CN102075226A - 一种双极化阵列系统中确定用户来波方向的方法及基站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双极化阵列系统中确定用户来波方向的方法及基站,涉及TDD通讯模式下的双极化智能天线系统。本发明方法包括:双极化智能天线基站根据接收天线接收的信号,估计各激活用户在两种极化方向的信道冲激响应,生成各激活用户的两种极化方向子阵的空间相关矩阵,根据所生成的空间相关矩阵分别计算各激活用户在两个极化方向上的用户来波方向,并将两种极化方向中激活用户的接收功率值较大的极化方向上的用户来波方向确定为所述激活用户的来波方向。本发明技术方案可以解决双极化阵列无法利用常规方法获得用户来波方向的问题。
Description
技术领域
本发明涉及TDD通讯模式下的双极化智能天线系统,尤其涉及一种双极化阵列系统中确定用户来波方向的方法及基站。
背景技术
随着空时信号处理技术的发展,多天线系统在无线通讯领域得到了广泛的应用。智能天线技术是多天线系统的一种,用智能天线进行用户方位的确定就是广泛应用中的一种。具有一定角度的无线信号入射到具有阵列特性的各个通道上,通常意义的阵列天线的这种阵列特性是信号入射角的函数,可以根据具有特定阵列特性的天线上接收信号对该角度进行参数估计,从而得到用户的方向角。估计出的用户的方向角可以用于蜂窝网用户定位应用。
双极化阵列智能天线是新型的智能天线系统,双极化阵列智能天线在TDD系统中得到了广泛的应用,它有正交极化的两组阵列组成,每组天线之间具有阵列特性;不同组天线之间由于极化特性,使得天线组之间的天线相关性较弱,所以整个双极化阵列无法利用一种与入射角相关的、固定的阵列特性模型来描述,这样就无法对来波信号中的角度参数进行估计。
大唐移动通信设备有限公司专利授权号为CN03121293,名称为《一种估计固定波束空间到达方向的方法》的专利中提到一种固定波束空间到达方向的估计方法,主要是通过逐步细化多次搜索的方式来搜索来波方向,主要是针对直线阵和均匀圆阵,但对于双极化阵列系统并没有涉及。所以我们必须找到一种双极化阵列智能天线系统中用户来波方向估计的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种双极化阵列系统中确定用户来波方向的方法及基站。
为了解决上述技术问题,本发明公开了一种双极化阵列系统中确定用户来波方向的方法,包括:
双极化智能天线基站根据接收天线接收的信号,估计各激活用户在两种极化方向的信道冲激响应,并生成各激活用户的两种极化方向子阵的空间相关矩阵,根据所生成的空间相关矩阵分别计算各激活用户在两个极化方向上的用户来波方向,并将两种极化方向中激活用户的接收功率值较大的极化方向上的用户来波方向确定为所述激活用户的来波方向。
进一步地,上述方法中,所述双极化智能天线基站根据接收天线接收的信号,估计各激活用户在两种极化方向的信道冲激响应的过程如下:
所述基站先按照如下公式进行各接收天线的信道冲激响应估计处理:
式中,表示第m根天线上用户的信道冲激响应,Mid表示基站系统使用的128位midamble码,Mid=(mid1,mid2,...,mid128),表示第m根接收天线的接收信号的训练序列,m的取值为1≤m≤M,其中M表示双极化天线的阵元个数;
最终确定各用户在+45度和-45度极化方向天线上的信道冲激响应如下:
其中,为第k个激活用户的+45度极化方向天线上的信道冲激响应;为第k个激活用户的-45度极化方向天线上的信道冲激响应,K的取值范围为1至8,X表示+45度极化方向的接收天线的个数,M表示双极化智能天线基站的接收天线的总数。
所述基站根据如下公式生成各激活用户的两种极化方向子阵的空间相关矩阵:
式中,为第k个激活用户的+45度极化方向天线上的信道冲激响应的空间相关矩阵,为第k个激活用户的+45度极化方向天线上的信道冲激响应;为第k个激活用户的-45度极化方向天线上的信道冲激响应的空间相关矩阵,为第k个激活用户的-45度极化方向天线上的信道冲激响应,K的取值范围为1至8。
所述基站按照如下公式分别计算各激活用户在两个极化方向上的用户来波方向:
式中,表示各激活用户在+45度极化方向上的用户来波角度,a(+45°)(θ)表示+45度极化方向的子阵列在θ方向上的导向矢量,表示各激活用户在-45度极化方向上的用户来波角度,a(-45°)(θ)表示-45度极化方向的子阵列在θ方向上的导向矢量。
所述基站按照如下公式计算出激活用户在两个极化方向上的接收功率:
本发明还公开了一种双极化智能天线基站,包括接收天线和处理单元,其中:
所述接收天线,用于接收用户信号,并将所接收的用户信号发送给所述处理单元;
所述处理单元,用于根据所述接收天线接收的信号,估计各激活用户在两种极化方向的信道冲激响应,并生成各激活用户的两种极化方向子阵的空间相关矩阵,根据所生成的空间相关矩阵分别计算各激活用户在两个极化方向上的用户来波方向,并将两种极化方向中激活用户的接收功率值较大的极化方向上的用户来波方向确定为所述激活用户的来波方向。
进一步地,上述基站中,所述处理单元,根据接收天线接收的信号,估计各激活用户在两种极化方向的信道冲激响应指:
所述处理单元先按照如下公式进行各接收天线的信道冲激响应估计处理:
式中,表示第m根天线上用户的信道冲激响应,Mid表示基站系统使用的128位midamble码,Mid=(mid1,mid2,...,mid128),表示第m根接收天线的接收信号的训练序列,m的取值为1≤m≤M,其中M表示双极化天线的阵元个数;
最终确定各用户在+45度和-45度极化方向天线上的信道冲激响应如下:
其中,为第k个激活用户的+45度极化方向天线上的信道冲激响应;为第k个激活用户的-45度极化方向天线上的信道冲激响应,K的取值范围为1至8,X表示+45度极化方向的接收天线的个数,M表示双极化智能天线基站的接收天线的总数。
所述处理单元,根据如下公式生成各激活用户的两种极化方向子阵的空间相关矩阵:
式中,为第k个激活用户的+45度极化方向天线上的信道冲激响应的空间相关矩阵,为第k个激活用户的+45度极化方向天线上的信道冲激响应;为第k个激活用户的-45度极化方向天线上的信道冲激响应的空间相关矩阵,为第k个激活用户的-45度极化方向天线上的信道冲激响应,K的取值范围为1至8。
所述处理单元,按照如下公式分别计算各激活用户在两个极化方向上的用户来波方向:
式中,表示各激活用户在+45度极化方向上的用户来波角度,a(+45°)(θ)表示+45度极化方向的子阵列在θ方向上的导向矢量,表示各激活用户在-45度极化方向上的用户来波角度,a(-45°)(θ)表示-45度极化方向的子阵列在θ方向上的导向矢量。
所述处理单元,按照如下公式计算出激活用户在两个极化方向上的接收功率:
与现有技术相比较,本发明技术方案将双极化天线的基站接收用户的上行信号,按照两种极化方向分别生成空间相关矩阵,并分别根据两种极化方向的空间相关矩阵进行常规来波角度计算,最终通过判断准则选取用户来波角度。因此,通过这种方法可以解决双极化阵列无法利用常规方法获得用户来波方向的问题。
附图说明
图1是本发明技术方案的主要构思示意图;
图2是采用本发明技术方案确定中用户来波方向的流程图。
具体实施方式
本发明的主要构思,如图1所示,双极化智能天线基站先根据接收的信号,对各激活用户在两个极化方向上的信道冲激响应进行估计,并生成各激活用户在两个极化方向的空间相关矩阵,再根据生成的空间相关矩阵分别进行两个极化方向上的用户来波方向估计,结合用户在两个极化方向上的接收功率的大小,最终确定用户相对双极化智能天线基站的来波方向,其中,用户在哪个极化方向上的接收功率较大,即可确定在该极化方向上的用户来波方向估计为用户相对双极化智能天线基站的来波方向。
下面结合附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步详细说明。
一种双极化智能天线基站,包括接收天线和处理单元,其中:
接收天线,用于接收用户信号,并将所接收的用户信号发送给处理单元;
处理单元,用于根据接收天线接收的信号,估计各激活用户在两种极化方向的信道冲激响应,并生成各激活用户的两种极化方向子阵的空间相关矩阵,根据所生成的空间相关矩阵分别计算各激活用户在两个极化方向上的用户来波方向,并将两种极化方向中激活用户的接收功率值较大的极化方向上的用户来波方向确定为所述激活用户的来波方向。
具体地,处理单元先按照公式(1)进行各接收天线的信道冲激响应估计处理:
式中,表示第m根天线上用户的信道冲激响应,Mid表示基站系统使用的128位midamble码,Mid=(mid1,mid2,...,mid128),表示第m根接收天线的接收信号的训练序列,m的取值为1≤m≤M,其中M表示双极化天线的阵元个数;
最终确定各用户在+45度和-45度极化方向天线上的信道冲激响应分别如公式(2)(3)所示:
公式(3)
其中,为第k个激活用户的+45度极化方向天线上的信道冲激响应;为第k个激活用户的-45度极化方向天线上的信道冲激响应,K的取值范围为1至8,X表示+45度极化方向的接收天线的个数,M表示双极化智能天线基站的接收天线的总数。
再根据如下公式(4)(5)生成各激活用户的两种极化方向子阵的空间相关矩阵:
式中,为第k个激活用户的+45度极化方向天线上的信道冲激响应的空间相关矩阵,为第k个激活用户的+45度极化方向天线上的信道冲激响应;为第k个激活用户的-45度极化方向天线上的信道冲激响应的空间相关矩阵,为第k个激活用户的-45度极化方向天线上的信道冲激响应,K的取值范围为1至8。
按照如下公式(6)(7)分别计算各激活用户在两个极化方向上的用户来波方向:
公式(6)
式中,表示各激活用户在+45度极化方向上的用户来波角度,a(+45°)(θ)表示+45度极化方向的子阵列在θ方向上的导向矢量,表示各激活用户在-45度极化方向上的用户来波角度,a(-45°)(θ)表示-45度极化方向的子阵列在θ方向上的导向矢量。
按照如下公式(8)(9)计算出激活用户在两个极化方向上的接收功率:
公式(9)
下面介绍上述基站确定用户来波方向的具体过程。
本实施例结合双极化智能天线的TD-SCDMA系统,详细介绍采用本发明技术方案确定用户来波方向的过程,如图2所示,包括以下步骤:
步骤201,双极化智能天线的TD-SCDMA系统基站根据各接收天线接收的信号,进行信道估计,以及各激活用户在两种极化方向的信道冲激响应;
式中,表示第m根天线上所有用户的信道冲激响应, 至为第一个用户在第m根天线上的16个抽头,至为第二个用户在第m根天线上的16个抽头,依次类推,至为第八个用户在第m根天线上的16个抽头,Mid表示基站系统使用的128位midamble码,Mid=(mid1,,mid2,...,mid128);
若双极化智能天线基站中+45度极化方向天线个数为X根,-45度极化方向天线个数为Y根,M=X+Y;则设第k个激活用户的+45度和-45度极化方向天线上的信道冲激响应分别如下公式(2)(3)所示
步骤202,基站根据各激活用户在两种极化方向的信道冲激响应,分别计算各激活用户的两种极化方向子阵的空间相关矩阵;
步骤203,根据步骤202中得到的空间相关矩阵分别计算各激活用户在两个极化方向阵列上的用户波达方向(DOA);
该步骤中,按照如下公式(6),(7)分别计算第k个激活用户在两个极化方向的DOA:
公式(6)
式中,表示各激活用户在+45度极化方向上的用户来波角度,a(+45°)(θ),表示各激活用户在-45度极化方向上的用户来波角度,a(-45°)(θ)分别表示+45度和-45度极化方向的子阵列在θ方向上的导向矢量。
步骤204,基站根据如下公式(8),(9),分别计算出各激活用户在两个极化方向上的接收功率;
公式(9)
步骤205,基站比较各激活用户在两种极化方向上的接收功率,将两种极化方向中接收功率值较大的极化方向上的用户来波方向确定为双极化智能天线的用户的来波方向;
在其他应用场景中,上述步骤203和204也可以同时执行,或者先执行步骤204的操作,再操作步骤203的操作。
以上所述,仅为本发明的一种具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,相关熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种双极化阵列系统中确定用户来波方向的方法,其特征在于,该方法包括:
双极化智能天线基站根据接收天线接收的信号,估计各激活用户在两种极化方向的信道冲激响应,生成各激活用户的两种极化方向子阵的空间相关矩阵,根据所生成的空间相关矩阵分别计算各激活用户在两个极化方向上的用户来波方向,并将两种极化方向中激活用户的接收功率值较大的极化方向上的用户来波方向确定为所述激活用户的来波方向。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述双极化智能天线基站根据接收天线接收的信号,估计各激活用户在两种极化方向的信道冲激响应的过程如下:
所述基站先按照如下公式进行各接收天线的信道冲激响应估计处理:
式中,表示第m根天线上用户的信道冲激响应,Mid表示基站系统使用的128位midamble码,Mid=(mid1,mid2,...,mid128),表示第m根接收天线的接收信号的训练序列,m的取值为1≤m≤M,其中M表示双极化天线的阵元个数;
最终确定各用户在+45度和-45度极化方向天线上的信道冲激响应如下:
6.一种双极化智能天线基站,其特征在于,该基站包括接收天线和处理单元,其中:
所述接收天线,用于接收用户信号,并将所接收的用户信号发送给所述处理单元;
所述处理单元,用于根据所述接收天线接收的信号,估计各激活用户在两种极化方向的信道冲激响应,生成各激活用户的两种极化方向子阵的空间相关矩阵,根据所生成的空间相关矩阵分别计算各激活用户在两个极化方向上的用户来波方向,并将两种极化方向中激活用户的接收功率值较大的极化方向上的用户来波方向确定为所述激活用户的来波方向。
7.如权利要求6所述的基站,其特征在于,
所述处理单元,根据接收天线接收的信号,估计各激活用户在两种极化方向的信道冲激响应指:
所述处理单元先按照如下公式进行各接收天线的信道冲激响应估计处理:
式中,表示第m根天线上用户的信道冲激响应,Mid表示基站系统使用的128位midamble码,Mid=(mid1,mid2,...,mid128),表示第m根接收天线的接收信号的训练序列,m的取值为1≤m≤M,其中M表示双极化天线的阵元个数;
最终确定各用户在+45度和-45度极化方向天线上的信道冲激响应如下:
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