CN101499835A - 一种基于双极化阵列天线的下行发射处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种基于双极化阵列天线的下行发射处理方法及装置，为了解决采用传统的波束赋形方法，在无线信道变化较快的场景，性能恶化严重的问题，该方法包括：对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理；不同极化阵列天线组间下行延迟发射赋形处理后的信号，由于将波束赋形与延迟分集进行结合，进而取得了在用户终端接收时，有时间分集的效果，使得采用传统的波束赋形方法，在无线信道变化较快的场景，性能得到提升。

Description

一种基于双极化阵列天线的下行发射处理方法及装置
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种基于双极化阵列天线的下行发射处理方法及装置。
背景技术
传统智能天线阵列根据干扰信号的空间特征，通过各天线单元的加权系数调整将阵列天线方向图的零陷对准干扰用户，这样可以降低来自(射向)干扰用户的信号功率。在小区边缘，由于波束赋形提高了接收端的接收功率，使得小区覆盖的范围得到了扩展。双极化阵列分为两组，如图1所示，一般采用±45°交叉极化阵列，+45°极化天线阵和-45°极化天线阵的信号相关性较弱，若采用传统的波束赋形方法，在无线信道变化较快的场景，性能恶化严重，环境比较复杂的场景收不到有效的效果。
发明内容
为了解决采用传统的波束赋形方法，在无线信道变化较快的场景，性能恶化严重的问题，本发明实施例提供了一种基于双极化阵列天线的下行发射处理方法，双极化阵列天线根据极化阵列分为两组，包括：
对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理；
不同极化阵列天线组间下行延迟发射赋形处理后的信号。同时本发明实施例还提供一种基于双极化阵列天线的下行发射处理装置，双极化阵列天线根据极化阵列分为两组，包括：
赋形处理模块：用于对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理；
延迟发射模块：用于不同极化阵列天线组间下行延迟发射赋形处理模块赋形处理后的信号。由上述本发明提供的具体实施方案可以看出，正是由于将波束赋形与延迟分集进行结合，进而取得了在用户终端接收时，有时间分集的效果，使得采用传统的波束赋形方法，在无线信道变化较快的场景，性能得到提升。
附图说明
图1为现有技术双极化阵列天线结构图；
图2为本发明提供的第一实施例方法流程图；
图3为本发明提供的第一实施例赋形发射示意图；
图4为本发明提供的第一实施例组间延迟发射示意图；
图5为本发明提供的第二实施例装置结构图。
具体实施方式
本发明实施例将波束赋形与延迟分集方法结合，并根据系统时隙结构特点，提出基于双极化天线的下行发射处理方法，该方法的目的在于根据信道的实际情况在同一极化方向阵列内进行波束赋形，在不同极化方向间进行延迟发射，并根据实际信道状况来调整延迟时间，及延迟信号与原信号的功率分配，而且结合双极化天线不同极化方向的特点(不同极化方向信号的相关性与来波方向有关)，可对延迟信号做随机相位旋转处理以得到较稳定的分集效果：
在这里，双极化天线的下行发射处理过程包含两部分内容，对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理，不同极化阵列天线组间下行延迟发射赋形处理后的信号。
本发明提供的第一实施例是一种基于双极化阵列天线的下行发射处理方法，方法流程如图2所示，包括：
步骤10：对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理，作为优选的方案为在在同一极化方向阵列内进行波束赋形，即组内分别进行波束赋形处理。其中步骤10又可具体分为以下步骤：
步骤101：对不同极化方向接收到的上行信号完成实际信道估计及后处理。
对于N+N的双极化阵列天线，两组阵列的后处理后的信道估计结果分别为：
h1＝[h11，h12，…，h1N]T和h2＝[h21，h22，…，h2N]T；其中[h11，h12，…，h1N]表示第一组天线阵列的信道估计矩阵，[h21，h22，…，h2N]表示第二组天线阵列的信道估计矩阵。T表示转置运算。
步骤102：根据两组天线系统的信道估计结果，计算波束赋形系数w，w计算可以采用特征值波束赋形的方法亦可以采用固定波束赋形的方法，设两组天线波束赋形系数分别为：
w1＝[w11，w12，...，w1N]H和w2＝[w21，w22，...，w2N]H；其中[w11，w12，...，w1N]表示第一组天线的赋形系数矢量，[w21，w22，...，w2N]表示第二组天线的赋形系数矢量。其中N表示组内天线数，H表示进行共轭转置运算。
步骤103：将赋形系数w与相应天线发射的信号相乘，对发射信号进行赋形发射，发射方式如图3所示。
对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理，也可以不在不同组内分别进行波束赋形处理，而是对双极化阵列天线整个下行待发射信号进行波束赋形处理，过程类似此处不再赘述。
步骤20：不同极化阵列天线组间下行延迟发射赋形处理后的信号，即组间延迟发射。
不同极化方向采取延迟τD发射的方式，如图4所示，其中步骤20又可具体分为以下步骤：
步骤201：根据已有的信道估计结果，确定信道估计结果的实际长度WR(WR＝tn—t1，其中tn为接收到的最后一条路径的信号的时间，t1为接收到的第一条路径的信号的时间)，如在TD-CDMA系统中一N+N双极化阵列天线信道估计结果的实际长度WR为6chips。
步骤202：根据实际长度WR为6chips，确定延迟发射时延长度τD，作为优选方案，这里要确保满足如下关系，即WR+τD<W，且τD≤WR，W为分配给用户的信道估计窗长。如W＝8chips，根据实际长度WR为6chips，确定延迟发射时延长度τD＝1chip；
或W＝10chips，根据实际长度WR为6chips，确定延迟发射时延长度τD为1chip、2chip或3chip；
或W＝18chips，根据实际长度WR为6chips，确定延迟发射时延长度τD为1chip-6chips任意之一。
以上实施例只是作为优选方案，除了上述优选方案外，如W＝8chips，根据实际长度WR为6chips，确定延迟发射时延长度τD＝2chip，也同样可行，只是考虑到实际实现，无法给信道估计结果留出余量；
如W＝8chips，根据实际长度WR为6chips，确定延迟发射时延长度τD＝3chip，也同样可行，只是这个时候已经出窗，会损失本用户的功率，且很可能会对其他用户造成干扰；
如W＝18chips，根据实际长度WR为6chips，确定延迟发射时延长度τD＝7chip，也同样可行，只是用户实际检测窗长进行了不必要的增加。
步骤203：根据赋形权值调整每组天线的发射功率。本步骤只是优选方案中可选步骤。
两组天线发射功率比来分配功率，其中发射功率
Figure A200810057307D00071
这步处理相当于在两组天线优化功率分配，但不利于分集增益的获取，由于双极化天线间的相关性与来波方向及交叉极化分辨率XPD有关，在相关性较大时，可以获得功率增益。
步骤204：对于延迟发射信号进行随机相位旋转，通过相位旋转改变延迟发射信号波形，等效为改变了信道特性，使得双极化天线间的相关性对延迟发射的分集增益影响不大，随机相位旋转因子为cos(θ)+j*sin(θ)，其中θ为0～2π均匀分布的随机数(或伪随机数)。
本发明实现的方案，将波束赋形与延迟分集进行结合，进而取得了在用户终端接收时，有时间分集的效果，使得采用传统的波束赋形方法，在无线信道变化较快的场景，性能得到提升。
本发明提供的第二实施例是一种基于双极化阵列天线的下行发射处理装置，双极化阵列天线根据极化阵列分为两组，其结构如图5所示，包括：
赋形处理模块30：用于对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理；
延迟发射模块40：用于不同极化阵列天线组间下行延迟发射赋形处理模块30赋形处理后的信号。
进一步，赋形处理模块30还包括：
赋形处理子模块310：用于不同极化阵列天线组分别进行组内波束赋形处理。
进一步，赋形处理子模块310还包括：
赋形系数运算模块3110：用于赋形处理子模块310对不同极化阵列天线组分别进行组内波束赋形处理时，采用特征值波束赋形的方法或采用固定波束赋形的方法计算不同极化阵列天线组组内波束赋形系数。
进一步，延迟发射模块40还包括：
功率调整模块410：用于根据赋形系数运算模块3110计算出的每组天线的赋形系数调整每组天线的发射功率，两组天线发射功率
Figure A200810057307D00081
w1为其中一组天线波束赋形系数，w2为其中另一组天线波束赋形系数。
进一步，延迟发射模块40还包括：
相位旋转模块420：用于对赋形处理子模块310赋形处理后需延迟发射的信号进行随机相位旋转，改变延迟发射信号波形。
进一步，赋形处理模块30还包括：
获取模块320：用于赋形处理模块30对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理时，得到信道估计结果；
延迟发射模块40还包括：
实际长度确定模块430：根据获取模块320得到的信道估计结果，确定信道估计结果的实际长度；
时延长度确定模块440：用于根据实际长度确定模块确定的实际长度确定下行延迟发射的时延长度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。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。

Claims (13)

1、一种基于双极化阵列天线的下行发射处理方法，双极化阵列天线根据极化阵列分为两组，其特征在于，包括：
对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理；
不同极化阵列天线组间下行延迟发射赋形处理后的信号。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理具体为：
对不同极化阵列天线组分别进行组内波束赋形处理。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，对不同极化阵列天线组分别进行组内波束赋形处理时，采用特征值波束赋形的方法或采用固定波束赋形的方法计算不同极化阵列天线组组内波束赋形系数。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据每组天线的赋形系数调整每组天线的发射功率，
Figure A200810057307C00021
w1为其中一组天线波束赋形系数，w2为其中另一组天线波束赋形系数。
5、如权利要求2所述的方法，其特征在于，对赋形处理后需延迟发射的信号进行随机相位旋转，改变延迟发射信号波形。
6、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理时，得到信道估计结果；
确定信道估计结果的实际长度；
根据实际长度确定下行延迟发射的时延长度。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，下行延迟发射的时延长度的取值满足如下关系，WR+τD<W，且τD≤WR，其中WR为实际长度，τD为下行延迟发射的时延长度，W为分配给用户的信道估计窗长。
8、一种基于双极化阵列天线的下行发射处理装置，双极化阵列天线根据极化阵列分为两组，其特征在于，包括：
赋形处理模块：用于对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理；
延迟发射模块：用于不同极化阵列天线组间下行延迟发射赋形处理模块赋形处理后的信号。
9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，赋形处理模块还包括：
赋形处理子模块：用于不同极化阵列天线组分别进行组内波束赋形处理。
10、如权利要求9所述的装置，其特征在于，赋形处理子模块还包括：
赋形系数运算模块：用于赋形处理子模块对不同极化阵列天线组分别进行组内波束赋形处理时，采用特征值波束赋形的方法或采用固定波束赋形的方法计算不同极化阵列天线组组内波束赋形系数。
11、如权利要求10所述的装置，其特征在于，延迟发射模块还包括：
功率调整模块：用于根据赋形系数运算模块计算出的每组天线的赋形系数调整每组天线的发射功率，
Figure A200810057307C00031
w1为其中一组天线波束赋形系数，w2为其中另一组天线波束赋形系数。
12、如权利要求9所述的装置，其特征在于，延迟发射模块还包括：
相位旋转模块：用于对赋形处理子模块赋形处理后需延迟发射的信号进行随机相位旋转，改变延迟发射信号波形。
13、如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，赋形处理模块还包括：
获取模块：用于赋形处理模块对双极化阵列天线下行待发射信号进行波束赋形处理时，得到信道估计结果；
延迟发射模块还包括：
实际长度确定模块：根据获取模块得到的信道估计结果，确定信道估计结果的实际长度；
时延长度确定模块：用于根据实际长度确定模块确定的实际长度确定下行延迟发射的时延长度。
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