CN102263580A - 广播信号发射方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种广播信号发射方法和装置，该方法包括：对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列；获取多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，该基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补；根据每个基本权向量中的权系数，分别对每个基本权向量对应的子阵列中的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用所述阵元对第一信号进行发射。本发明保证了小区/扇区内所有移动终端能同时接收到相同质量的信号，进而实现了多天线系统中广播信号在小区或者扇区的全面覆盖。

Description

广播信号发射方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种广播信号发射方法和装置。

背景技术

无线传输技术的频率和功率资源有限，而且受到信道衰落和干扰的影响，因此随着移动宽带和智能手机的普及，传统以语音业务为主的蜂窝移动通信网络已经很难承载移动互联网带来的爆发式数据流量。从而使得能够有效地提高频谱效率的多天线技术成为了下一代移动通信的主流技术。

小区制(即蜂窝制)是现今移动通信网络的基本实现方式。基站是小区的核心和实现移动通信的关键。基站的信号发射可以分为两类：专用信道和公共信道，其中，专用信道承载单个移动终端所需信息，属于基站和终端之间的点对点通信；公共信道承载小区中所有移动终端都需要的公共信息，例如：长期演进(Long Term Evolution；简称：LTE)系统的广播信道(Broadcast Channel；简称：BCH)、寻呼信道(Paging Channel；简称：PCH)、用于多媒体广播组播业务(Multimedia Broadcasting and MulticastingService；简称：MBMS)的组播信道(Multicast Channel；简称：MCH)，这些公共信息需要同时传送到单个或多个蜂窝小区中的所有用户，更适合于以广播信号形式进行发射，因此需要一种多天线系统中的广播信号发射方法。

多天线系统的无线传输信道根据天线间距和反射环境不同，可以分为相关衰落信道和独立衰落信道。若天线间距较小、周围反射物比较少或者角度扩展小时，天线之间信道衰落相关性较大；若天线间距较大，且反射比较充分、角度扩展大时，天线之间信道衰落相互独立。在宏小区(即宏蜂窝)中，由于基站的多天线系统一般架设在较高的楼顶或者山顶上，周围不存在反射物，只有天线间距大于十个波长以上时，才能形成独立衰落。现有基站的多天线系统很多具有相关衰落信道，例如，智能天线系统或者移动终端处于弱反射环境(如平原地带、水面或者草原等等)的多进多出(Multiple Input Multiple Output；简称：MIMO)系统。

由于单天线发射信号具有天然的全向覆盖特性，因此在现有的多天线系统中，可以选取多天线系统中的一个天线，并对选取的天线配置高功率放大器，以实现广播信号的小区或扇区全面覆盖。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：功率放大器成本较高、功耗较大，从而无法有效的实现小区或者扇区的全面覆盖。

发明内容

本发明实施例提供一种广播信号发射方法和装置，实现了多天线系统中广播信号在小区或者扇区的全面覆盖，并有效的降低了经济成本。

本发明实施例提供一种广播信号发射方法，包括：

对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列；

获取所述多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，所述基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补；

根据所述每个基本权向量中的权系数，分别对所述每个基本权向量对应的子阵列中的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用所述阵元对所述第一信号进行发射。

本发明实施例提供一种广播信号发射装置，包括：

划分处理模块，用于对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列；

基本权向量获取模块，用于获取所述多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，所述基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补；

第一加权处理发射模块，用于根据所述每个基本权向量中的权系数，分别对所述每个基本权向量对应的子阵列中的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用所述阵元对所述第一信号进行发射。

本发明实施例的广播信号发射方法和装置，通过对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列，再获取所述多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，该基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补，根据每个基本权向量中的权系数，分别对每个基本权向量对应的子阵列中的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用阵元对该第一信号进行发射，从而使得每个子阵列的波束方向图在方向维度上具有互补性，进而使得多个子阵列的平均方向图在各个方向上的平均功率增益基本相等，保证了小区或者扇区内所有移动终端能同时接收到相同质量的信号，实现了多天线系统中广播信号在小区或者扇区各个方向上的全面覆盖，并有效的降低了经济成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明广播信号发射方法一个实施例的流程图；

图2为本发明广播信号发射方法另一个实施例的流程图；

图3为图2所示本发明广播信号发射方法实施例中信号发射的原理图；

图4为八天线均匀线性阵列划分的结构示意图；

图5为两个四天线均匀线性阵列划分的结构示意图；

图6为八阵元双极化天线划分的结构示意图；

图7为图2所示本发明广播信号发射方法实施例中信号发射的原理图；

图8为本发明广播信号发射方法又一个实施例的流程图；

图9为图8本发明广播信号发射方法实施中的基于Alamouti编码和相位旋转法的信号发射原理图；

图10为图8本发明广播信号发射方法实施中的基于Alamouti编码和循环延时法的信号发射原理图；

图11为图8所示本发明广播信号发射方法实施例中采用空时映射关系示意图；

图12为图8所示本发明广播信号发射方法实施例中采用空频映射关系示意图；

图13为图8所示本发明广播信号发射方法实施例中两个互补的波束方向图和平均波束方向图；

图14为图8所示本发明广播信号发射方法实施例中更新后的两个互补的波束方向图和平均波束方向图；

图15为本发明广播信号发射方法又一个实施例的流程图；

图16为本发明广播信号发射方法实施例中基于时间或频率切换发射分集的信号发射原理图；

图17为图15本发明广播信号发射方法实施例中互补的波束方向图和平均波束方向图；

图18为本发明广播信号发射装置的一个实施例的结构示意图；

图19为本发明广播信号发射装置的另一个实施例的结构示意图；

图20为本发明广播信号发射装置的又一个实施例的结构示意图；

图21为本发明广播信号发射装置的又一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明广播信号发射方法一个实施例的流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤101、对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列。

在本实施例中，多天线系统可以为单个天线阵列、多个天线阵列或极化天线阵列等。对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列的实现方式可以采用但不限于如下的实现方式：

对于单个天线阵列而言，对单个天线阵列进行划分处理，可以获取多个间隔较近的子阵列。其中，每个子阵列可以包括至少一个阵元。

对于多个天线阵列而言，对多个天线阵列进行划分处理，可以获取间隔较远的多个子阵列；另外，还可以获取不同极化方式的子阵列，其中，每个子阵列的极化方式相同。在本实施例中，并不对多天线系统中的天线阵列具体采用的划分处理方式进行限定，本领域技术人员可以根据需要采用任意划分处理方式。同时，天线阵列可以为线性阵、圆阵、方阵，以及任意其它阵形的天线阵列；天线阵元的间隔一般为半个波长，同时也可以是其它能保持信道相关性的阵元间隔，如两个波长，甚至十个波长等等。

步骤102、获取多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，该基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补。

步骤103、根据每个基本权向量中的权系数，分别对每个基本权向量对应的子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用阵元对第一信号进行发射。

在本实施例中，每个基本权向量可以包括多个权系数、每个子阵列可以包括多个阵元，并且每个子阵列对应的基本权向量的权系数数量与该子阵列的阵元数量相等。根据每个子阵列对应的基本权向量的权系数，分别对该子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，即对每个子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用阵元对第一信号进行发射，从而使得每个子阵列的波束方向图覆盖角度宽、峰均功率比低，同时，不同的子阵列的波束方向图在方向维度上具有互补性。

举例来说，当根据多个子阵列中的一个子阵列对应的基本权向量中的权系数，对该子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理，并应用该子阵列的阵元对加权处理后的信号进行发射，该子阵列的波束方向图可能在一些特定方向上增益很低，甚至为零增益时，而根据该多个子阵列中的另一个子阵列对应的基本权向量的权系数，对另一个子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理，并应用该子阵列的阵元对加权处理后的信号进行发射，使得该子阵列的波束方向图在这些特定方向上具有较高的增益，从而使得多个子阵列的波束方向图的平均波束方向图在该特定方向上的增益波动较小。

在本实施例中，当一个子阵列的波束方向图在特定方向上增益很低时，则在该特定方向上的移动终端在该时刻接收到的该子阵列发射的信号可能较弱。但是当其它子阵列的波束方向图在该特定方向上具有较高的增益时，使得该特定方向上的移动终端在该时刻接收到的其他子阵列发射的信号较强，可以通过信道编码或分集等技术，补偿多个子阵列中的一个子阵列发射信号较弱所带来的性能损失，进而保证该特定方向上的移动终端能够正常接收广播信号。

在本实施例中，通过对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列，再获取多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，该基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补，并根据每个基本权向量的权系数，对每个子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用阵元对第一信号进行发射，由于每个子阵列的波束方向图覆盖角度宽、峰均功率比低，并且全部子阵列的波束方向图的平均波束方向图在全小区或扇区中各个方向上的增益差异等于零或小于预定的数值，从而使得整个多天线系统在各个方向上的发射功率基本相等，进而实现了多天线系统中广播信号在小区或扇区中各个方向上的全面覆盖，并有效的降低了经济成本。

图2为本发明广播信号发射方法另一个实施例的流程图，图3为图2所示本发明广播信号发射方法实施例中信号发射的原理图，如图2和图3所示，本实施例的方法可以包括：

步骤201、对广播信号进行信道编码处理、星座调制处理以及空时频编码处理，获取多路码流信号。

在本实施例中，可以对广播信号进行信道编码处理和星座调制处理，获取多路符号流。因此，每个子阵列的阵元上的发射信号可以为码流信号或者符号流。

举例来说，广播信号具体为多媒体广播组播业务(Multimedia Broadcastingand Multicasting Service；简称：MBMS)和小区公共信道信号的比特流。在本实施例中，对广播信号进行空时频编码处理，获取多路码流信号的一种具体实现方式为：先对多媒体广播组播业务和小区公共信道信号的比特流分别进行信道编码处理、交织处理和星座映射处理，获取(复)符号流。然后将获取的(复)符号流进行空时频编码处理，获取多路码流信号，码流的数量与子阵列的数量相等，并一一对应。

或者，多媒体广播组播业务和小区公共控制信号的比特流可以分别进行信道编码处理、交织处理和星座映射处理，获取单路(复)符号流，将该符号流发送到所述的多个子阵列的每个子阵列，即每个子阵列的发射信号相同。

在本实施例中，以对广播信号进行空时频编码处理，获取多路码流信号为例，详细介绍本实施例的技术方案。空时频编码方法可以采用但不限于Alamouti编码、空时分组码(Space-Time Block Coding；简称：STBC)、空频分组码(Space-Frequency Block Coding；简称：SFBC)、时间切换发射分集(Time Switched Transmit Diversity；简称：TSTD)和频率切换发射分集(Frequency Switched Transmit Diversity；简称：FSTD)。本实施例并不对具体采用的空时频编码方法进行限定，本领域技术人员可以根据需要采用以上任意空时频编码方法或其组合或其它可能的空时频编码方法。

步骤202、对单个天线阵列进行逻辑划分处理，获取多个子阵列。

在本实施例中，以多天线系统为单个天线阵列为例，详细介绍本实施例的技术方案，对单个天线阵列进行逻辑划分处理，获取多个子阵列，每个子阵列中包含至少一个阵元。每个阵元只能被所有子阵列选取一次，换言之，任意两个不同的子阵列不包含相同的阵元。同时，划分处理之前的单个天线阵列的每个阵元都被选取一次，即所有子阵列的阵元之和等于划分处理之前的单个天线阵列中所有阵元。

举例来说，图4为八天线均匀线性阵列划分的结构示意图，如图4所示，对单个天线阵列进行逻辑划分处理，获取的两个子阵列，分别为子阵列1和子阵列2，每个子阵列包含四个阵元。本实施例并不对阵元空间排列方式、阵元数量、阵元间距进行限定，本领域技术人员可以根据需要进行设置。

本实施例中的步骤202根据天线阵列的类型不同，还可以采用其它实现方式：

一、当多天线系统为多个天线阵列时，步骤202的一种实现方式可以为：对多个天线阵列按照间隔距离进行划分处理，获取多个子阵列。

举例来说，多天线系统包含多个间隔较远的天线阵列，图5为两个四天线均匀线性阵列划分的结构示意图，如图4所示，获取的两个子阵列，分别为天线阵列1和天线阵列2，每个子阵列包含四个阵元，每个阵元之间的距离表示为d₁，一般为半个波长，子阵列之间的距离d₂大于d₁，两个四天线均匀线性阵列可以为同一个基站上物理位置较远的两个天线阵列，也可以是安装在两个不同基站上的天线阵列。本实施例并不对阵元空间排列方式、阵元数量、阵元间距和不同子阵列间的距离进行限定，本领域技术人员可以根据需要进行设置。

二、当多天线系统为极化天线阵列时，步骤202的一种实现方式可以为：对极化天线阵列按照极化方向进行划分处理，获取多个子阵列。

举例来说，多天线系统为极化天线阵列，图6为八阵元双极化天线划分的结构示意图，如图6所示，获取两个子阵列，每个子阵列包含四个阵元，一个子阵列中的四个阵元为水平极化方式；另一个子阵列中的四个阵元为垂直极化方式。本实施例并不对阵元空间排列方式、阵元数量、阵元间距进行限定，本领域技术人员可以根据需要进行设置。值得注意的是，每个子阵列中的所有阵元极化方式相同，以具有相关的信道衰落。

本发明适用的天线阵列可以为线性阵、圆阵、方阵，以及任意其它阵形的天线阵列；天线阵元的间隔一般为半个波长，同时也可以是其它能保持信道相关性的阵元间隔，如两个波长，甚至十个波长等等。

步骤203、获取多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，该基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补。

本实施例中，广播信号发射装置获取与子阵列对应的基本权向量时，可以采用计算机遍历选取的方式，而且，本实施例中获取的基本权向量中的权系数具有相同的模值，因此，相同模值的权系数可以使得天线阵列的所有阵元等功率发射，从而可以提高功率放大器的效率。

本实施例中获取基本权向量的方法灵活简单，举例来说，一般获取基本权向量的实现方式为：假设在复数坐标的单位圆上选取了N个模值为1的复数作为可用权系数，天线阵列的阵元数量为M，则可能获取的M维权向量的组合有N^M种。假设，N＝8，M＝8，则需要遍历的权向量数量共有8⁸＝16777216。具体的，为了进一步提供选取精度，还可以选取16个或32个单位圆上的复数作为可用权系数，或者天线阵元的数量增加，例如12或16阵元的阵列，每个遍历的权向量都需要单独进行波束方向图计算、峰均功率比计算等，其计算相对复杂。

相比之下，在本实施例中，由于采用步骤202来实现对天线阵列进行划分处理，来获取多个子阵列，使得每个子阵列中的阵元数量较少，举例来说，例如天线阵列为八天线阵列，对该阵列按照四阵元进行划分处理，每个子阵列中的阵元数量为4个，那么需要遍历的权向量的数量共有8⁴＝4096种；对该八天线阵列按照两阵元进行划分处理，每个子阵列中的阵元数量为2个，那么需要遍历的权向量的数量共有8²＝64，因此，本实施例中的获取基本权向量的方法更为简单和灵活。

步骤204、根据每个基本权向量中的权系数，分别对每个子阵列中的阵元上的码流信号进行加权处理得到第一信号，并应用阵元对第一信号进行发射。

在本实施例中，每个子阵列中包含的阵元数可以相同，也可以不相同。需要说明的是，每个基本权向量包含多个权系数，每个权向量包括的权系数的数量与每个基本权向量对应的子阵列所包含的阵元的数量相同。图7为图2所示本发明广播信号发射方法实施例中信号发射的原理图，如图7所示，以子阵列k的阵元数为M为例来说，广播信号发射装置可以获取与子阵列对应的基本权向量，该基本权向量可以使子阵列根据对应的基本权向量，对接收的一路码流信号进行加权处理，需要说明的是，该基本权向量对应的波束峰均功率比低于预设门限，并且不同子阵列的波束方向图在方向维度上具有互补性，进而使得全部子阵列的平均波束方向图趋近于单天线产生的全向波束。

步骤205、在时间维度或频率维度上对所述每个基本权向量进行更新处理，分别获取更新后的权向量。

具体的，步骤205的具体实现方式可以包括但不限于以下几种方式：

一、相位旋转方法。从[0 2π]上随机地获取一个相位值Δφ，每个子阵列对应的基本权向量表示为w＝[w₁ w₂…w_M]^T，w_m(m＝1，…，M)表示权系数，M为大于1的正整数。

应用公式：

w_New＝diag[1 e^jΔφ e^j2Δφ…e^j(M-1)Δφ]w

                                            (1)

＝[w₁ w₂ ^ejΔφ w₃e^j2Δφ…w_Me^j(M-1)Δφ]^T

对每个子阵列对应的基本权向量进行更新处理，得到每个子阵列对应的更新后的权向量。其中：w_New表示更新后的权向量，j为虚数单位(j²＝-1)，diag[x₁...x_n]表示由x₁至x_n构成的对角阵。

二、随机变量方法。

具体的，当多天线系统的天线阵列进行划分处理，获取的子阵列包括两个阵元时，应用基本权向量对子阵列进行加权处理，具有两个特征：在模相等的复数集合中，任意选取两个复数作为权系数，(1)无论权系数如何选取，其波束方向图的峰均功率比(或峰值)保持不变；(2)当其中的一个权系数不变，对另一个权系数取负值时，对应的波束方向图与两个权系数均不取负值时的波束方向图互补。

基于上述两个特征，可以用随机的方法获取和更新基本权向量。举例来说，对于基本权向量的选取方式为，随机选取两个权系数，构成一个子阵列对应的第一基本权向量，其中，两个权系数模均等于1，有|w₁|＝|w₂|＝1；对第一基本权向量中的一个权系数进行取负值处理，例如：对第一基本权向量的第二权系数取负值处理，获取另一个子阵列对应的第二基本权向量。具体为：w₁＝[w₁ w₂]^T和w₂＝[w₁-w₂]^T。需要获取更新后的权向量时，重新随机选取两个权系数，按照上述方法便可以获取更新后的两个权向量，并且每个子阵列分别对应的更新后的波束方向图互补。

步骤206、并在不同的时间或频率上根据每个更新后的权向量中的权系数，分别对每个子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理得到第二信号，并应用阵元对该第二信号进行发射。

在本实施例中，每个子阵列固定于一个基本波束方向图，并且不同子阵列的多个波束方向图互补，但是由于波束方向图的数量很少，因此多天线系统的发射功率在各个方向上可能会有差异。因此，可以在时间维度或频率维度上对每个子阵列对应的基本权向量进行更新处理，以使全部子阵列的平均波束方向图具有更好的等向性，进而实现了小区或扇区的全面覆盖，并有效的降低了经济成本。

在本实施例中，为了有效的实现小区或扇区的全面覆盖，还可以包括但不限于以下几种实现方式：

一、延时方法：在每个阵元上，根据权系数对发射信号进行加权处理得到第一信号，并对第一信号进行延时处理得到第二信号，其中，各阵元上的延时量不相同，最大延时量小于预设值。例如，采用线性增量延时，第一阵元上不作延时，第二阵元上延时Δτ，第三阵元上延时2Δτ，依次递增，直到最后一个阵元，第N阵元上延时(N-1)Δτ。并应用各个阵元对第二信号进行发射。

二、循环延时方法：具体的，由于宽带无线通信系统可采用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing；简称：OFDM)调制，根据离散傅里叶变换(Digital Fourier Transform；简称：DFT)性质，时域的循环延时，对应频域符号的相位旋转。具体的，每个子阵列上的发射信号先经过OFDM调制，形成OFDM符号，该子阵列对应基本权向量中的第一权系数加权该OFDM符号，并由该子阵列的第一阵元发射；第二权系数加权该OFDM符号，作循环延时，并由该子阵列的第二阵元发射；依此类推，直到基本权向量的最后一个权系数加权该OFDM符号，作循环延时，并由该子阵列的最后一个阵元发射；需要说明的是，同一个子阵列上不同阵元的循环延时大小不相同。

在本实施例中，通过对天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列，为每个子阵列选取一个基本权向量，根据每个子阵列的基本权向量，对每个子阵列的阵元上的码流信号进行加权处理，使得每个子阵列的波束方向图覆盖角度宽、峰均功率比低于预设门限，并且不同子阵列形成的波束方向图在方向维度上具有互补性，全部子阵列形成的所有波束方向图的平均波束方向图在各个方向上的差异等于零或小于预设值，同时，通过在时间维度或频率维度上对基本权向量进行更新处理，获取时间分集或频率分集增益，进一步增强了小区或者扇区全面覆盖性能，并有效的降低了经济成本。

下面采用几个具体的实施例对本发明广播信号发射方法的技术方案进行详细说明。

图8为本发明广播信号发射方法又一个实施例的流程图，图9为图8本发明广播信号发射方法实施中的基于Alamouti编码和相位旋转法的信号发射原理图；图10为图8本发明广播信号发射方法实施中的基于Alamouti编码和循环延时法的信号发射原理图，如图8、图9和图10所示，本实施例的方法可以包括：

步骤301、对广播信号采用信道编码处理、星座调制处理以及Alamouti编码处理，获取两路空时频码流。

举例来说，广播信号具体为多媒体广播组播业务和小区公共控制信号的比特流。在本实施例中，广播信号经过信道编码和星座映射后，获取(复)符号流，分别以(复)符号流中的每两个符号为一组，并对每两个符号为一组的符号流进行空时频编码，产生两路空时频码流。具体的，Alamouti编码有两种等价形式，编码矩阵如公式(2)和公式(3)所示，其中，编码矩阵行对应空间域的一根天线或本发明中的一个子阵列，编码矩阵列对应时间域的OFDM符号周期，或频域的OFDM子载波。需要说明的是，该空时频码流即为码流信号。

$\left[\begin{array}{cc}{s}_1& s_2\end{array}\right]\stackrel{\mathrm{Alamouti}}{\→}\left[\begin{array}{cc}{s}_1& s_2\\ {-s}_2^{*}& s_1^{*}\end{array}\right]---\left(2\right)$

$\left[\begin{array}{cc}{s}_1& s_2\end{array}\right]\stackrel{\mathrm{Alamouti}}{\→}\left[\begin{array}{cc}{s}_1& {-s}_2^{*}\\ s_2& s_1^{*}\end{array}\right]---\left(3\right)$

步骤302、对获取的两路空时频码流进行宽带信号调制；

举例来说，对于窄带通信系统，空时频码流中的符号可按照顺序直接发射，可以不进行本步骤的处理；而对于宽带通信系统中，需要进行码分多址(Code Division Multiple Access，简称：CDMA)调制或正交频分复用(OFDM)调制，本实施例仅以OFDM调制为例进行说明，本发明中的其它实施例中的OFDM调制均可由CDMA调制进行替代。首先对空时频码流进行子载波映射，从而为每个空时频码流中的符号分配合适的时频资源块，再对分配后的空时频码流中的符号进行OFDM调制，即进行逆快速傅立叶变换(IFFT)并插入循环前缀(CP)。其中，子载波映射可以有空时映射和空频映射两种方法。图11为图8所示本发明广播信号发射方法实施例中采用空时映射关系示意图，图12为图8所示本发明广播信号发射方法实施例中采用空频映射关系示意图。

如图11所示，当子载波映射为空时映射时，Alamouti编码矩阵的第一路空时码流，放置到第一子阵列上两个连续OFDM符号的相同子载波上，Alamouti编码矩阵的第二路空时码流，放置到第二子阵列上两个连续OFDM符号的相同子载波上，并且与第一子阵列上的子载波位置相同。

如图12所示，当子载波映射为空频映射时，Alamouti编码矩阵的第一空频码流，放置到第一子阵列两个连续的子载波上，Alamouti编码矩阵的第二空频码流，放置到第二子阵列上两个连续的子载波上，并且与第一子阵列上的子载波位置相同。在本实施例中，以空时映射为例，对本实施例的技术方案进行详细介绍。

步骤303、对多天线系统进行划分处理，获取两个子阵列，每个子阵列用于发射一路空时频码流。

在本实施例中，由于采用Alamouti编码后，获取两路空时频码流，因此把多天线系统进行划分处理，获取两个子阵列。举例来说，以图6中八天线的双极化天线阵列为例，把天线阵列分成两个四天线的具有相同极化的子阵列，两个子阵列具有不同的极化方式，可以认为信道衰落相互独立，相同子阵列内的阵元极化方式相同，且间隔较近，可以获取信道相关性。根据两个子阵列的方向向量，分别选取基本权向量，并对两路空时频码流分别进行加权处理后发射。

为了更具体地说明本发明，再以图4中所示的八天线半波长间隔的均匀线性阵列(Uniform Linear Array；简称：ULA)为例，详细介绍本实施例的技术方案。本实施例并不对具体采用的天线阵列进行限定，本领域技术人员可以根据需要采用任何天线阵形，任何天线数量以及其它阵元间隔的天线阵列。具体的，该天线阵列以四个相邻阵元为一子阵列进行划分处理，获取各有四个相邻阵元的两个子阵列。由于发射的空时频码流不同，因此两个子阵列发射的信号不会发生干涉效应，该天线阵列的方向向量可以分解成两个四维的独立方向向量，以第一阵元为参考点，则ULA的方向向量为：

a₈(θ)＝[1 e^-jπsin(θ) e^-j2πsin(θ) e^-j3πsin(θ) e^-j4sin(θ) e^-j5πsin(θ) e^-j6πsin(θ) e^-j7πsin(θ)]^T

两个子阵列均以ULA的第一阵元为参考点，则两个子阵列的方向向量分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{41}\left(\mathrm{\θ}\right)={\left[\begin{array}{cccc}1& e^{-\mathrm{j\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}& e^{-j2\mathrm{\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}& e^{-j3\mathrm{\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}\end{array}\right]}^T\\ a_{42}\left(\mathrm{\θ}\right)={\left[\begin{array}{cccc}{e}^{-j4\mathrm{\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}& e^{-j5\mathrm{\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}& e^{-j6\mathrm{\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}& e^{-j7\mathrm{\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}\end{array}\right]}^T\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，θ表示方向角度，(·)^T表示向量的转置。

步骤304、获取两个子阵列中每个子阵列的基本权向量，该基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得两个子阵列的波束方向图在方向维度上互补。

在本实施例中，广播信号发射装置可以获取与两个子阵列分别对应的基本权向量，两个基本权向量可以使得对应子阵列的波束方向图的覆盖角度宽、峰均功率比低，并且两个波束方向图互补。举例来说，获取使得波束方向图覆盖角度宽、峰均功率比低和具有互补性时对应的两个基本权向量：

w₁＝[1 0.7071-0.7071j j -0.7071-0.7071j]^H   (5)

w₂＝[1 -0.7071+0.7071j j 0.7071+0.7071j]^H   (6)

其中，w₁和w₂表示基本权向量，(·)^H表示向量的共轭转置。

步骤305、根据每个基本权向量中的权系数，分别对每个基本权向量对应的子阵列中的阵元上的空时频码流进行加权处理得到第一信号，并应用阵元对第一信号进行发射。

两个子阵列上的两路空时频码流分别由两个基本权向量中的权系数进行加权处理得到第一信号，并应用阵元对第一信号进行发射，子阵列的波束方向图可以公式(7)获取：

g(θ)＝w^Ha(θ)    (7)

其中，g(θ)表示波束方向图；

图13为图8所示本发明广播信号发射方法实施例中两个互补的波束方向图和平均波束方向图，如图13所示，两个子阵列的波束方向图分别由划线和点线表示，通过图13可知，两个波束具有良好的互补性：波束1的高增益区，如角度30°、90°、150°、270°处，正好补偿波束2的低增益区；反之，波束1的低增益区，如图中0°、180°、210°、330°处，波束2恰好具有高增益。同时，由于两个波束方向图的平均波束方向图恰好为圆形(如图13中实线所示)，因此能完成全向覆盖。

步骤306、使用相位旋转方法在时间维度或频率维度上对基本权向量进行更新处理，获取更新后的权向量。

步骤307、在不同的时间或频率上根据每个更新后的权向量的权系数，分别对每个子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理得到第二信号，并应用阵元对第二信号进行发射。

如图13所示，两个基本权向量的平均波束方向图能够完成小区的全向覆盖。但是当天线阵列中阵元数量较多时，由于计算复杂度过高，很难获取完全互补的两个基本权向量；或由于天线的物理位置误差、馈线的相位误差等等因素造成的天线通道的相位误差的存在，例如，在实际工程中，应用基本权向量对子阵列的发射信号进行加权处理获取的波束方向图与理论计算获取的波束方向图可能存在较大偏差。为了达到更好的覆盖性能并提高鲁棒性，可以使用相位旋转法，在时间维度或频率维度上对基本权向量进行更新处理，从而使得子阵列的平均波束方向图具有良好的等向性。举例来说，按照图2中使用相位旋转法，随机获取相位值Δφ，假设获取的Δφ＝45°，根据公式(1)，获得两个更新后的权向量：

w₃＝[1 1 -1 1]^H    (8)

w₄＝[1 -1 -1 -1]^H  (9)

其中，w₃和w₄表示更新后的权向量。

图14为图8所示本发明广播信号发射方法实施例中更新后的两个互补的波束方向图和平均波束方向图，如图14所示，应用两个更新后的权向量对子阵列上的空时频码流进行加权处理，获取与两个子阵列中的每个子阵列分别对应的更新后的波束方向图与应用基本权向量对子阵列上的空时频码流进行加权处理，获取与两个子阵列中的每个子阵列分别对应的波束方向图有相同的峰均功率比和峰值，同时，更新后的两个波束方向图仍保持良好的互补性。

在本实施例中，通过采用Alamouti编码对发射的广播信号进行编码处理，以获取两路空时频码流，从而相应的对天线阵列进行划分处理，获取两子阵列，为每个子阵列选取基本权向量，根据两个基本权向量，对子阵列的阵元上的码流信号进行加权处理，获取的波束方向图具有方向维度上的互补性，其发射功率具有等向性。同时，通过采用相位旋转方法在时间维度或频率维度上对基本权向量不断进行更新处理，进一步提高小区的全向覆盖性能，保证了小区内所有移动终端能同时接收到同等质量的信号，并有效的降低了经济成本。

进一步的，该方法还可以采用延时方法得到第二信号。举例来说，在宽带无线通信中，子阵列上的空时频码流在进行加权处理前，可采用CDMA调制处理，获取的CDMA扩频信号在子阵列的各阵元上分别由基本权向量的对应权系数进行加权，并作延时后发射。例如，采用线性增量延时，第一阵元上不作延时，第二阵元上延时一个码片(Chip)，第三阵元上延时两个码片，依次递增，直到最后一个阵元，即第N阵元上延时N-1个码片。

在采用OFDM调制的宽带通信系统中，除了上述的延时法外，该方法还可以采用循环延时方法得到第二信号。在本实施例，天线阵列为八天线的均匀线性阵列，并且该天线阵列以四个相邻阵元为一子阵列进行划分处理，获取各有四个相邻阵元的两个子阵列，其中，第一子阵列发射其中一路空时频码流，在加权处理前，对该码流进行OFDM调制，获取OFDM符号。该第一子阵列对应的基本权向量中第一权系数加权OFDM符号得到第二信号，不作延时，由第一阵元对第二信号进行发射；第二权系数加权OFDM符号，并作循环延时处理得到第二信号，由第二阵元对第二信号进行发射；第三权系数加权OFDM符号，并作循环延时处理得到第二信号，由第三阵元对第二信号进行发射；第四权系数加权OFDM符号，并作循环延时处理得到第二信号，由第四阵元对第二信号进行发射。第二子阵列发射两路空时频码流中的另一路，循环延时方法与第一子阵列相同。举例来说，根据离散傅立叶变换(DFT)的性质，在时域做循环延时，等价于在离散傅立叶变换对应的频域符号上乘上相位因子，如公式(10)所示：

$s\left[{\left((n-{\mathrm{\δ}}_i)\right)}_N\right]=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}S\left[k\right]W_N^{-(n-{\mathrm{\δ}}_i)k}$

$=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(S\left[k\right]W_N^{{\mathrm{\δ}}_{i}k}\right)W_N^{-\mathrm{nk}}---\left(10\right)$

其中，傅立叶变换因子为

序列s(n)、s((n-δ_i))_N、S[k]，分别表示时域序列，循环延时δ_i后的时域序列，以及离散傅立叶变换对应的频域序列。由上式可知，对时域序列做循环延时δ_i，等价于在频域序列上乘上相位因子

，可见该相位因子与频域序号k有关。设子阵列上的空时频码流序列为S[k]，经过OFDM调制后，获取OFDM符号s(n)，子阵列上四个阵元分别循环延时δ_i，i＝0，1，2，3，则对应的OFDM调制前频域序列为

，等价于对子载波上的信号进行加权，加权因子为

。子阵列进行加权处理，总的权向量则是基本权向量和循环延时形成的相位加权因子的乘积：

$w_k=\mathrm{diag}\left[\begin{array}{cccc}1& W_N^{{\mathrm{k\δ}}_1}& W_N^{k{\mathrm{\δ}}_2}& W_N^{{\mathrm{k\δ}}_3}\end{array}\right]\·w---\left(11\right)$

总权向量是关于子载波序号k的变量，因此每个子载波上的权向量和加权处理图不同。波束方向图与子载波位置相关，表示为：

$g_k\left(\mathrm{\θ}\right)=w_k^{H}a\left(\mathrm{\θ}\right),k=\mathrm{0,1,2},\mathrm{KN}-1---\left(12\right)$

N表示OFDM中DFT长度，其取值一般较大，如512、1024等，因此可以产生足够多的不同的波束方向图，其平均波束方向图具有等向性。

图15为本发明广播信号发射方法又一个实施例的流程图，图16为本发明广播信号发射方法实施例中基于时间切换发射分集(TSTD)或频率切换发射分集(FSTD)的信号发射示意图，如图15和16所示，本实施例的方法可以包括：

步骤401、对广播信号采用空时分组编码(Space-Time Block Coding；以下简称：STBC)并结合时间切换发射分集(Time Switched Transmit Diversity；以下简称：TSTD)，或者采用空频分组编码(Space-Frequency Block Coding；以下简称：SFBC)并结合频率切换发射分集(Frequency Switched TransmitDiversity；以下简称：FSTD)进行编码处理，获取四路空时频码流。

举例来说，广播信号具体为多媒体广播组播业务和小区公共控制信号的比特流。在本实施例中，广播信号经过信道编码和星座映射后，获取(复)符号流，分别以(复)符号流中的每四个符号为一组进行空时频编码，产生四路空时频码流，编码矩阵如下式所示：

$\begin{array}{cccc}[s_1& s_2& s_3& s_4]\stackrel{\mathrm{STFBC}+\mathrm{TFSTD}}{\→}\left[\begin{array}{cccc}{s}_1& s_2& 0& 0\\ {-s}_2^{*}& s_1^{*}& 0& 0\\ 0& 0& s_3& s_4\\ 0& 0& {-s}_4^{*}& s_3^{*}\end{array}\right]\mathrm{or}\end{array}\left[\begin{array}{cccc}{s}_1& {-s}_2^{*}& 0& 0\\ s_2& s_1^{*}& 0& 0\\ 0& 0& s_3& {-s}_4^{*}\\ 0& 0& s_4& s_3^{*}\end{array}\right]---\left(13\right)$

获取的编码矩阵的每行对应一个子阵列，编码矩阵的每列对应时域的符号发射周期，或频域的子载波。

步骤402、对获取的四路空时频码流进行宽带信号调制；

举例来说，对于窄带通信系统，空时频码流中的符号可按照顺序直接发射，可以不进行本步骤的处理；而对于宽带通信系统中，需要进行码分多址(CDMA)调制或正交频分复用(OFDM)调制，本实施例仅以OFDM调制为例进行说明。首先对空时频码流进行子载波映射，空时频码流中的符号可以采用不同的子载波映射方式：(1)空频映射：每路空时频码流上的四个调制符号放置在对应子阵列上的四个连续子载波上；(2)空时映射：每路空时频码流上的四个调制符号放置在对应子阵列上四个连续OFDM符号的相同子载波上；(3)空时频映射：每路空时频码流上的四个调制符号放置在对应子阵列上、连续两个OFDM符号上的连续两个子载波上。根据OFDM符号时间频率资源的相关性，以上三种子载波映射方式等价。对经过映射后的空时频码流进行OFDM调制处理，即对分块数据进行逆快速傅立叶变换(IFFT)，然后插入循环前缀(CP)。

步骤403、对多天线系统进行划分处理，获取四个子阵列。

在本实施例中，由于采用TSTD或FSTD进行编码处理后，获取四路空时频码流。因此把多天线系统进行划分处理，获取四个子阵列，每个子阵列选取一个基本权向量，以使得波束方向图覆盖角度宽、峰均比低，并且四个子阵列产生的四个波束方向图的平均波束方向图在各个方向上的增益相等或差异小于预设值。以半波长为间隔均匀分布的八阵元ULA为例，详细介绍本实施例的技术方案。本实施例并不对具体采用的天线阵列进行限定，本领域技术人员可以根据需要采用任何天线阵形，任何天线数量以及其它阵元间隔的天线阵列。具体的，该天线阵列以两个相邻阵元为一子阵列进行划分处理，获取各有两个相邻阵元的四个子阵列，该天线阵列的方向向量可以分解成四个二维的方向向量，以ULA的第一阵元为参考点，四个方向向量如公式(14)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_1\left(\mathrm{\θ}\right)={\left[\begin{array}{cc}1& e^{-\mathrm{j\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}\end{array}\right]}^T\\ a_2\left(\mathrm{\θ}\right)={\left[\begin{array}{cc}{e}^{-j2\mathrm{\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}& e^{-j3\mathrm{\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}\end{array}\right]}^T\\ a_3\left(\mathrm{\θ}\right)={\left[\begin{array}{cc}{e}^{-j4\mathrm{\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}& e^{-j5\mathrm{\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}\end{array}\right]}^T\\ a_4\left(\mathrm{\θ}\right)={\left[\begin{array}{cc}{e}^{-j6\mathrm{\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}& e^{-j7\mathrm{\π}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}\end{array}\right]}^T\end{array}\right.---\left(14\right)$

步骤404、获取多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，该基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补。

在本实施例中，获取四个的基本权向量，使得四个子阵列的波束方向图覆盖角度宽、峰均比低，并且四个子阵列的波束方向图的平均波束方向图在小区/扇区各个方向上的增益差异等于零或小于预设门限。举例来说，如下四个基本权向量：

$\left\{\begin{array}{c}{w}_1={\left[\begin{array}{cc}1& 1\end{array}\right]}^T,w_2={\left[\begin{array}{cc}1& -1\end{array}\right]}^T\\ w_3={\left[\begin{array}{cc}1& i\end{array}\right]}^T,w_4={\left[\begin{array}{cc}1& -i\end{array}\right]}^T\end{array}\right.$

图17为图15本发明广播信号发射方法实施例中基本权向量的波束方向图和平均波束方向图，如图17所示，平均波束方向图在各个方向上的增益相等。

步骤405、根据基本权向量的各权系数，对每个子阵列对应阵元上的码流信号进行加权处理得到第一信号，并应用阵元对第一信号进行发射。

步骤406、使用相位旋转方法对基本权向量进行更新处理，获取更新后的权向量。

步骤407、在不同的时间或频率上根据每个更新后的权向量的权系数，分别对每个子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理得到第二信号，并应用阵元对第二信号进行发射。

每个子阵列天线阵元数量较多时，选取完全互补的波束方向图对应的基本权向量的计算量过大；或由于天线物理位置、不同阵元的馈线的相位误差等等工程因素，造成实际的波束方向图与理论计算结果有较大偏差，多天线系统的发射功率在不同的方向上存在一定的差异。为了提高覆盖性能和鲁棒性，可以使用相位旋转法，在时间维度或频率维度上对基本权向量进行更新处理，获取时间或频率分集，使得发射功率在各方向相等。本步骤406采用的相位旋转方法在时间维度或频率维度上对基本权向量进行更新处理的实现方式与图7中的步骤306采用的相位旋转方法在时间维度或频率维度上对基本权向量进行更新处理的实现方式类似。

进一步的，步骤406还可以为使用随机变量方法在时间维度或频率维度上对基本权向量进行更新处理，在不同的时间或频率资源上使用更新后的权向量对发射信号进行加权处理，获取时间或频率分集。

具体的，随机地在复数坐标的单位圆上选取四个权系数，假设所选的权系数分别为±1和±i，构造出如下四个更新后的权向量：

w₁＝[1，-1]^T，w₂＝[1，1]^T，w₃＝[i，-i]^T，w₄＝[i，i]^T，其波束图如图所示，波束两两互补。需要更新权向量时，再随机地从复数坐标的单位圆上选取四个权系数，按照前述方法构成四个新的权向量。

在本实施例中，通过采用TSTD或FSTD对广播信号进行编码处理，以获取四路空时频码流，从而相应的对天线阵列进行划分处理，获取四个子阵列，并选取四个波束方向图互补的基本权向量，每个子阵列的阵元选取基本权向量中对应权系数，对空时频码流进行加权并发射。

更进一步的，该方法还可以采用延时方法或循环延时方法得到第二信号，从而更加有效的实现小区或扇区的全面覆盖。

举例来说，每个子阵列选取一个基本权向量，加权处理后使得子阵列的波束方向图互补。四路空时频码流中的第一路空时频码流经过OFDM调制，获取OFDM符号，对应基本权向量的第一权系数加权该OFDM符号得到第二信号，不作延时处理，由子阵列的第一阵元对第二信号进行发射；第二权系数加权该OFDM符号，并作循环延时处理，由第二阵元对第二信号进行发射。第二子阵列发射四路空时频码流中的第二路空时频码流，循环延时方法与第一子阵列相同。第三子阵列和第四子阵列的发射方法与第一阵列的方法相同，在此不再赘述。本实施例采用的循环延时方法的实现方式与图8所示的循环延时方法的实现方式类似。

图18为本发明广播信号发射装置的一个实施例的结构示意图，如图18所示，本实施例的广播信号发射装置包括：划分处理模块11、基本权向量获取模块12和第一加权处理发射模块13。其中，划分处理模块11用于对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列；基本权向量获取模块12用于获取多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补；第一加权处理发射模块13用于根据每个基本权向量中的权系数，分别对每个基本权向量对应的子阵列中的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用阵元对第一信号进行发射。

本实施例的广播信号发射装置可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理类似，此处不再赘述。

在本实施例中，通过对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列，并获取多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，该基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补，再根据每个基本权向量的权系数，对每个子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用阵元对第一信号进行发射，由于每个子阵列的波束方向图覆盖角度宽、峰均功率比低，并且全部子阵列的波束方向图的平均波束方向图在全小区或扇区中各个方向上的增益差异等于零或小于预定的数值，从而使得整个多天线系统在各个方向上的发射功率相等，进而实现了多天线系统中广播信号在小区或扇区中各个方向上的全面覆盖，并有效的降低了经济成本。

图19为本发明广播信号发射装置的另一个实施例的结构示意图，如图19所示，本实施例的广播信号发射装置包括：第一编码处理模块21、划分处理模块22、基本权向量获取模块23、第一加权处理发射模24、更新模块25和第二加权处理发射模块26。其中，第一编码处理模块21用于对广播信号进行信道编码处理、星座调制处理以及空时频编码处理，获取多路码流信号。基本权向量获取模块23用于获取多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，该基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补；第一加权处理发射模块24用于根据每个基本权向量中的权系数，分别对每个基本权向量对应的子阵列中的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用阵元对第一信号进行发射。更新模块25用于在时间维度或频率维度上对每个基本权向量进行更新处理，获取更新后的权向量；第二加权处理发射模块26用于在不同的时间或频率上根据更新后的权向量，分别对每个子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理得到第二信号，并应用阵元对第二信号进行发射。

在本实施例中，划分处理模块22包括第一处理单元或者第二处理单元或者第三处理单元。其中，第一处理单元用于对单个天线阵列进行逻辑划分处理；第二处理单元用于对多个天线阵列按照间隔距离进行划分处理；第三处理单元用于对极化天线阵列按照极化方向进行划分处理。

在本实施例中，更新模块25可以包括相位获取单元251和更新单元252。其中，相位获取单元251用于获取相位值Δφ；更新单元252用于应用公式w_New＝diag[1 e^jΔφ e^j2Δφ…e^j(M-1)Δφ]·w，对每个基本权向量w＝[w₁，w₂，…w_M]^T进行更新处理，分别获取更新后的权向量。其中，w_New表示更新后的权向量，j为虚数单位，diag[x₁...x_n]表示由x₁至x_n构成的对角阵。

本实施例的广播信号发射装置可以用于执行图2至图17任一方法实施例的技术方案，其实现原理类似，此处不再赘述。

在本实施例中，划分处理模块通过采用不同的划分方法对多天线系统的天线阵列进行划分处理，并获取多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，该基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补，再根据每个基本权向量的权系数，对每个子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理，并应用阵元对加权处理后的信号进行发射。同时，采用相位旋转法对基本权向量进行更新，获取更新后的权向量，并根据更新后的权向量的权系数，对每个子阵列中的阵元上的发射空时频码流进行加权处理得到第二信号，并应用阵元对第二信号进行发射，从而使得多天线系统的发射功率具有更好的等向性，从而进一步保证了所有移动终端能接收到同质量的信号，进而更加有效的实现了多天线系统中广播信号在小区或者扇区的全面覆盖。

图20为本发明广播信号发射装置的又一个实施例的结构示意图，如图20所示，本实施例的广播信号发射装置包括：第二编码处理模块31、划分处理模块32、基本权向量获取模块33、第一加权处理发射模块34、更新模块35和第二加权处理发射模块36。其中，第二编码处理模块31用于对广播信号进行信道编码处理和星座调制处理，获取多路符号流。第一加权处理发射模块34用于根据每个基本权向量中的权系数，分别对每个基本权向量对应的子阵列中的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用阵元对第一信号进行发射。更新模块35用于在时间维度或频率维度上对每个基本权向量进行更新处理，获取更新后的权向量；第二加权处理发射模块36用于在不同的时间或频率上根据更新后的权向量，分别对每个子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理得到第二信号，并应用阵元对第二信号进行发射。

在本实施例中，基本权向量获取模块33可以包括第一基本权向量获取单元331和第二基本权向量获取单元332。其中，第一基本权向量获取单元331用于选取两个模相等的第一权系数，构成两个子阵列中的一个子阵列对应的基本权向量；第二基本权向量获取单元332用于对两个模相等的第一权系数的其中一个取负值，构成两个子阵列中的另一子阵列对应的基本权向量。

更新模块35可以包括第一更新单元351和第二更新单元352。其中，第一更新单元351用于分别对两两互补的多个子阵列中的两个互补子阵列选取两个模相等的第二权系数，构成两个子阵列中的一个子阵列对应的更新后的权向量。第二更新单元352用于对两个模相等的第一权系数的其中一个取负值，分别构成两两互补的多个子阵列中的两个互补子阵列中的另一个子阵列对应的基本权向量。

本实施例的广播信号发射装置可以用于执行图2至图17任意方法实施例的技术方案，其实现原理类似，此处不再赘述。

图21为本发明广播信号发射装置的又一个实施例的结构示意图，如图21所示，本实施例的广播信号发射装置包括：第一编码处理模块41、划分处理模块42、基本权向量获取模块43、第一加权处理发射模块44、OFDM处理模块45、第一更新发射模块46和第二更新发射模块47。其中，第一编码处理模块41用于对广播信号进行信道编码处理、星座调制处理以及空时频编码处理，获取多路码流信号。基本权向量获取模块43用于获取多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，该基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补；第一加权处理发射模块44用于根据每个基本权向量中的权系数，分别对每个基本权向量对应的子阵列中的阵元上的发射信号进行加权处理，并应用阵元对加权处理后的第一信号进行发射；OFDM处理模块45用于对每个子阵列中的阵元上的发射信号进行正交频分复用调制处理，获取每个子阵列中的阵元对应的正交频分复用信号；第一更新发射模块46用于根据每个基本权向量中的第一个权系数对正交频分复用信号进行加权处理得到第二信号，并应用子阵列的第一阵元对第二信号进行发射。第二更新发射模块47用于根据每个基本权向量中的第二权系数至最后一个权系数对正交频分复用信号进行加权处理和延迟处理得到第二信号，并分别应用子阵列的第二阵元至最后一个阵元对第二信号进行发射。

进一步的，该广播信号发射装置还可以包括延迟处理模块，用于依次对每个子阵列中的阵元上加权处理后的信号进行延时处理得到第二信号，并应用阵元对第二信号进行发射。

本实施例的广播信号发射装置可以用于执行图2至图17所示方法实施例的技术方案，其实现原理类似，此处不再赘述。

在本实施例中，通过采用不同的方式对天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列，并获取多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，该基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补，再根据每个基本权向量的权系数，对每个子阵列中的阵元上的发射空时频码流进行加权处理，并应用阵元对加权处理后的第一信号进行发射。从而使得每个子阵列的波束覆盖角度宽、峰均功率比低和具有方向维度互补性，并且通过采用循环延时方法对基本权向量不断进行更新处理，获取更新后的权向量，并根据更新后的权向量的权系数，对每个子阵列中的阵元上的发射空时频码流进行加权处理得到第二信号，并应用阵元对第二信号进行发射，从而使得子阵列的波束方向图上的平均发射功率具有更好的等向性，从而进一步保证了小区内所有移动终端能接收到同质量的信号，进而更加有效的实现了多天线系统中广播信号在小区或者扇区的全面覆盖。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (19)

1.一种广播信号发射方法，其特征在于，包括：

对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列；

获取所述多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，所述基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补；

根据所述每个基本权向量中的权系数，分别对所述每个基本权向量对应的子阵列中的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用所述阵元对所述第一信号进行发射。

2.根据权利要求1所述的广播信号发射方法，其特征在于，所述对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，包括：

对单个天线阵列进行逻辑划分处理；或者

对多个天线阵列按照间隔距离进行划分处理；或者

对极化天线阵列按照极化方向进行划分处理。

3.根据权利要求1或2任一权利要求所述的广播信号发射方法，其特征在于，还包括：

在时间维度或频率维度上对所述每个基本权向量进行更新处理，分别获取更新后的权向量；

在不同的时间或频率上根据所述每个更新后的权向量中的权系数，分别对所述每个子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理得到第二信号，并应用所述阵元对所述第二信号进行发射。

4.根据权利要求3所述的广播信号发射方法，其特征在于，所述在时间维度或频率维度上对所述每个基本权向量进行更新处理，分别获取更新后的权向量，包括：

获取相位值Δφ；

应用公式w_New＝diag[1 e^jΔφ e^j2ΔφL e^j(M-1)Δφ]w，对所述每个基本权向量w＝[w₁，w₂，L w_M]^T进行更新处理，分别获取更新后的权向量；

其中，w_New表示更新后的权向量，j为虚数单位，diag[x₁...x_n]表示由x₁至x_n构成的对角阵。

5.根据权利要求1或2任一权利要求所述的广播信号发射方法，其特征在于，还包括：

依次对所述每个子阵列中的阵元上加权处理得到的所述第一信号进行延时处理得到第二信号，并应用阵元对所述第二信号进行发射。

6.根据权利要求1或2任一权利要求所述的广播信号发射方法，其特征在于，还包括：

对所述每个子阵列中的发射信号进行正交频分复用调制处理，获取每个子阵列对应的正交频分复用信号；

根据所述每个基本权向量中的第一个权系数对所述正交频分复用信号进行加权处理得到第二信号，并应用所述子阵列的第一阵元对所述第二信号进行发射；

根据所述每个基本权向量中的第二权系数至最后一个权系数对所述正交频分复用信号进行加权处理和循环延时处理后得到所述第二信号，并分别应用所述子阵列的第二阵元至最后一个阵元对所述第二信号进行发射。

7.根据权利要求3所述的广播信号发射方法，其特征在于，若对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取两两互补的多个子阵列，并且所述每个子阵列包括两个阵元，所述获取所述多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，所述基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补，包括：

分别对所述两两互补的多个子阵列中的两个互补子阵列，选取两个模相等的第一权系数，构成所述两个互补子阵列中的一个子阵列对应的基本权向量；

对所述两个模相等的第一权系数的其中一个取负值，分别构成所述两两互补的多个子阵列中的两个互补子阵列中的另一个子阵列对应的基本权向量。

8.根据权利要求7所述的广播信号发射方法，其特征在于，若所述子阵列包括两个阵元，所述在时间维度或频率维度上对所述每个基本权向量进行更新处理，分别获取更新后的权向量，包括：

选取两个模相等的第二权系数，构成所述两个子阵列中的一个子阵列对应的更新后的权向量；

对所述两个模相等的第二权系数的其中一个取负值，构成所述两个子阵列中的另一个阵列对应的更新后的权向量。

9.根据权利要求3所述的广播信号发射方法，其特征在于，所述对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列之前，还包括：

对广播信号进行信道编码处理、星座调制处理以及空时频编码处理，获取多路码流信号；或者

对广播信号进行信道编码处理和星座调制处理，获取多路符号流。

10.根据权利要求9所述的广播信号发射方法，其特征在于，所述空时频编码具体包括Alamouti编码、空时分组码、空频分组码、时间切换发射分集或频率切换发射分集。

11.一种广播信号发射装置，其特征在于，包括：

划分处理模块，用于对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取多个子阵列；

基本权向量获取模块，用于获取所述多个子阵列中每个子阵列的基本权向量，所述基本权向量使得每个子阵列的波束峰均功率比低于预设门限，并且使得不同子阵列的波束方向图在方向维度上互补；

第一加权处理发射模块，用于根据所述每个基本权向量中的权系数，分别对所述每个基本权向量对应的子阵列中的阵元上的发射信号进行加权处理得到第一信号，并应用所述阵元对所述第一信号进行发射。

12.根据权利要求11所述的广播信号发射装置，其特征在于，所述划分处理模块包括：

第一处理单元，用于对单个天线阵列进行逻辑划分处理；或者

第二处理单元，用于对多个天线阵列按照间隔距离进行划分处理；或者

第三处理单元，用于对极化天线阵列按照极化方向进行划分处理。

13.根据权利要求11或12任一权利要求的广播信号发射装置，其特征在于，还包括：

更新模块，用于在时间维度或频率维度上对所述每个基本权向量进行更新处理，获取更新后的权向量；

第二加权处理发射模块，用于在不同的时间或频率上根据更新后的权向量，分别对所述每个子阵列的阵元上的发射信号进行加权处理得到第二信号，并应用所述阵元对所述第二信号进行发射。

14.根据权利要求13所述的广播信号发射装置，其特征在于，所述更新模块包括：

相位获取单元，用于获取相位值Δφ；

更新单元，用于应用公式w_New＝diag[1 e^jΔφ e^j2ΔφL e^j(M-1)Δφ]·w，对所述每个基本权向量w＝[w₁，w₂，L w_M]^T进行更新处理，分别获取更新后的权向量；

其中，w_New表示更新后的权向量，j为虚数单位，diag[x₁...x_n]表示由x₁至x_n构成的对角阵。

15.根据权利要求11或12任一权利要求所述的广播信号发射装置，其特征在于，还包括：

延迟处理模块，用于依次对所述每个子阵列中的阵元上加权处理得到的所述第一信号进行延时处理得到第二信号，并应用阵元对所述第二信号进行发射。

16.根据权利要求11或12任一权利要求所述的广播信号发射装置，其特征在于，还包括：

正交频分复用调制处理模块，用于对所述每个子阵列中的发射信号进行正交频分复用调制处理，获取每个子阵列对应的正交频分复用信号；

第一更新发射模块，用于根据所述每个基本权向量中的第一个权系数对所述正交频分复用信号进行加权处理得到第二信号，并应用所述子阵列的第一阵元对所述第二信号进行发射；

第二更新发射模块，用于根据所述每个基本权向量中的第二权系数至最后一个权系数对所述正交频分复用信号进行加权处理和循环延迟处理得到所述第二信号，并分别应用所述子阵列的第二阵元至最后一个阵元对所述第二信号进行发射。

17.根据权利要求13所述的广播信号发射装置，其特征在于，若对多天线系统中的天线阵列进行划分处理，获取两两互补的多个子阵列，并且所述每个子阵列包括两个阵元，所述基本权向量获取模块包括：

第一基本权向量获取单元，用于分别对所述两两互补的多个子阵列中的两个互补子阵列选取两个模相等的第一权系数，构成所述两个子阵列中的一个子阵列对应的基本权向量；

第二基本权向量获取单元，用于对所述两个模相等的第一权系数的其中一个取负值，分别构成所述两两互补的多个子阵列中的两个互补子阵列中的另一个子阵列对应的基本权向量。

18.根据权利要求17所述的广播信号发射装置，其特征在于，所述更新模块包括：

第一更新单元，用于选取两个模相等的第二权系数，构成所述两个子阵列中的一个子阵列对应的更新后的权向量；

第二更新单元，用于对所述的两个模相等的第二权系数的其中一个取负值，构成所述两个子阵列中的另一个阵列对应的更新后的权向量。

19.根据权利要求13所述的广播信号发射装置，其特征在于，还包括：

第一编码处理模块，用于对广播信号进行信道编码处理、星座调制处理以及空时频编码处理，获取多路码流信号；或者

第二编码处理模块，用于对广播信号进行信道编码处理和星座调制处理，获取多路符号流。

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