置。有資料給出一些DOA檢測算法，與本發(fā)明給出的利用中置序列實現(xiàn)DOA基帶檢測的方法相比，本發(fā)明具有算法簡單、易于實現(xiàn)的基本特點，將使設(shè)備可靠性上升、成本下降。
文檔編號H04B17/00GK101635601SQ20091003423
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者傅海陽, 鄭建光, 凡 李, 韓英莎, 范俊峰 申請人:南京郵電大學(xué)