[发明专利]波束赋形方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线阵列系统，尤其涉及一种波束赋形方法和波束赋形装置。

背景技术

用于传输和接收无线电波的天线，已经被广泛的用于一些系统中，例如电信、无线局域网(WLANs)、电视广播和雷达等。因为一个单独的天线有很多的缺陷，例如它提供的方向性的值低，因此天线阵列得到了发展，其中每个天线阵列由多个单独的天线即天线单元组成。

在天线阵列中，通过以处于特定角度的信号相长干涉而处于非特定角度的信号相消干涉的方式组合天线单元，波束赋形技术可以实现良好的空间选择性，因此波束赋形技术近几十年得到快速发展。

为了实现波束赋形，已经提出了很多方法，例如：凸优化、正交法和元启发式方法。在这些波束赋形方法中，凸优化能够实现旁瓣衰减最大化和主瓣波动最小化的优化目标，但是不能用于实现匹配给定的波束方向图的优化目标。相反，正交法可以用于实现某些情况下的波束方向图的匹配问题，例如，在可以完整地获取目标波束方向图的情况下。但是如果不能准确的获得目标波束方向图，例如，该目标可以靠近而不能获得，或者如果优化目标是使旁瓣衰减最大和使主瓣波动最小，那么用正交法就不能得到一个令人满意的结果。也就是说，凸优化和正交法的应用都不广泛。

作为另一种波束赋形方法，元启发式方法包括遗传算法(GA)、差分进化算法(DEA)、还有粒子群优化等等。尽管元启发式方法可以实现上面所提到的两个优化目标，并且由此而有广泛的应用范围，但是这种方法计算速度低，使得该方法在天线阵列领域不实用。

因此，有必要开发一种波束赋形方法和波束赋形装置，不仅有广泛的应用范围，而且计算速度快。

发明内容

本发明一些方面是针对一种兼具广泛的应用范围及快速的计算速度的波束赋形方法。

本发明的另一些方面是针对一种兼具广泛的应用范围及快速的计算速度的波束赋形装置。

根据本发明的一些方面，一种波束赋形方法包括：

初始化天线阵列中的阵列单元的数据，并以该初始化数据为基础计算当前波束方向图；

计算当前波束方向图和目标波束方向图之间的差值，并利用数值方法，依次从第一个阵列单元到最后一个阵列单元，分别针对每个阵列单元确定使所述差值最小化的数据，并保持其他阵列单元的数据不变，并且用确定的数据替代之前的数据；

通过确定的数据生成一个波束赋形矢量，同时利用波束赋形矢量生成待传输的信号。

在一实施例中，该波束赋形方法进一步包括，重复确定数据这一步骤，直到当前差值和之前的差值之差小于预先设定的阀值为止。

在另一实施例中，该波束赋形方法进一步包括，如果优化目标不包括目标波束方向图，则基于优化目标来建立目标波束方向图。

根据本发明的另一些方面，一种波束赋形装置包括：

输入接收单元，用于接收目标波束方向图；

数据初始化单元，用于初始化天线阵列图中的阵列单元的数据，并基于该初始化数据计算当前波束方向图；

数据计算单元，用于计算从数据初始化单元输出的当前波束方向图和从输入接收单元输出的目标波束方向图之间的差值，并利用数值方法，依次从第一个阵列单元到最后一个阵列单元，分别针对每个阵列单元确定使所述差值最小化的数据，并保持其他阵列单元的数据不变，并且用确定的数据替代之前的数据；

波束赋形矢量生成单元，用于利用从数据计算单元发送来的确定的数据，生成波束赋形矢量；

信号生成单元，用于利用由波束赋形矢量生成单元发送来的波束赋形矢量，生成待传输的信号。

在一实施例中，该波束赋形装置进一步包括阀值预设单元，用于预先设定一个阀值，数据计算单元进一步用于重复确定数据这一步骤，直到当前差值和之前的差值之差小于从阀值预设单元输出的预先设定的阀值为止。

在另一实施例中，如果优化目标不包括目标波束方向图，则输入接收单元可进一步基于优化目标来建立目标波束方向图。

因为一个目标波束方向图是首先确定的，如果能够获取该目标波束方向图，通过上述的波束赋形方法和波束赋形装置，则可以实现波束方向图匹配的优化目标。即使目标波束方向图不能获得而只能靠近，则由于在一实施例中使用了迭代方法，而不是像正交法中的直接计算，因此也能得到良好的结果。所以，与正交法相比，该方法具有广泛的应用范围。