CN101783694B - 一种优化广播波束的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化广播波束的方法，包括：根据用户要求的一组指定θ_i上的总接收功率G′(θ_i)，确定极化方向为α的第一组阵子的主波束偏移角ψ_α和极化方向为β的第二组阵子的主波束偏移角ψ_β；根据所述ψ_α，确定与极化方向为α的第一天线阵列所需要的广播波束权值矢量根据所述ψ_β，与极化方向为β的第二天线阵列所需要的广播波束权值矢量

利用所述广播波束权值矢量对广播波束赋形。本发明通过上述方法，可以实现对广播波束路径权值的动态改变，灵活有效地提高了网络边缘的覆盖性能，并且避免了由幅度方面的调整所产生的功率损耗。

Description

一种优化广播波束的方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统中的智能天线技术，特别是涉及智能天线的广播波束的优化方法。

背景技术

智能天线是TD-SCDMA系统的关键技术，双极化智能天线由两种极化方向的天线阵子构成，其中，极化方向相同的天线阵子组成一组天线阵列。

在实际的网络规划中，智能天线广播波束的特性会在很大程度上影响着网络的覆盖范围与性能。一方面，利用与无线环境最佳匹配的广播波束来覆盖小区，必然会提高无线系统的整体性能；另一方面，新型的双极化智能天线的广播波束具有边缘功率下降过快、在3dB带宽内波动较大等缺点，组网时较弱的边缘功率将会导致网络边缘的覆盖存在问题。

可见，只有解决广播波束的上述问题，才能在实际应用中利用双极化智能天线来提高无线系统的整体性能。目前解决上述问题的方法主要有如下两种：

1)直接在生产天线设备时，由厂家更改天线本身的射频指标。由于天线的各种特性相互关联，一处指标的改动必将影响其他的天线特性(如天线单阵子的特性等)，从而引起整体性能的下降，因此，该依靠调整硬件的方法在实际应用中很难提高网络边缘覆盖性能。

2)通过简单地改动天线的广播波束权值。该方法能改善网络边缘的覆盖性能，但是，同时也会导致功率增益下降4-6dB，并且不能根据实际多样的网络部署需要，对广播波束权值进行相应的改动，在实际测试中效果不理想。

由此可见，现有的提高网络边缘的覆盖性能的方法存在可应用性差、缺乏灵活性、产生功率损耗等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种优化广播波束的方法，该方法能有效提高网络边缘的覆盖性能，具有灵活性且不产生功率损耗。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种优化广播波束的方法，包括以下步骤：

a、根据用户要求的一组指定θ_i上的总接收功率G′(θ_i)，确定极化方向为α的第一组阵子的主波束偏移角ψ_α和极化方向为β的第二组阵子的主波束偏移角ψ_β，其中，θ_i为信号入射到天线阵列时相对于阵面法线的夹角，1≤i≤m，i和m均为自然数；

b、根据所述ψ_α，确定与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}；根据所述ψ_β，确定与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}；其中，N为同一极化方向上的阵子数，δ_α为极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量，δ_β为极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量；

c、利用初始广播波束权值矢量

对应的幅度与相位

所述{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}和{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}，确定与极化方向为α的第一天线阵列所需要的广播波束权值矢量

对应的幅度与相位

以及与极化方向为β的第二天线阵列所需要的广播波束权值矢量

对应的幅度与相位

d、利用和

对广播波束赋形。

较佳地，所述步骤a为：

根据接收功率增益的计算公式 $G^{\′}\left(\mathrm{\θ}\right)={\left|\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_0(i-1)e^{-j(i-1)(2\mathrm{\π}d\sin \mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}_0)}\right|}^2/N^2,$ 分别令θ＝θ_i+ψ_α、θ＝θ_i+ψ_β，得到极化方向为α的第一阵子上偏移ψ_α后的接收功率G′(θ_i+ψ_α)和极化方向为β的第二阵子上偏移ψ_β后的接收功率G′(θ_i+ψ_β)，其中，0为信号入射到天线阵列时相对于阵面法线的夹角，d为同一极化方向的阵子间隔，λ₀为电磁波的波长，所述G′(θ_i+ψ_α)和G′(θ_i+ψ_β)分别为ψ_α和ψ_β的函数；

利用G′(θ_i+ψ_α)、G′(θ_i+ψ_β)和总接收功率G′(θ_i)，根据公式G′(θ_i)＝G′(θ_i+ψ_α)+G′(θ_i+ψ_β)，得到一组关于ψ_α和ψ_β的方程组 $\left\{\begin{array}{c}{G}^{\′}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)=G^{\′}({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}})+G^{\′}({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}})\\ \·\·\·\\ G^{\′}\left({\mathrm{\θ}}_m\right)=G^{\′}({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}})+G^{\′}({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}})\end{array}\right.;$

求解所述方程组 $\left\{\begin{array}{c}{G}^{\′}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)=G^{\′}({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}})+G^{\′}({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}})\\ \·\·\·\\ G^{\′}\left({\mathrm{\θ}}_m\right)=G^{\′}({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}})+G^{\′}({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}})\end{array}\right.,$ 得到ψ_α和ψ_β。

较佳地，所述步骤b为：

确定G″(θ，δ)＝|A″(θ，δ)|²/N²取最大值时，δ和θ所满足的函数关系δ＝f(θ)，其中，G″(θ，δ)为在直线阵列的阵子中顺序加入相位偏移0、δ、2δ、3δ…、(N-1)δ后得到的合成阵列的功率函数，A″(θ)为所述合成阵列的阵因子系数，

根据δ＝f(θ)，令θ＝ψ_α，计算出与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量δ_α；

根据δ＝f(θ)，令θ＝ψ_β，计算出与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量δ_β；

根据δ_α，得到与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}；

根据δ_β，得到与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}。

较佳地，所述步骤b为：

根据δ_α＝-2πdsinψ_α/λ₀，计算出与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量δ_α；

根据δ_β＝-2πdsinψ_β/λ₀，计算出与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量δ_β；

根据δ_α，得到与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}；

根据δ_β，得到与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}。

综上所述，本发明首先根据用户的网络覆盖要求，确定出满足所述要求时的两个极化方向α和β上的两组阵子的主波束偏移角ψ_α和ψ_β；然后，确定出需要在各极化方向的天线阵列的阵子中需要加入的具体相位偏移值；接下来，根据所述相位偏移值，确定出与极化方向为α的第一天线阵列所需要的广播波束权值矢量对应的幅度与相位，以及与极化方向为β的第二天线阵列所需要的广播波束权值矢量

对应的幅度与相位；最后，根据确定出的所述幅度与相位对广播波束赋形，得到满足用户要求的赋形波束。可见，本发明可以根据用户的网络覆盖要求，确定当前网络环境下两极化方向上用于对广播波束赋形的广播波束权值矢量

和

从而实现了对广播波束权值的灵活修改，有效地提高了网络边缘的覆盖性能。另外，本发明通过仅对天线阵列的相位进行调整，即可得到满足用户的网络覆盖要求的主波束偏移角ψ_α和ψ_β，避免了由幅度方面的调整所产生的功率损耗。

附图说明

图1为本发明实施例一的流程示意图：

图2～图6为针对不同用户的网络覆盖要求实现的波束仿真图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

由于无线通信的传播环境十分复杂，存在许多散射体，使得电磁波从发送端到达接收端需要经过多次反射与折射。研究发现电磁波经过反射、折射后，一方面极化方向可能发生改变，另一方面，在反射介质边界处不同极化特性电磁波的反射系数也是不同的，这将导致经历多次反射后，信号的幅度与相位会出现差异，不同极化方向上的信号也就变得相互独立。因此，不同极化方向的天线可以利用不同的权值进行波束赋形，通过两组赋形波束的互补协调可以使得整体的广播波束特性最优。

基于此，本发明的主要思想是：根据用户的网络覆盖要求，确定出相应的两个极化方向的阵子的主波束偏移角，然后确定出与所述主波束偏移角对应的优化的广播波束权值，利用优化的广播波束权值对波束赋形，即可得到满足用户要求的赋形波束，从而可以灵活方便地提高网络边缘覆盖性能。

如图1所示，本发明实施例一主要包括：

步骤101、根据用户要求的一组指定θ_i上的总接收功率G′(θ_i)，确定极化方向为α的第一组阵子的主波束偏移角ψ_α和极化方向为β的第二组阵子的主波束偏移角ψ_β，其中，θ_i为信号入射到天线阵列时相对于阵面法线的夹角，1≤i≤m，i和m均为自然数。

这里，通过一组指定θ_i上的总接收功率G′(θ_i)来表示用户的网络覆盖要求，需要说明的是，从用于计算两个极化方向上的总接收功率公式G′(θ_i)＝G′(θ_i+ψ_α)+G′(θ_i+ψ_β)，可以看出用户要求的总接收功率G′(θ_i)与ψ_α和ψ_β的取值有关，因此，通过调节ψ_α和ψ_β的取值即可得到满足用户覆盖要求的智能天线增益方向图。

本步骤中，根据用户的网络覆盖要求，即所述一组指定θ_i上的总接收功率G′(θ_i)，确定出满足所述要求时的两个极化方向α和β上的两组阵子的主波束偏移角ψ_α和ψ_β，具体的确定方法可以为：

根据信号入射到天线阵列时相对于阵面法线的夹角为θ时接收功率增益的计算公式 $G^{\′}\left(\mathrm{\θ}\right)={\left|\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_0(i-1)e^{-j(i-1)\left(2\mathrm{\π}d\sin \mathrm{\θ}{/\mathrm{\λ}}_0\right)}\right|}^2/N^2,$ 分别令θ＝θ_i+ψ_α、θ＝θ_i+ψ_β，得到极化方向为α的第一阵子上偏移ψ_α后的接收功率G′(θ_i+ψ_α)和极化方向为β的第二阵子上偏移ψ_β后的接收功率G′(θ_i+ψ_β)；

其中，d为同一极化方向的阵子间隔，λ₀为电磁波的波长，所述G′(θ_i+ψ_α)和G′(θ_i+ψ_β)分别为ψ_α和ψ_β的函数；

利用G′(θ_i+ψ_α)、G′(θ_i+ψ_β)和总接收功率G′(θ_i)，根据公式G′(θ_i)＝G′(θ_i+ψ_α)+G′(θ_i+ψ_β)，得到一组关于ψ_α和ψ_β的方程组 $\left\{\begin{array}{c}{G}^{\′}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)=G^{\′}({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}})+G^{\′}({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}})\\ \·\·\·\\ G^{\′}\left({\mathrm{\θ}}_m\right)=G^{\′}({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}})+G^{\′}({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}})\end{array}\right.;$

求解方程组 $\left\{\begin{array}{c}{G}^{\′}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)=G^{\′}({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}})+G^{\′}({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}})\\ \·\·\·\\ G^{\′}\left({\mathrm{\θ}}_m\right)=G^{\′}({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}})+G^{\′}({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}})\end{array}\right.,$ 即可得到ψ_α和ψ_β。

步骤102、根据所述ψ_α，确定与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}；根据所述ψ_β，确定与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}；其中，N为同一极化方向上的阵子数，δ_α为极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量，δ_β为极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量。

本步骤用于确定如何通过加权使得两极化方向上的两组阵子的主波束偏移角分别达到ψ_α和ψ_β，为了避免由于幅度方面的调整而产生的功率损耗，这里，将考虑仅通过对相位的调整，使两极化方向上的主波束偏移角分别达到ψ_α和ψ_β。

在对本步骤的具体方法进行详细描述之前，先对所依据的原理说明如下：

信号以相对于阵面法线的夹角为θ的方向入射到直线阵列，在其阵子中顺序加入{0、δ、2δ、3δ…(N-1)δ}的相位偏移后，所得到的合成阵列的阵因子系数为：

相应地，该合成阵列对应的归一化方向图的增益函数(即功率函数)为：G″(θ，δ)＝|A″(θ，δ)|²/N²，该合成阵列的阵因子最大的方向，即该归一化方向图中主波束对应的方向，与该归一化方向图的增益最大值相对应。也就是说，当G″(θ，δ)取最大值时，所对应的θ为合成阵列的主波束相对于阵面法线的夹角。从G″(θ，δ)＝|A″(θ，δ)|²/N²中可以看出，当G″(θ，δ)取最大值时，θ，δ将满足一种关系，该关系可以用函数δ＝f(θ)表示，函数δ＝f(θ)具体形式的确定属于普通的求极值问题，此处不再赘述。

由于初始广播波束权值矢量

对应的主波束的方向为天线阵列的法线方向，对于极化方向α的第一组阵子的偏移角为ψ_α的主波束而言，其相对于阵面法线的夹角为ψ_α，即θ＝ψ_α；对于极化方向β的第二组阵子的的偏移角为ψ_β的主波束而言，其相对于阵面法线的夹角为ψ_β，即θ＝ψ_β。因此，这里可以利用对G″(θ，δ)求最大值时所得到的函数δ＝f(θ)，根据步骤101中得到的ψ_α和ψ_β，分别求出相对应的单位相位偏移量δ_α、δ_β。

基于上述理论分析，步骤102的具体实现方法可以为：

确定G″(θ，δ)＝|A″(θ，δ)|²/N²取最大值时，δ和θ所满足的函数关系δ＝f(θ)，其中，G″(θ，δ)为在直线阵列的阵子中顺序加入相位偏移0、δ、2δ、3δ…、(N-1)δ后得到的合成阵列的功率函数，A″(θ)为所述合成阵列的阵因子系数，

根据δ＝f(θ)，令θ＝ψ_α，计算出与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量δ_α；

根据δ＝f(θ)，令θ＝ψ_β，计算出与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量δ_β；

根据δ_α，得到与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}；

根据δ_β，得到与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}。

上述通过对G″(θ，δ)＝|A″(θ，δ)|²/N²求最大值来获取δ＝f(θ)的过程，在具体实施时比较繁琐，为此，可以利用下述方法对该过程进行简化：

由于在实际应用中，初始广播波束权值矢量

对应的主波束的方向通常为天线阵列的法线方向，因此直线阵列的阵子中顺序加入{0、δ、2δ、3δ…(N-1)δ}的相位偏移后，合成阵列的阵因子系数可以近似简化为：

$A^{\′\′\′}\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{-j\left[(i-1)(2\mathrm{\π}d\sin \mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}_0+\mathrm{\δ})\right]}$ 公式(1)

根据公式(1)，当A″′(θ)最大时，δ+2πdsinθ/λ₀＝0，即δ＝-2πd sinθ/λ₀，因此，根据δ＝-2πd sinθ/λ₀，令θ＝ψ_α，即可计算出与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量δ_α；根据δ_β＝-2πd sinψ_β/λ₀，令θ＝ψ_β，即可计算出与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量δ_β。

通过上述方法，可以确定出使上述两组阵子的主波束偏移角分别达到ψ_α和ψ_β时，在各极化方向的天线阵列的阵子中需要加入的具体相位偏移值，这样，通过相位方面的调整，便可实现利用电调的方式进行广播波束的水平调整，因此，本步骤的实现方法还可以应用于网络优化时对广播波束水平调整的场景。

步骤103、利用初始广播波束权值矢量

对应的幅度与相位所述{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}和{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}，确定与极化方向为α的第一天线阵列所需要的广播波束权值矢量

对应的幅度与相位

以及与极化方向为β的第二天线阵列所需要的广播波束权值矢量

对应的幅度与相位

这里，初始广播权值与天线阵列的法线方向相关，该值是设备出厂时配置的，以构成天线阵列的各阵子的幅度与相位的形式表示，即

其中，A_i为第i个阵子的幅度，

为第i个阵子的相位。

步骤104、利用

和

对广播波束赋形。

这里，具体的波束赋形方法为现有技术，此处不再赘述。

综上所述，本发明优化广播波束的方法可总结为：

首先，根据用户的网络覆盖要求，即所述一组指定θ_i上的总接收功率G′(θ_i)，确定出满足所述要求时的两个极化方向α和β上的两组阵子的主波束偏移角ψ_α和ψ_β；然后，确定出需要在各极化方向的天线阵列的阵子中加入的具体相位偏移值，即{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}和{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}；接下来，利用初始广播波束权值矢量

对应的幅度与相位所述{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}和{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}，确定出与极化方向为α的第一天线阵列所需要的广播波束权值矢量

对应的幅度与相位

以及与极化方向为β的第二天线阵列所需要的广播波束权值矢量

对应的幅度与相位最后，根据所述

和

对广播波束赋形，得到满足用户要求的赋形波束。可见，本发明可以根据用户实际需要，对广播波束路径权值进行实时地改动，具有灵活性。

根据上述技术方案，图2～图5分别给出了针对不同用户的网络覆盖要求实现的波束图。

其中，图2中用户覆盖要求为：θ₁＝60时的总接收功率G′(θ₁)为-10dbm，θ₂＝-60时的总接收功率G′(θ₂)为-9.5dbm；对应的极化方向为α＝-45的第一组阵子的主波束偏移角ψ_α为0；极化方向为β＝45的第二组阵子的主波束偏移角ψ_β为0；曲线201为本发明合成阵列的波束图，曲线202为-45度极化方向的波束图，曲线203为45度极化方向的波束图；

图3中用户覆盖要求为：θ₁＝60时的总接收功率G′(θ₁)为-7.5dbm，θ₂＝-60时的总接收功率G′(θ₂)为-7.5dbm；对应的极化方向为α＝-45的第一组阵子的主波束偏移角ψ_α为-10度；极化方向为β＝45的第二组阵子的主波束偏移角ψ_β为10度；曲线301为本发明合成阵列的波束图，曲线302为-45度极化方向旋转-10度后的波束图，曲线303为45度极化方向旋转10度后的波束图；

图4中用户覆盖要求为：θ₁＝60时的总接收功率G′(θ₁)为-4.6dbm，θ₂＝-60时的总接收功率G′(θ₂)为-5.2dbm；对应的极化方向为α＝-45的第一组阵子的主波束偏移角ψ_α为-20度；极化方向为β＝45的第二组阵子的主波束偏移角ψ_β为20度；曲线401为本发明合成阵列的波束图，曲线402为-45度极化方向旋转-20度后的波束图，曲线403为45度极化方向旋转20度后的波束图；

图5中用户覆盖要求为：θ₁＝60时的总接收功率G′(θ₁)为-2.1dbm，θ₂＝-60时的总接收功率G′(θ₂)为-2.9dbm；对应的极化方向为α＝-45的第一组阵子的主波束偏移角ψ_α为-30度；极化方向为β的第二组阵子的主波束偏移角ψ_β为30度；曲线501为本发明合成阵列的波束图，曲线502为-45度极化方向旋转-30度后的波束图，曲线503为45度极化方向旋转30度后的波束图；

图6中用户覆盖要求为：θ₁＝60时的总接收功率G′(θ₁)为-5.5dbm，θ₂＝-60时的总接收功率G′(θ₂)为-5.5dbm；对应的极化方向为α＝-45的第一组阵子的主波束偏移角ψ_α为-10度；极化方向为β＝45的第二组阵子的主波束偏移角ψ_β为5度；曲线601为本发明合成阵列的波束图，曲线602为-45度极化方向旋转-10度后的波束图，曲线603为45度极化方向旋转5度后的波束图；

从上述仿真结果可以看出，通过波束的合成能得到各种特性的波束图，从而能够更大程度上满足用户的实际覆盖要求。

另外，在实际应用中，本发明中确定如何通过加权使得两极化方向上的两组阵子的主波束偏移角分别达到ψ_α和ψ_β的方法，还可以应用于网络优化时对广播波束水平方向调整的场景，以解决目前无法采用电调的方式而只能由塔工进行广播波束水平调整所带来的费时费工、不安全等问题。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种优化广播波束的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a、根据用户要求的一组指定θ_i上的总接收功率G′(θ_i)，确定极化方向为α的第一组阵子的主波束偏移角ψ_α和极化方向为β的第二组阵子的主波束偏移角ψ_β，其中，θ_i为信号入射到天线阵列时相对于阵面法线的夹角，1≤i≤m，i和m均为自然数；

b、根据所述ψ_α，确定与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}；根据所述ψ_β，确定与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}；其中，N为同一极化方向上的阵子数，δ_α为极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量，δ_β为极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量；

c、利用初始广播波束权值矢量

对应的幅度与相位

所述{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}和{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}，确定与极化方向为α的第一天线阵列所需要的广播波束权值矢量

对应的幅度与相位

以及与极化方向为β的第二天线阵列所需要的广播波束权值矢量

对应的幅度与相位

d、利用

和对广播波束赋形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a为：根据接收功率增益的计算公式 $G^{\′}\left(\mathrm{\θ}\right)={\left|\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_0(i-1)e^{-j(i-1)(2\mathrm{\π}d\sin \mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}_0)}\right|}^2/N^2,$ 分别令θ＝θ_i+ψ_α、θ＝θ_i+ψ_β，得到极化方向为α的第一组阵子上偏移ψ_α后的接收功率G′(θ_i+ψ_α)和极化方向为β的第二组阵子上偏移ψ_β后的接收功率G′(θ_i+ψ_β)，其中，θ为信号入射到天线阵列时相对于阵面法线的夹角，d为同一极化方向的阵子间隔，λ₀为电磁波的波长，所述G′(θ_i+ψ_α)和G′(θ_i+ψ_β)分别为ψ_α和ψ_β的函数；

利用G′(θ_i+ψ_α)、G′(θ_i+ψ_β)和总接收功率G′(θ_i)，根据公式G′(θ_i)＝G′(θ_i+ψ_α)+G′(θ_i+ψ_β)，得到一组关于ψ_α和ψ_β的方程组

$\left\{\begin{array}{c}{G}^{\′}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)=G^{\′}({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}})+G^{\′}({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}})\\ \·\·\·\\ G^{\′}\left({\mathrm{\θ}}_m\right)=G^{\′}({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}})+G^{\′}({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}})\end{array}\right.;$

求解所述方程组 $\left\{\begin{array}{c}{G}^{\′}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)=G^{\′}({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}})+G^{\′}({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}})\\ \·\·\·\\ G^{\′}\left({\mathrm{\θ}}_m\right)=G^{\′}({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}})+G^{\′}({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}})\end{array}\right.,$ 得到ψ_α和ψ_β。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b为：

确定G″(θ，δ)＝|A″(θ，δ)|²/N²取最大值时，δ和θ所满足的函数关系δ＝f(θ)，其中，G″(θ，δ)为在直线阵列的阵子中顺序加入相位偏移0、δ、2δ、3δ…、(N-1)δ后得到的合成阵列的功率函数，A″(θ)为所述合成阵列的阵因子系数，其中，d为同一极化方向的阵子间隔，λ₀为电磁波的波长；

根据δ＝f(θ)，令θ＝ψ_α，计算出与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量δ_α；

根据δ＝f(θ)，令θ＝ψ_β，计算出与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量δ_β；

根据δ_α，得到与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}；

根据δ_β，得到与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b为：

根据δ_α＝-2πdsinψ_α/λ₀，计算出与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量δ_α；

根据δ_β＝-2πdsinψ_β/λ₀，计算出与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的单位相位偏移量δ_β；

根据δ_α，得到与所述ψ_α对应的极化方向为α的第一组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_α，2δ_α，3δ_α，…，(N-1)δ_α}；

根据δ_β，得到与所述ψ_β对应的极化方向为β的第二组阵子的各天线单元上的相位偏移值{0，δ_β，2δ_β，3δ_β，…，(N-1)δ_β}；

其中，d为同一极化方向的阵子间隔，λ₀为电磁波的波长。

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