[发明专利]智能天线的波束赋形方法及基带信号处理器

说明书

技术领域

本发明涉及智能天线技术领域，特别是，提供一种智能天线的波束赋形 方法，以及实现此方法的基带信号处理器。

背景技术

智能天线（SA）是移动通信系统中抗多径衰落的关键技术，它使基站 （NodeB）收发信机工作于选择性接收和发射状态，减少了多径衰落，其实质 是空间域自适应滤波技术。智能天线通常被定义为一种安装于移动无线接入 系统基站侧的天线阵列，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元， 获取基站和用户设备（UE）之间各个链路的方向特性。

智能天线采用波束赋形技术提高空间滤波效果，波束赋形一定程度上还 具有抗多径效果。波束赋形的基本原理是通过改变各天线单元的权重，在空 间形成方向性波束，主波束对期望UE的信号进行跟踪，而在干扰UE方向形 成零陷，这样就大大降低了系统的干扰，提高了频率利用率。目前，在NodeB 设备中的基带信号处理器中完成全部基带数字信号的处理功能，包括波束赋 形算法。此基带信号处理器使用软件无线电的概念，主要工作是在单片机 （MCU）、数字信号处理器（DSP）和可编程逻辑器件（FPGA或CPLD）等 通用硬件平台上完成。

目前智能天线的波束赋形算法主要包括以下两种：

1）特征向量法（Eigenvalue Based Beamforming，EBB）

EBB算法的基本思路是：对于整个波束空间，找到使接收信号功率最大 的赋形权矢量，通过对用户空间相关矩阵进行特征分解，找到最大特征值对 应的特征向量即为权矢量。

可见，EBB算法是一种自适应的波束赋形算法，方向图没有固定的形状， 随着信号及干扰而变化。其原则是使期望用户接收功率最大的同时，保证对 其他用户干扰最小。

2）波束扫描法（Grid of Beam，GOB）

GOB算法是利用信道的空域参数，使NodeB实现下行指向性发射。GOB 算法的基本思路是：将整个空间分为L个区域，并为每个区域设置一个初始 角度；以各个区域的初始角度的方向向量为加权系数，计算接收信号功率， 然后找到最大功率对应的区域，再将该区域的初始角度当作估计的到达角。 利用上下行信道对称的特点，确定赋形角度。

可见，GOB算法是一种固定波束扫描方法，对于固定位置的用户，其波 束指向是固定的，波束宽度也随着天线阵元数目而确定；当用户在小区移动 时，它通过测量确定用户信号来波方向（DOA），然后根据信号来波方向选 取预先设定的波束赋形系数进行加权，将方向图的主瓣对准用户方向，从而 提高用户的信噪比。

两种算法相比，EBB得到的是全局最优解，而GOB得到的是局部最优解； 在城区，无线传播环境很恶劣，EBB算法的优势更加明显。目前包括上述两 种算法在内，波束赋形都是利用信道上下行对称的特点，基于上行天线计算 得到的特征向量用于确定下行各天线的波束赋形系数。

由于智能天线阵元数较多，对天线上下行通路性能的检测和天线校准是 运行维护的一项重要工作。但是，在实际网络运行中，不可避免会发生个别 天线通路故障的情况，天线数目的减少会对下行波束赋形带来不良影响，特 别是出现故障的天线通路上下行不对称的情况，采用目前基于上下行对称特 性的天线赋形算法势必不够准确。

例如，现假设存在编号0-7对天线，由于某种原因导致编号0的上行通路 损坏、编号为7的下行通路损坏。那么，按照现有的波束赋形算法，在上行 处理时，会计算编号1-7的天线特征矢量；在下行波束赋形时，会利用上行编 号1-7的天线特征矢量，但是由于编号7的下行故障，那么只能基于编号1-6 天线进行下行波束赋形。可见，当出现这种情况时，上行是基于编号1-7共7 根天线得出特征矢量的，而下行则仅基于编号1-6共6根天线进行波束赋形， 不能满足波束赋形原理需要满足的上下行对称性的原则。

可见，对于出现部分天线故障的情况，如果采用现有波束赋形算法，会 导致下行波束不能对准UE、被赋形UE的接收功率降低，并增加对其他UE 的下行干扰的后果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供智能天线的波束赋形方法和基带信号处理器，在 部分天线出现故障时，保证下行波束赋形的准确性。

为此，本发明采用如下技术方案：