雙極化天線系統(tǒng)doa-bf權(quán)值估計方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用DOA(DirectionofArrival,到達角）估計進行 BF(Beamforming，波束賦形）傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，尤其涉及雙極化天線系統(tǒng)D0A-BF(D0A Beamforming，到達角-波束賦形）權(quán)值估計方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] Beamforming是自適應(yīng)陣列智能天線的一種實現(xiàn)方式，是一種在多個陣元組成的 天線陣列上實現(xiàn)的數(shù)字信號處理技術(shù)。它利用有用信號和干擾信號在D0A等空間信道特性 上的差異，通過對天線陣列設(shè)置適當(dāng)?shù)募訖?quán)值，在空間上隔離有用信號和干擾信號，實現(xiàn)降 低用戶間干擾，提升系統(tǒng)容量的目的。BF技術(shù)已經(jīng)在TD-LTE(TimeDivisionLongTerm Evolution，分時長期演進）、WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess， 即全球微波互聯(lián)接入）、TD_SCDMA(TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultiple Access，時分同步碼分多址）等無線網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]通常有兩大類實現(xiàn)方式：ΜΙΜ0Beamforming(簡稱ΜΙΜ0BF，Multiple-Input Multiple-OutputBeamforming，多輸入多輸出波束賦形）和DOABeamforming(D0A-BF，到 達角-波束賦形）。
[0004]ΜΙΜ0Beamforming技術(shù)是利用信道信息對發(fā)射數(shù)據(jù)進行加權(quán)，形成波束的一種波 束賦形方法。ΜΙΜ0Beamforming技術(shù)又可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種模式。
[0005] 開環(huán)Beamforming技術(shù)利用上行信道信息，對發(fā)射信號進行加權(quán)，不需要接收端 反饋信道信息給發(fā)射端，發(fā)射端通過上行信道自行估計得到。開環(huán)Beamforming技術(shù)對覆 蓋和吞吐量的提升都有比較明顯的效果。但是，由于需要利用上行信號估計下行發(fā)送權(quán)值， 處理時延大，因此適用于低速場景。另外，開環(huán)Beamforming技術(shù)利用了上下行信道的互易 特性，故系統(tǒng)實現(xiàn)時需要對各個收發(fā)通路進行校正。
[0006] 閉環(huán)Beamforming技術(shù)需要終端反饋信道信息如碼本（Codebook)給發(fā)射端，利用 反饋信息對發(fā)射信號進行加權(quán)。同樣由于受反饋時延的影響，閉環(huán)Beamforming技術(shù)也只 在低速場景有較好的性能。另外，由于受反饋精度的影響，閉環(huán)Beamforming技術(shù)總體上比 開環(huán)的性能要略差，但系統(tǒng)實現(xiàn)相對簡單，不需要對天線收發(fā)通道進行校正。
[0007] 根據(jù)業(yè)界情況，目前TDD(Time Division Duplexing,時分雙工）系統(tǒng)采用開 環(huán)Beamforming技術(shù)，而閉環(huán)Beamforming技術(shù)則應(yīng)用于FDD (Frequency Division Duplexing,頻分雙工）系統(tǒng)。
[0008]DOABeamforming(簡稱DOABF)技術(shù)是通過估計信號的到達角（DOA,Direction ofArrival)，利用D0A信息生成發(fā)射權(quán)值，使發(fā)射波束主瓣對準(zhǔn)最佳路徑方向的一種波束 賦形方法。
[0009] DOA BF技術(shù)要求天線陣列間距?。ㄍǔＰ∮谝粋€載波波長），在多徑豐富的場合 分集效果比較差，在非直視徑（NL0S，NonLineofSight)場合，由于D0A估計不準(zhǔn)也會使 性能下降。因此，DOA BF技術(shù)對密集城區(qū)使用效果不是很理想，而對農(nóng)村、郊區(qū)、航空信道等 直視徑占優(yōu)的場合比較有效。DOABF技術(shù)對天線陣元的一致性要求比較高。因此，系統(tǒng)實現(xiàn) 時不僅需要進行收發(fā)通道校正，還需要進行天線校正，而校正不理想時會使系統(tǒng)性能下降。
[0010] 雙極化智能天線由兩組天線組成，與常規(guī)意義上的直線陣列不同，一組天線單元 的所有天線陣子相對普通垂直極化天線單元旋轉(zhuǎn)+45度，另外一組天線單元旋轉(zhuǎn)-45度，這 兩組天線是正交極化的。采用雙極化的陣列天線后，大大減小了天線的尺寸，提高了天線的 可靠性，有效的降低了干擾，由于極化分集的良好獨立性，使得極化天線技術(shù)受到了廣泛的 關(guān)注。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)中對雙極化天線系統(tǒng)進行D0A估計時，不同極化方向的D0A信息是一致 的，但是在將D0A信息應(yīng)用于BF權(quán)值計算時，會出現(xiàn)由于不同極化方向的天線間存在相位 差異，使得不同極化方向的天線做不到同相合并，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種雙極化天線系統(tǒng)D0A-BF權(quán)值估計方法和裝置， 旨在解決現(xiàn)有D0A信息應(yīng)用于BF權(quán)值估計時不能同相合并的現(xiàn)狀。
[0013] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種雙極化天線系統(tǒng)D0A-BF權(quán)值估計方法，
[0014] 所述D0A-BF權(quán)值估計方法包括：
[0015] 獲取上行信道估計值和上行導(dǎo)向矢量；
[0016] 根據(jù)所述上行信道估計值和所述上行導(dǎo)向矢量獲取D0A信息；
[0017] 利用所述D0A信息生成下行發(fā)射權(quán)值。
[0018] 優(yōu)選地，所述上行導(dǎo)向矢量為：
[0020] 其中，Μ為基站接收陣元數(shù)目，對于雙極化天線，Μ為雙極化智能天線的數(shù)量的 1/2,λμL為上行波長，d為實際陣元間距，為入射角的范圍，e[-90° ，90° ]， N為Θ;取值范圍對應(yīng)的個數(shù)，j為虛數(shù)單位，e為自然對數(shù)的底。
[0021] 優(yōu)選地，所述D0A信息為D0A角度。
[0022] 優(yōu)選地，所述D0A角度通過下列表達式獲得：
[0024] 其中，Rxx=HHh，Rxx為矩陣，Η為上行信道估計值，Hh為共軛轉(zhuǎn)置，f(Θ)中，最大 的Θ即為估計的D0A角度 0raal，0raale[-90° ， 90° ]。
[0025] 優(yōu)選地，所述下行發(fā)射權(quán)值為：
[0027]λa為下行波長，d為實際陣元間距；
[0028] 對于雙極化天線，下行發(fā)射權(quán)值擴展成：
[0029] w = [w ( Θ real) e1Φ￥ ( θ real)]
[0030] 其中，θ·]φ表示不同極化方向天線間的初相帶來的差異，θ·]φ =cosC>+jsinC>。
[0031] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明進一步提供一種雙極化天線系統(tǒng)D0A-BF權(quán)值估計裝置， 包括：
[0032] 獲取模塊，用于獲取上行信道估計值和上行導(dǎo)向矢量；
[0033] 計算模塊，用于根據(jù)所述上行信道估計值和所述上行導(dǎo)向矢量獲取D0A信息；
[0034] 生成模塊，用于利用所述D0A信息生成下行發(fā)射權(quán)值。
[0035] 優(yōu)選地，所述上行導(dǎo)向矢量通過計算獲得，所述上行導(dǎo)向矢量的計算公式為：
[0037] 其中，Μ為基站接收陣元數(shù)目，對于雙極化天線，Μ為雙極化智能天線的數(shù)量的 1/2, λμL為上行波長，d為實際陣元間距，為入射角的范圍，e [-90° ，90° ]， N為Θ;取值范圍對應(yīng)的個數(shù)，j為虛數(shù)單位，e為自然對數(shù)的底。
[0038] 優(yōu)選地，所述D0A信息為D0A角度。
[0039] 優(yōu)選地，所述入射角信息通過下列表達式獲得：
[0041] 其中，Rxx =HHh，Η為上行信道估計值，Hh為共軛轉(zhuǎn)置，f(Θ)中，最大的Θ即為估 計的D0A角度 0real，0reale[-90° ， 90。]。
[0042] 優(yōu)選地，所述下行發(fā)射權(quán)值為：
[0044]λDL為下行波長，d為實際陣元間距；
[0045] 對于雙極化天線，下行發(fā)射權(quán)值擴展成：
[0046] w=[w(Θreal)e1 Φ￥ (θreal)]
[0047] 其中，θ·]φ表示不同極化方向天線間的初相帶來的差異，θ·]φ =cosC>+jsinC>。
[0048] 本發(fā)明提供一種雙極化天線系統(tǒng)D0A-BF權(quán)值估計方法，獲取上行信道估計值和 上行導(dǎo)向矢量；根據(jù)所述上行信道估計值和所述上行導(dǎo)向矢量獲取D0A信息；利用所述D0A 信息生成下行發(fā)射權(quán)值，解決了現(xiàn)有D0A信息應(yīng)用于D0A-BF權(quán)值估計時不能同相合并的現(xiàn) 狀，有效提升系統(tǒng)性能。
【附圖說明】
[0049] 圖1為本發(fā)明雙極化天線系統(tǒng)D0A-BF權(quán)值估計方法一實施例的流程示意圖；
[0050] 圖2為本發(fā)明雙極化天線系統(tǒng)D0A-BF權(quán)值估計的功能模塊框圖。
[0051] 本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。
【具體實施方式】
[0052] 應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0053]本發(fā)明提供一種雙極化天線系統(tǒng)D0A-BF權(quán)值估計方法，如圖1所示，在第一實施 例中，所述雙極化天線系統(tǒng)DOA-BF權(quán)值估計方法包括：
[0054] 步驟S100、獲取上行信道估計值和上行導(dǎo)向矢量。
[0055] D0A-BF權(quán)值估計裝置根據(jù)雙極化智能天線的數(shù)量獲取上行信道估計值，雙極化智 能天線的數(shù)量與上行信道估計值的維度值對應(yīng)，如果基站端的雙極化智能天線的數(shù)量為8 根，那么上行信道估計值Η為8*1維度。
[0056] 上行導(dǎo)向矢量通過計算獲得，所述上行導(dǎo)向矢量的計算，如公式（1)所示：
[0058] 其中，Μ為基站接收陣元數(shù)目，對于雙極化天線，Μ為雙極化智能天線的數(shù)量的 1/2,兩組極化方向天線的導(dǎo)向矢量一致。λι為上行波長，d為實際陣元間距，為入射 角的范圍，Θie[-90° ， 90° ]，N為Θ1取值范圍對應(yīng)的個數(shù)，j為虛數(shù)單位，e為 自然對數(shù)的底。
[0059] 假設(shè)基站端的雙極化智能天線的數(shù)量為8根，那么在公式（1)中，Μ= 4,