CN105322993B

CN105322993B - 一种广播波束赋形方法

Info

Publication number: CN105322993B
Application number: CN201410363258.8A
Authority: CN
Inventors: 张瑞; 吕伯轩
Original assignee: Putian Information Technology Co Ltd
Current assignee: Putian Information Technology Co Ltd
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2018-08-10
Anticipated expiration: 2034-07-28
Also published as: CN105322993A

Abstract

本申请公开了一种广播波束赋形方法，在对待微调的赋形矢量w进行微调时，利用遍历阶数n对相角的调整幅度采用逐渐增加的方式进行控制。采用本发明，可以明显地提高获得满足性能要求的赋形矢量的搜索效率，进而可以有效提高广播波束赋形的效率。

Description

一种广播波束赋形方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别是涉及一种广播波束赋形方法。

背景技术

在无线通信系统中，基站搭载的智能天线的广播波束由单元波束综合而成。基站在进行数据发送时需要根据广播波束赋形权值对数据进行处理。在智能天线出厂时厂家均会给出该天线对应的广播波束赋形权值，该权值合成的广播波束以法线方向对称，且对波束宽度等具有严格要求。这种权值对于大多数的组网场景可以直接使用，但是对于某些特殊场景，比如不对称覆盖场景，会带来一些干扰问题。这样就需要根据实际应用场景对广播波束赋形权值进行快速优化，生成具有针对性且满足天线性能指标的广播波束赋形权值。

目前提出了一种广播波束赋形权值的优化调整方法，该方法中先根据主波束指向生成业务赋型矢量w1，再利用该w1对w2进行一次修正，即：将该w1与天线厂家给出的广播赋形矢量w2相乘得到广播赋形矢量初始修正值w；然后对w进行手动微调即二次修正，直到满足天线性能指标。

上述优化调整方法中，在得到w后需要由运维人员根据经验对其进行微调整，因此，需要耗费较大人工成本，且速度较慢。若考虑不用人工，而是自动运行传统的穷搜索算法，则在较多未知参数都可调的情况下，势必需要较大的搜索计算量，导致较长的搜索时间，进而会影响广播波束赋形的效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种广播波束赋形方法，该方法可以有效提高广播波束赋形的效率。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种广播波束赋形方法，包括：

a、基站根据待微调的赋形矢量w生成水平面综合广播波束F；

b、判断所述水平面综合广播波束F的天线指标是否满足预设的天线性能要求；如果是，则将所述赋形矢量w确定为当前用于波束赋形的赋形矢量，执行步骤f；否则，执行步骤c；

c、对于所述w中的每个赋形因子，计算该赋形因子对应的幅值A_i和相角将遍历阶数n初始化为1；

d、在各相角的最大调整幅度为的范围内，采用穷搜索的方式，遍历各所述相角，按照预设的调整步长对各所述相角进行调整，直至调整后所获得的赋形矢量wt对应的水平面综合广播波束的天线指标满足所述天线性能要求，或者各相角的调整幅度均达到

e、如果当前所述wt对应的水平面综合广播波束的天线指标满足所述天线性能要求，则将所述wt确定为当前用于波束赋形的赋形矢量；否则，判断所述n是否等于预设的阶数阈值N，如果等于，则确定赋形矢量微调失败，结束所述方法；如果不等于，则n＝n+1，执行步骤d；

f、所述基站利用当前用于波束赋形的赋形矢量对当前的待发送数据进行波束赋形并发射。

综上所述，本发明提出的广播波束赋形方法，在对待微调的赋形矢量w进行微调时，利用遍历阶数n对相角的调整幅度采用逐渐增加的方式进行控制，这样，可以明显地提高了获得满足性能要求的赋形矢量的搜索效率，从而可以有效提高广播波束赋形的效率。

附图说明

图1为本发明实施例一的流程示意图；

图2为本发明对赋形矢量的N阶穷搜索与传统方法的搜索时间比值曲线图。

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。

本发明的核心思想是：通过研究发现，满足性能的相角通常在原相角周围出现，基于此，在对待微调的赋形矢量w进行微调时，对相角的调整幅度采用逐渐增加的方式进行控制，这样，可以明显地提高了获得满足性能要求的赋形矢量的搜索效率，从而可以有效提高广播波束赋形的效率。

图1为本发明实施例一的流程示意图，如图1所示，该实施例所实现的广播波束赋形方法主要包括：

步骤101、基站根据待微调的赋形矢量w生成水平面综合广播波束F。

本步骤中，所述待微调的赋形矢量w同现有系统一样，是由根据主波束指向生成的业务赋型矢量w1与天线厂家给出的广播赋形矢量w2相乘后得到的广播赋形矢量初始修正值。所述w和F的具体生成方法为本领域人员所掌握，在此不再赘述。

步骤102、判断所述水平面综合广播波束F的天线指标是否满足预设的天线性能要求；如果是，则执行步骤103；否则，执行步骤104。

步骤103、将所述赋形矢量确定为当前用于波束赋形的赋形矢量；执行步骤111。

本步骤中，在待微调的赋形矢量w对应的所述水平面综合广播波束F的天线指标满足预设的天线性能要求时，不需要再对w进行微调了，因此，可以直接将其作为当前用于波束赋形的赋形矢量。

步骤104、对于所述w中的每个赋形因子，计算该赋形因子对应的幅值A_i和相角将遍历阶数n初始化为1。

步骤105、在各相角的最大调整幅度为的范围内，采用穷搜索的方式，遍历各所述相角，按照预设的调整步长对各所述相角进行调整，直至调整后所获得的赋形矢量wt对应的水平面综合广播波束的天线指标满足所述天线性能要求，或者各相角的调整幅度均达到

本步骤中，通过在各相角的最大调整幅度为的范围内进行穷搜索，实现对各相角的微调。

较佳地，本步骤在进行调整时，可以采用对相角进行递增或递减的方式实现。

下面以四天线的智能天线为例，对本步骤的具体实现进行举例说明：

步骤x1、按照Iter＝2ⁿ，设置遍历次数参数Iter，按照i1＝1，初始化第一相角遍历参数i1。

步骤x2、如果当前满足：i1<＝Iter，则初始化第二相角遍历参数i2＝1，执行步骤x3；否则，执行步骤106。

步骤x3、如果当前满足：i2<＝Iter，则初始化第三相角遍历参数i3＝1，执行步骤x4；否则，i1＝i1+1，执行步骤x2。

步骤x4、如果当前满足：i3<＝Iter，则初始化第四相角遍历参数i4＝1，执行步骤x5；否则，i2＝i2+1，执行步骤x3。

步骤x5、如果当前满足：i4<＝Iter，则执行步骤x6；否则，i3＝i3+1，执行步骤x4。

步骤x6、按照计算当前相角ph，并利用所述ph和所述待微调的赋形矢量w的幅值A，按照合成新的赋型矢量wt，其中，A＝[A₁ A₂ A₃ A₄]；生成所述赋型矢量wt的水平面综合广播波束F′。

本步骤中水平面综合广播波束F′的获得可采用现有方法实现，在此不再赘述。

步骤x7、判断所述水平面综合广播波束F的天线指标满足所述天线性能要求，如果是，则执行步骤106，否则，i4＝i4+1，执行步骤x5。

利用上述步骤x1～x7，可以实现对相角进行递减式的调整，相角的调整幅度受限于Iter＝2ⁿ，这样，由于n是由小至大逐渐增加的，因此，可以实现对相角调整的由小至大的控制，由于在实际应用中满足性能要求的相角，通常在原相角周围，因此，采用上述可以提高搜索效率。在实际应用中，并不限于上述递减式的调整方式，例如递增式的，在此不再赘述。

步骤106～110、如果当前所述wt对应的水平面综合广播波束的天线指标满足所述天线性能要求，则将所述wt确定为当前用于波束赋形的赋形矢量，执行步骤111；否则，判断所述n是否等于预设的阶数阈值N，如果等于，则确定赋形矢量微调失败，结束所述方法；如果不等于，则n＝n+1，执行步骤105。

步骤111、所述基站利用所述当前用于波束赋形的赋形矢量，对当前的待发送数据进行波束赋形并发射。

本步骤的具体实现同现有系统，在此不再赘述。

从上述方案中可以看出，本发明与传统的穷搜索算法相比，多了最外面一层对遍历阶数n的控制，遍历次数以2的幂次增加的循环(传统方法会固定遍历次数为第N阶取值Iter＝2^N)。如此，可以确保相角的调整幅度的扩大是循序渐进的，这样做的原因是：

在固定调整范围和步长下，满足性能的相角在原相角周围出现的概率较大，但为了保证搜索成功率，又不能简单将最大遍历次数2^N减小，因此考虑在搜索过程中，逐渐尝试更大的遍历范围，对应阶数从1到N递增；

以4个相角为例，对第n阶搜索，4个相角遍历的总搜索次数为2⁴ⁿ，可知每一阶的搜索次数为后一阶的1/16。因此即使满足性能的相角，在离原相角较远的位置出现，如极限情况，导致在第N阶才能搜索成功，或者一直未搜索成功，那么完成所有搜索的时间，该分N阶穷搜索算法，相对于原直接按2^N次穷搜索4个相角的算法，所多花费的时间，也只占原最大搜索时间的1/16多一点，对整体搜索时间的影响并不大。但若在小于N阶时搜索成功，则可获得较明显的搜索效率的提升。

下面一本发明的一仿真示例，对上述技术效果做进一步的阐述：

设定主波束指向θ可变，穷搜索最大阶数N为7，递减步长为0.5度，则N阶穷搜索与固定遍历次数为2^N的传统穷搜索的搜索时间比较如下表示：

θ(度)	85	88	91	94	97	100	102
								N阶穷搜索(s)	122.67	0.016	46493	15.51	1.17	16.08	220.27
传统穷搜索(s)	7051	0.016	44002	57.78	28.2	38.63	114.45
								N阶/传统	0.0174	1.0000	1.0567	0.2684	0.0415	0.4163	1.9246

表1

将表1的最后一行按照主波束指向绘图可以得到图2所示的N阶穷搜索与传统穷搜索的搜索时间的比值曲线。

从图2中可见，设置的7个主波束指向，除102度时N阶穷搜索时长比传统穷搜索时长长一倍左右，88度和91度时两种搜索算法长度基本一致，其它4个角度的主波束指向下，本发明的N阶穷搜索方法的搜索时长都比传统穷搜索算法，有明显减少，大致为传统搜索时长的5％到50％左右。

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

1.一种广播波束赋形方法，其特征在于，包括：

a、基站根据待微调的赋形矢量w生成水平面综合广播波束F；

d、在各相角的最大调整幅度为的范围内，采用穷搜索的方式，遍历各所述相角，按照预设的调整步长对各所述相角进行调整，直至调整后所获得的赋形矢量wt对应的水平面综合广播波束的天线指标满足所述天线性能要求，或者各相角的调整幅度均达到其中，所述赋形矢量wt根据调整后的相角和所述幅值A_i得到；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整的策略为对相角进行递增或递减调整。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述赋形矢量w的赋形因子数量为4。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤d中的所述调整包括：

x1、按照Iter＝2ⁿ，设置遍历次数参数Iter，按照i1＝1，初始化第一相角遍历参数i1；

x2、如果当前满足：i1<＝Iter，则初始化第二相角遍历参数i2＝1，执行步骤x3；否则，执行步骤e；

x3、如果当前满足：i2<＝Iter，则初始化第三相角遍历参数i3＝1，执行步骤x4；否则，i1＝i1+1，执行步骤x2；

x4、如果当前满足：i3<＝Iter，则初始化第四相角遍历参数i4＝1，执行步骤x5；否则，i2＝i2+1，执行步骤x3；

x5、如果当前满足：i4<＝Iter，则执行步骤x6；否则，i3＝i3+1，执行步骤x4；

x6、按照计算当前相角ph，并利用所述ph和所述待微调的赋形矢量w的幅值A，按照合成新的赋型矢量wt，其中，A＝[A₁ A₂ A₃ A₄]；生成所述赋型矢量wt的水平面综合广播波束F；

x7、判断所述水平面综合广播波束F的天线指标满足所述天线性能要求，如果是，则执行步骤e，否则，i4＝i4+1，执行步骤x5。