CN100388657C - 一种固定多波束智能天线的联合时空多径搜索方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定多波束智能天线的联合时空多径搜索方法与装置，包括将接收的射频信号转换为待处理的基带采样信号；对基带采样信号中编号为奇数或者偶数的波束进行波束形成，生成波束信号；对各奇数编号或者偶数编号波束信号进行延时功率谱处理，分别产生对应每个波束的延时功率谱；将所有奇数编号或者偶数编号的波束上获得的能量按照对应相位相加获得各相位对应总能量；对各个相位对应的能量，进行多径位置判决，获得并且输出各个多径的相位信息；进行多波束判决，根据各个多径的相位信息以及不同波束对应相位的能量，确定多径所在波束编号；输出多径所在波束编号以及相位信息。本发明相对原始系统共节约了N/2个多径搜索器，节约了系统成本。

Description

一种固定多波束智能天线的联合时空多径搜索方法与装置

技术领域

本发明涉及一种CDMA系统的基带接收方法与装置，特别是一种固定多波束智能天线的联合时空多径搜索方法与装置。

背景技术

无线通讯系统用户设备与基站之间的信号是通过无线信道传播的。由于无线信道相对有线信道，性质较为恶劣，存在衰落、多径等诸多干扰，所以无线通讯系统的无线信号接收处理方法一直是直接影响系统性能的一个决定因素。

CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)系统作为一种无线通讯系统，具有无线通讯系统的以上特征。并且，由于其本身在同一个时间和同一个频点具有多个用户发射信号的特点，所以这种系统还具有自干扰，即不同用户相互干扰，多址干扰(MAI，Multiple AccessInterference)的特点，其无线信号的接收更加困难。但是由于这种系统具有系统容量大、频谱利用率高、对背景噪声良好的抑制以及保密性好等特点，其逐渐成为无线通讯的主流技术之一。

为了达到CDMA系统无线信号的良好接收效果，从而增加系统的容量，在传统上采用了时间分集、天线分集等技术。这些技术的采用在一定程度上取得了良好的效果，但是技术的发展以及实际应用对于系统无线信号的接收提出了更高的要求。近年来，多用户检测(MUD，MultiUserDetection)技术、自适应均衡技术以及智能天线(Smart Antenna)技术的发展，为进一步提高CDMA系统对于无线信号的接收性能提供了可能。

其中，智能天线技术来源于军事技术中的阵列天线(Array Antenna)技术，属于一种通过空间信息区别不同用户的空间分集方法。由于无线通讯系统属于大用户量的、饱和性的无线系统，如何将以往在阵列天线技术发展中取得的结果在无线通讯中加以运用是工程师面临的一个问题。一个典型的智能天线系统可以分为三个大的部分：信号接收单元、波束形成单元以及权值确定单元，如图1所示。

信号接收单元(10)依次包括：天线阵列(由天线阵元1011-101N构成)以及各个天线阵元对应的射频通道(1021-102N)。多个天线阵元按照一定的几何关系构成天线阵列，分别独立进行接收空中无线信号的工作。为了保证这些信号可以用于后面的处理，要求它们具有相关性，如此各个相邻阵元之间的距离一般为接收射频信号波长的一半左右。各个射频通道与天线阵元相对应，完成对于天线阵元输出的信号的放大与解调功能。信号接收单元输入为空中的无线信号，输出为具有相关关系的解调后的复信号(x₁-x_N)。

波束形成单元(11)依次包括：复数乘法器组(由复数乘法器1111-111N组成)以及复数加法器(112)。复数乘法器组中的复数乘法器(111i，i＝1，2，……，N)完成输入的解调后的信号与通过权值确定单元得到的对应权值(ω_i)之间的乘法运算，输出信号进入复数加法器。复数加法器进行各个复数乘法器输出结构的求和工作，输出为波束形成的输出信号r。同时，r作为整个智能天线系统的输出，提供给无线信号接收系统进行后期处理。

权值确定单元(12)完成确定波束形成单元中各个复数乘法器对应权值(ω_i)的功能。权值确定单元输入为信号接收单元各个射频通道的输出(x₁-x_N)和波束形成单元的输出r，输出为完成波束形成单元中各个复数乘法器对应权值(ω_i)。这个单元是智能天线系统的核心部分，其输出权值的质量直接影响整个智能天线系统输出信号r的质量。

智能天线系统从待处理信号的中心频率上可以分为两个大类：中频智能天线系统和基带智能天线系统。

中频智能天线系统中信号接收单元各个射频通道的输出和波束形成单元的输出r的中心频率为中频信号。其处理方法是不区分用户。采用这种类型的智能天线系统可以形成“智能小区”(Smart Cell)，通过调节小区的覆盖区域来提高系统的接收质量。

基带智能天线系统中信号接收单元各个射频通道的输出(x₁-x_N)和波束形成单元的输出r的中心频率为基带信号。其处理方法是可以区别或者不区分用户，但是一般采用区别用户的处理方法。采用这种类型的智能天线系统可以对于不同的用户形成对应的接收波束，获得更加良好的接收性能。

CDMA系统在同一个时刻、同一个频点存在多个不同用户同时发射信号。所以采用不区别用户的中频型智能天线系统，取得的接收效果不佳。而采用区别用户的基带型智能天线系统，获得的接收效果一般优于中频型智能天线系统。所以，对于CDMA系统，一般采用基带型智能天线系统提高接收质量。

基带型智能天线系统从确定权值的方法上可以分为三个大类：开关波束(Switch Beamed)型智能天线系统、到达方向角(DOA，DirectionOf Arrived)型智能天线系统以及自适应(Adaptive)型智能天线系统。

开关波束型智能天线系统在使用前，首先需要将小区划分为若干波束区域并且保存各个波束对应的权值。在工作时，这种类型的智能天线系统针对用户信号判断用户属于哪个确定的波束，利用对应权值对该用户进行波束形成，得到输出信号。典型的开关波束型智能天线系统的权值确定单元可以分为三个模块：波束信号质量指标计算模块、波束判决模块以及权值查找模块，如图2所示。波束信号质量指标计算模块完成对各个确定的波束内信号质量指标的结算，输出对应波束的信号质量指标(V₁，V₂，......，V_M)；波束判决模块通过这些信号质量指标，判决对应用户位于哪个波束内，输出该波束对应标号(Index)；权值查找模块实际一般用查找表或者数据库实现，完成对应波束标号的计算权值的获得，输出为波束形成单元对应的权值(ω₁，ω₂，……，ω_N)。一个典型的理想波束形状以及波束之间的关系如图3所示。点O(30)为基站位置。两个确定的波束区域I(311)与波束区域II(312)，它们之间具有部分共同覆盖的区域(III)。对于这样的波束图样，不同位置的、到达基站天线阵列信号强度相同的用户信号的系统处理增益是不同的。位于波束中心线的用户，即对应图中A位置(321)，处理增益最大；而位于两个波束交接点与基站连线上的用户，即对应图中B位置(321)，处理增益则最小。开关波束型智能天线系统是传统多扇区空间分集的一种推广，具有性能可靠、结构简单和实现代价低等优点。但是，由于一般实现的波束覆盖角度都较大，这种系统的处理增益有限。并且，这类系统仅仅能够提供用户信号的幅度增益，无法提供相角校正。

到达方向角型智能天线系统中，首先利用各个天线阵元之间接收信号之间的相关性关系，提取用户信号的到达角度信息，再利用角度信息构造输出为波束形成单元对应的权值(ω₁，ω₂，……，ω_N)。这类智能天线系统是目前学术研究的热点之一，具有相对较小的波束覆盖角度以及相应的较大信号处理增益。但是，由于这类方法一般计算相对复杂，一般都需要进行矩阵运算，所以系统相对结构复杂、实现成本较高。

自适应(Adaptive)型智能天线系统，采用了自适应学习方法的思想。基于一定准则，在依靠当前输入信号以及理想信号的偏差获得的优化方向上，逐次改变系统当前的权值(ω₁，ω₂，……，ω_N)，使得系统不断优化，处理增益不断提高。这种类型的系统的波束形成是逐渐优化的，可能形成中心对准用户并且覆盖角度较小的波束。而且对于信号的角度这种方法也可以校正。并且，该方法本身可能带来形成的波束的零陷(接收信号增益为0，即该方向信号被完全抑制)对准最强干扰的附加效果。所以，这种类型的智能天线系统信号的处理效果最好，增益最大。但是，由于这种处理方法可能需要矩阵运算(与选取的准则有关)，运算量相对较大，并且这种运算量会随着系统中采用的阵元数目的增加而急剧增大。而且，这种方法的收敛速度也会降低，并且这种运算量会随着系统中采用的阵元数目的增加而急剧降低。这样带来系统结构相对复杂，以及实现成本较高的缺点。

实际上，无论那种类型的基带型智能天线系统，都是利用各个天线阵元接收信号之间既不完全相同又具有一定相关性的特点，通过信号处理方法提取信号空间信息(明显的或者隐含的)，并且对各个接收的信号加以校正合并，以达到所需的信号增益的目的。

在移动通信中存在多径传输的现象，即信号从发射机发射经过多条传输路径到达接收机。每条径有不同的传输延时，不同的衰落及不同的相位，其多路接收信号混合到达接收机时可造成多径衰落现象。多径的情况如图4所示，图中横向为时间方向，各个峰值(401-406)表示多径出现的时间以及强度。其中，各个多径的峰值位置(相对图中的时间)是十分容易识别的。

在实际的CDMA系统中，由于码的长度、码的非理想性、系统的非完全同步以及噪声等因素的综合影响，实际系统的多径情况如图4所示。图中横向为时间方向，各个理想峰值(401-406)表示多径出现的时间以及强度。而实际中获得的能量随时间变化情况为图5所示。对于图5的情况，多径峰值位置则难以分辨。特别是，对于能量较小的404、406两个峰值，则几乎不可以辨别。而对于一些噪声能量较高的位置，则可能错误地判决出存在多径。

由于CDMA系统属于信号相关性要求很高的系统，所以其对基站和用户设备(UE)之间的同步性要求很高。当基站发射信号帧头位置和用户设备(UE)接收信号的帧头位置相差1个码片以上时，用户设备则会得到的只是噪声信号，而非期望信息。在码分多址(CDMA)系统中一般采用RAKE接收机技术，对时间间隔大于一个码片的多径进行时间分集以及合并，获得更好的接收性能。

一般CDMA系统接收机结构如图3所示。

无线信号经过天线61、射频通道62、成形滤波单元63以及下变频单元64的处理得到基带输出信号，输入RAKE接收机65；RAKE接收机65将基带信号处理为符号级信号，输出给译码单元66；而译码单元66最终将符号级信号处理为具有实际物理意义的比特数据，输出给以后的单元处理。

RAKE接收机65是CDMA系统特有的信号处理结构，它可以利用多径信息获得更大的处理增益。多径搜索单元650完成基带信号中各个多径相对时间位置的确定功能，其获得的多径峰值位置(相位)信息输出到多径分配单元651。多径分配单元完成对各个解扩解扰单元6521-652N的初始解调位置分配功能，输出为到各个解扩解扰单元的多径分配命令。各个解扩解扰单元6521-652N完成在确定起始时间位置对基带信号进行解调(解扩解扰)的功能，其输出符号级信号到其对应的多径跟踪单元6531-653N以及自动频率控制单元6541-654N。多径跟踪单元6531-653N完成对相应解扩解扰位置的精细调节功能，输出跟踪控制命令到相应解扩解扰单元。自动频率控制单元6541-654N、信道估计单元6551-655N以及信道补偿单元6561-656N依次连接，共同完成对信号的补偿和校正，其最后输出符号级信号至多径合并单元657。多径合并单元657完成各个多径经补偿信号的合并功能，其输出作为RAKE接收机的输出到后级单元进行处理。

对于系统同步获得方法而言，一般系统采用两级同步：多径搜索以及多径跟踪。多径搜索可获得多径的范围大，但是捕获时间长而且时间精度相对较差；多径跟踪处理迅速而且时间精度高，但是其作用时间范围小。一般系统利用多径搜索获得多径峰值的粗略位置，利用多径跟踪调节多径相位的精度并且克服一个多径搜索周期内多径峰值可能的移动。可以说，多径搜索是一种在大的时间范围内获得多径基本位置的粗同步技术。

多径搜索单元的一般结构如图7所示。基带信号经解扩解扰单元/单元组71处理后，得到延时功率谱(对应不同时间位置的解扩解扰输出能量)输出到各相位平滑单元72。各相位平滑单元72完成各个对应相位的平滑功能，达到抑制噪声的作用，其输出至峰值滤波器73。峰值滤波器73检测出输入延时功率谱的峰值的位置以及对应能量，输出至门限判决单元/单元组74。门限判决单元/单元组74，判决对应峰值是否为信号的多径位置，如果为多径位置则输出其相位信息，可能门限判决单元/单元组还需要向解扩解扰单元/单元组71发送控制信号。多径搜索单元中，各相位平滑单元72、峰值滤波器73以及门限判决单元/单元组74的处理速度是符号级(或者更慢的速度级别)的，可以称为后端处理部分；相应解扩解扰单元/单元组71处理速度较快，可称为前端处理部分。

前端处理部分按照结构一般又有两种体系结构：滑动相关器/相关器组和匹配滤波器。其结构分别如图8和图9所示。

图8中，滑动相关器由相关器81、累加清零单元82以及本地PN码生成器83组成。

图9中，匹配滤波器是基带信号通过延时链91的不同抽头，与带有扰码的相关器组92进行相关处理；所有结果相加器93进行加法之后，得到所需的延时功率谱。

不同结构的前端处理部分的结构决定在一个时间位置上获得功率的时间的长短。

在得到延时功率谱之后，进行后端处理，包括各相位平滑单元72、峰值滤波器73以及门限判决单元/单元组74。

各相位平滑单元72主要作用是：抑制普遍存在的噪声对多径判决的影响，并且对突发的大的噪声具有限制作用。一般系统中，该部分采用线性滤波器(FIR：有限冲击响应滤波器，或者IIR：无限冲击响应滤波器)。最常用的是一阶IIR滤波器，其结构如图10所示。本部分的输出由输入与滤波器系数α的乘积(用乘法器101完成)以及输出经过延时(由延时寄存器103完成)与系数1-α(用乘法器102完成)的和(由加法器74进行运算)。该部分的参数为滤波器系数α，所以这部分也成为α滤波器。系数α较大，则系统稳定，虚警概率较低，但是相应对于出现的多径的捕获时间也长；系数α较小，则系统灵敏，相应对于出现的多径的捕获时间也短，但是虚警概率也相应较高，容易出现误判。

峰值滤波器63主要是不加区别地搜索出延时能量谱中存在峰值的位置以及峰值的能量。一般系统中，这部分是利用峰值位置的两侧导数符号不同进行判决的，其结构如图11所示。延时功率谱经过并串转换单元111输出的当前能量以及前一个能量的相位。其输出能量经过逻辑判决(由延时单元1121和1122、差分计算单元1131和1132、符号比较单元1141和1142以及与门115组成)，输出是否是峰值的判决。相位、能量输出单元116在判决成立时，输出对应的峰值相位和峰值能量。

门限判决单元/单元组64最终判决搜索的峰值是否为多径位置。一种最简单的门限判决单元如图12所示，其功能为当峰值能量大于某一个事先设定的阈值T时则认为该峰值为多径位置。门限判决单元由门限判决121和相位、能量输出单元122两个部分组成。事先规定的阈值T的大小决定着判决的可靠性。T较大，则虚警概率较小，但是漏检概率也较大；T较大，则漏检概率较小，但是虚警概率也较大。

由于多径搜索是专用信道解调同步的基础，其性能好坏直接影响接收机系统的总体性能。虚警会给RAKE接收机的多径合并带来不必要的噪声，并且浪费解扩解扰单元的资源；漏检则会降低系统分集增益的效果，系统性能变坏。

在智能天线系统的多径搜索器中，由于存在多个波束的空间分离，需要对各个波束中是否存在多径进行搜索。相对于传统系统多径搜索器，可以应用于智能天线的多径搜索器，在实现成本方面会有很大提高。一种可以实现的方案是，在每个形成后的波束上都进行多径搜索，取能量较高的多径(包含时延以及波束信息)作为多径搜索的输出。

从以上说明中可以发现这种方案的成本是很高的。假设在系统设计时确定整个小区中有N个波束，则为了对这种智能天线系统进行多径搜索，需要N倍的传统系统的多径搜索的成本。这样为了考虑系统的性能价格比，必然会约束小区中波束的个数。如此每个波束的宽度会增大，智能天线的增益会减少。

发明内容

本发明的目的是提供一种固定多波束智能天线的联合时空多径搜索方法与装置，通过改变多径搜索部分的结构，减少智能天线系统的多径搜索器的数目。这样，或者可以在不改变系统总体成本的前提下，增加小区内的波束数目，提高系统的接收增益；或者可以在小区中波束数目不变的前提下，降低系统成本。也可以综合考虑以上因素，获得性能价格比更好的智能天线系统。本发明的基本思想是只对相隔波束(比如奇数或者偶数波束)进行多径搜索处理。

本发明的一个方面，提供了一种固定多波束智能天线的联合时空多径搜索方法，包括以下步骤：

步骤1)将接收的射频信号转换为待处理的基带采样信号；

步骤2)对基带采样信号中编号为奇数或者偶数的波束进行波束形成，生成波束信号；

步骤3)对各奇数或者偶数编号波束信号进行延时功率谱处理，分别产生对应每个波束的延时功率谱；

步骤4)将所有奇数或者偶数编号的波束上获得的能量按照对应相位相加获得各相位对应总能量；

步骤5)对步骤4获得的各个相位对应的能量，进行多径位置判决，获得并且输出各个多径的相位信息；

步骤6)进行多波束判决，根据在步骤5获得的各个多径的相位信息以及在步骤3获得的不同波束对应相位的能量，确定多径所在波束编号；

步骤7)输出多径所在波束编号以及相位信息。

其中，所述的步骤1包括：

步骤1.1：通过天线阵列的阵元及其相应天馈系统接收无线信号，输出射频信号；

步骤1.2：利用各个对应的射频通道对得到的射频信号进行处理，包括功率放大、通道校正、解调、匹配滤波以及A/D采样，输出待处理的基带信号，阵元i对应信号为x_i；

其中，在所述的步骤2中，按下式进行波束形成：

y_j＝ω_j1·x₁+ω_j2·x₂+……+ω_jN·x_N

其中，y_j为第j个波束对应的信号，x_i为第i个天线对应的信号，ω_ji为编号为j的波束对应的i个天线的权值，从而，获得波束1，3，...jl或者2，4，...jl，其中jl为奇数或者偶数，且不大于M。

其中，所述步骤3包括以下步骤：

步骤3.1：对步骤2获得的各个采样相位对应的I、Q两路数据，进行后端的相关累加，获得各个采样相位信号累加结果；

步骤3.2：对步骤3.1获得的各个采样相位信号累加结果，进行I路与Q路信号的平方运算，将两个结果求和得到对应各个采样相位的能量；

步骤3.3：对于步骤3.2获得的各个采样相位的能量进行后端的非相关累加，获得各个采样相位能量累加结果；

步骤3.4：对于步骤3.3中获得的各个采样相位能量累加结果，分别按照采样点对应准则进行低通滤波，获得各个采样相位对应的滤波后的能量。

其中，在所述步骤4中，按照下式获得相位对应总能量：

P_k＝P_1k+P_3k+......+P_jk

其中，P_k为第k个采样点对应的能量，P_jk为第j个波束第k个采样点对应的能量。

其中，所述在步骤6中，对于每一个相位t(t·{t₁，t₂，……，t_P})，进行如下判决：

如果(相位t对应总能量P_t)＞(某个编号为奇数或者偶数j的波束对应相位能量P_jt)×(阈值Tb)，则判决相位t对应多径位于波束j内；

否则，寻找对应波束中能量最强以及次强的波束分别为j和j+2或者j-2，则判决相位t对应多径位于波j+1或或j-1内。

本发明的另一方面，提供了一种固定多波束智能天线的联合时空多径搜索装置，包括：

多个波束形成模块(1711-171jl)，对基带信号中编号为奇数或者偶数的波束进行波束形成，生成波束信号并分别送入相对应的波束延时功率谱计算模块；

多个波束延时功率谱计算模块(1721-17jl)，对送入的各奇数或者偶数编号波束信号进行延时功率谱处理，分别产生对应每个波束的延时功率谱，并送入波束总延时功率谱计算模块；

一个波束总延时功率谱计算模块(173)，对送入的所有延时功率谱进行波束总延时功率谱计算，获得总延时功率谱；

一个多径相位判决模块(174)，根据波束总延时功率谱判决多径所在相位；

一个多径波束判决模块(175)；根据多径相位判决模块(174)送入的多径相位信息以及多个波束延时功率谱计算模块(1721-172jl)送入的各个对应奇数或者偶数编号波束信号的延时功率谱判决多径所在波束信息。

上述装置还包括一个信号接收单元，用于接收射频信号，将收到的射频信号转换为待处理的基带信号。

其中，所述的信号接收单元包括多个射频通道，分别与对应的多个波束形成模块相连接。

附图说明

图1是一般智能天线结构图；

图2是开关波束智能天线权值确定模块结构图；

图3示出了开关波束的天线方向图以及不同到达角度用户信号质量情况；

图4示出了无线信道中的多径现象；

图5示出了实际中的多径情况；

图6是CDMA系统接收机结构图；

图7是多径搜索单元结构图；

图8是滑动相关器结构图；

图9是匹配滤波器结构图；

图10是一阶IIR滤波器结构图；

图11是峰值滤波器结构图；

图12是绝对单门限判决单元结构图；

图13是典型的智能天线的信号到达方向示意图；

图14示出了各波束对应多径的信号强度；

图15示出了小区波束划分；

图16是本发明方法的流程图；

图17是本发明装置结构图；

图18是显示对应于奇数波束的延时功率谱计算的流程图；

图19是显示图16中多径波束判决步骤的具体处理过程的流程图。

具体实施方式

首先，考察一个典型的智能天线的信号到达方向示意图，如图13所示。图中，O为基站位置，A、B分别为某一用户两条径的到达方向。需要接收用户信号的空间被分为131-133三个波束。为了保证小区在各个接收信号角度的一致性，波束之间存在着交叠的区域。

对应三个波束，多径信号A和B的接收强度分别如图14所示。图中，141-143对应A多径在三个波束中的信号强度；同样，144-146对应B多径在三个波束中的信号强度。由于波束之间存在交叠，所以多径在三个波束中均存在一定的能量。在实际系统中，由于波束旁瓣的存在已经多径信号的角度扩散，每条多径信号在各个确定的波束中都存在一定强度的表现的趋势更加明显。

观察图13和图14不难发现，由于波束131和133的交叠，所以多径B的信号在131和133上均有很强的体现。这种信号的能量与其在132上的信息存在一定的重复，用131以及133上对应信号的强度以及他们的比例，就可以判断132中存在更好的对应相位的信号。利用这种交叠带来的冗余性，这是本发明方法的基本思想。

以下讨论针对如图15的小区波束划分形式，其中小区被划分为7个(实际中可以为其他值)被编号的波束(151-157，对应编号1-7)。波束的编号原则为：从小区边沿开始，按照波束位置依次编号。设系统中天线阵元数为N个，小区内共形成M个波束。编号为j的波束的对应权值为ω_j1，ω_j2，…，ω_jN。

参见图16所示的本发明方法的流程图，本发明方法包括：

步骤1)各天线阵元射频处理：无线信号接收，以及将射频信号转换为待处理的基带采样信号，包括：

步骤1.1：通过天线阵列的阵元及其相应天馈系统接收无线信号，输出射频信号；

步骤1.2：利用各个对应的射频通道对得到的射频信号进行处理，包括功率放大、通道校正、解调、匹配滤波以及A/D采样，输出待处理的基带信号，阵元i对应信号为x_i；

步骤2)各奇数或者偶数编号波束成形：对基带采样信号中编号为奇数或者偶数的波束进行波束形成，对应具体的波束j(j为奇数或者偶数)的方法为：

y_j＝ω_j1·x₁+ω_j2·x₂+……+ω_jN·x_N

其中，y_j为第j个波束对应的信号，x_i为第i个天线对应的信号，ω_ji为编号为j的波束对应的i个天线的权值，从而获得波束1，3，...jl，或者2，4，...jl，jl为奇数或者偶数，且不大于M。

步骤3)各奇数或者偶数编号波束信号延时功率谱处理：参见图18，分别对应每个波束生产延时功率谱：

步骤3.1：对步骤2获得的各个采样相位对应的I、Q两路数据，进行后端(后端处理包括相关累加、能量求取、非相关累加、低通滤波)的相关累加(可选择累加或者不累加)，获得各个采样相位信号累加结果；

步骤3.2：对步骤3.1获得的各个采样相位信号累加结果，进行I路与Q路信号的平方运算，将两个结果求和得到对应各个采样相位的能量；

步骤3.3：对于步骤3.2获得的各个采样相位的能量进行后端的非相关累加(可选择累加或者不累加)，获得各个采样相位能量累加结果；

步骤3.4：对于步骤3.3中获得的各个采样相位能量累加结果，分别按照采样点对应准则进行低通滤波，获得各个采样相位对应的滤波后的能量；

设对应编号为j的波束，第k个相位的能量为P_jk；

步骤4)各相位总能量计算：将所有奇数编号或者偶数编号的波束上获得的能量按照对应相位相加获得各相位对应总能量：

P_k＝P_1k+P_3k+......+P_jk

其中，P_k为第k个采样点对应能量，P_jk为第j个波束第k个采样点对应的能量；

步骤5)多径相位判决：对于步骤4获得的各个采样相位对应的能量，进行多径位置判决，获得并且输出各个多径的相位信息(t₁，t₂，……，t_P，P可以为由系统规模决定的确定值，也可以为按照多径情况获得的变量)。

步骤6)多径波束判决：参见图19，根据在步骤5获得的各个多径的相位信息(t₁，t₂，......，t_P)以及(步骤3获得的)不同波束对应相位的能量P_jk，确定多径所在波束编号。对于每一个相位t(t·{t₁，t₂，……，t_P})，进行如下判决：

如果(从步骤4得到的)(相位t对应总能量P_t)＞(某个编号为奇数或者偶数j的波束对应相位能量P_jt)×(阈值Tb(由仿真确定))，则判决相位t对应多径位于波束j内；

否则，寻找对应波束中能量最强以及次强的波束(根据性质，两者一定相邻)分别为j和j+2者j-2，则判决相位t对应多径位于波束j+1或者j-1内；

步骤7)输出多径所在波束编号以及相位信息。

本发明装置结构如图17所示。

波束形成模块(1711-171jl)完成各个对应奇数或者偶数编号波束的信号计算(对应步骤2)。

波束延时功率谱计算模块(1721-172jl)完成对应奇数或者偶数编号波束信号的延时功率谱计算(对应步骤3)。

波束总延时功率谱计算模块(173)完成波束总延时功率谱计算(对应步骤4)。

多径相位判决模块(174)根据波束总延时功率谱判决多径所在相位(对应步骤5)。

多径波束判决模块(175)根据多径相位信息以及各个对应奇数或者偶数编号波束信号的延时功率谱判决多径所在波束信息。

由于本发明只对奇数或者偶数波束进行多径搜索处理，因此相对原始系统总共节约了N/2个多径搜索器，节省了系统成本。

通过改变多径搜索部分的结构，减少智能天线系统的多径搜索器的数目。这样，或者可以在不改变系统总体成本的前提下，增加小区内的波束数目，提高系统的接收增益；或者可以在小区中波束数目不变的前提下，降低系统成本。也可以综合考虑以上因素，获得性能价格比更好的智能天线系统。

Claims (7)

1.一种固定多波束智能天线的联合时空多径搜索方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1)将接收的射频信号转换为待处理的基带采样信号；

步骤2)对基带采样信号中编号为奇数或者偶数的波束进行波束形成，生成波束信号；

步骤3)对各奇数编号或者偶数编号波束信号进行延时功率谱处理，分别产生对应每个波束的延时功率谱；

步骤4)将所有奇数编号或者偶数编号的波束上获得的能量按照对应相位相加获得各相位对应总能量；

步骤5)对步骤4获得的各个相位对应的能量，进行多径位置判决，获得并且输出各个多径的相位信息；

步骤6)进行多波束判决，根据在步骤5获得的各个多径的相位信息以及在步骤3获得的不同波束对应相位的能量，确定多径所在波束编号；

步骤7)输出多径所在波束编号以及相位信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的步骤1包括：

步骤1.1：通过天线阵列的阵元及其相应天馈系统接收无线信号，输出射频信号；

步骤1.2：利用各个对应的射频通道对得到的射频信号进行处理，包括功率放大、通道校正、解调、匹配滤波以及A/D采样，输出待处理的基带采样信号，阵元i对应信号为x_i；

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤4中，按照下式获得相位对应总能量：

P_k＝P_1k+P_3k+……+P_jk

其中，P_k为第k个采样点对应能量，P_jk为第j个波束第k个采样点对应能量。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在步骤6中，对于每一个相位t(t·{t₁，t₂，……，t_P})，进行如下判决：

如果(相位t对应总能量P_t)＞(某个编号为奇数或者偶数j的波束对应相位能量P_jt)×(阈值Tb)，则判决相位t对应多径位于波束j内；

否则，寻找对应波束中能量最强以及次强的波束分别为j和j+2或者j-2，则判决相位t对应多径位于波束j+1或j-1内。

5.一种固定多波束智能天线的联合时空多径搜索装置，其特征在于该装置包括：

多个波束形成模块(1711-171j1)，对基带信号中编号为奇数或者偶数的波束进行波束形成，生成波束信号并分别送入相对应的波束延时功率谱计算模块；

多个波束延时功率谱计算模块(1721-172j1)，对送入的各奇数或者偶数编号波束信号进行延时功率谱处理，分别产生对应每个波束的延时功率谱，并送人波束总延时功率谱计算模块；

一个波束总延时功率谱计算模块(173)，对送入的所有延时功率谱进行波束总延时功率谱计算，获得总延时功率谱；

一个多径相位判决模块(174)，根据波束总延时功率谱判决多径所在相位；

一个多径波束判决模块(175)；根据多径相位判决模块(174)送入多径相位信息以及多个波束延时功率谱计算模块(1721-172j1)送入的各个对应奇数或者偶数编号波束信号的延时功率谱判决多径所在波束信息。

6.根据权利要求5所述的装置，还包括一个信号接收单元，用于接收射频信号，将收到的射频信号转换为待处理的基带信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述的信号接收单元包括多个射频通道，分别与对应的多个波束形成模块相连接。

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