[发明专利]TDMA通信系统中阵列天线多波束成形方法及装置

说明书

本发明公开一种用于时分多址(TDMA)通信系统的阵列天线多波束成形的装置及方法；解决现有波束成形技术需要采用训练序列、复杂度高、时变特性差等问题。该装置包括：N阵元的阵列天线、N个射频及基带信号处理通道、M个自适应波束成形计算单元。该装置基于接收信号实现指向M个移动用户的波束成形，发送端利用同一组权系数进行发射波束成形。其自适应波束成形方法的特征在于：N个权系数在进行自适应更新时，其中某一个始终等于1，而其余N‑1个的模值保持为1。它不仅不需训练序列，也不必对帧头进行除同步以外的信号处理；因此其复杂度低、收敛速度快、波束跟踪移动用户的实时性好，而且各个波束都能获得完全的阵列处理增益。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步说，涉及一种基于时分多址TDMA通信系统中阵列天线多波束成形方法及其装置。

背景技术

波束成形作为阵列信号处理的关键技术之一，在通信、雷达和声呐等领域有着广泛的应用。波束成形就是对感兴趣方向的信号形成波束的主波瓣且衰减其它方向的干扰。在蜂窝网式移动通信、地空通信、多用户协作通信等领域，智能型阵列天线技术的重要性十分显著，其中阵列天线波束成形技术是最重要的基本技术。自适应波束成形，可提高天线增益改善链路特性，可通过快速跟踪对准目标方向，扩大通信覆盖范围，扩展用户容量，因此其意义十分重大。

国家发明专利“一种多波束相控天线系统”(申请公布号：CN 105896079 A)公开了一种多波束相控阵天线系统，该系统由M阵元天线阵列、M选N开关组件，N通道滤波组件、N通道功放、低噪声组件、N通道变频组件和N通道基带处理组件组成。该系统利用平面定向天线组成圆阵，结合天线选择进行波束赋形，可生成M个波束实现水平360°覆盖。该发明具有多波束全覆盖，瞬时点波束互通的功能，体积小，重量轻。但其采用利用开关组件波束扫描的方法实现多波束全覆盖，跟踪和对准移动用户的实时性、灵活性不足。此外，目前已有的阵列天线在实现多个波束同时对准移动用户时其硬件复杂度可能很高；而且同时跟踪多个目标的自适应波束成形方法，通常都需要有训练序列，需要付出较大的频带利用率代价。

针对以上问题，本发明提出一种不依赖训练序列、能适时地跟踪对准多个移动用户、低复杂度、易于硬件实现的多波束成形方法及装置。.

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提出一种时分多址TDMA通信系统中阵列天线多波束成形方法及装置，解决现有自适应波束成形技术需要依赖训练序列、设备复杂度高、时变特性差等问题，具有无需训练序列开销、设备和计算复杂度都很低、波束跟踪移动用户实时性好、各个波束均可获得完全阵列处理增益等优点。

A.总体结构原理和方法描述

本发明是一种用于TDMA通信系统中阵列天线多波束成形的方法及装置，对于给定的通信频带B，每帧时长为T_frm，每帧划分为M个时隙(M＝4～32)，M个用户分别在指定的时隙中采用N阵元(N＝2～16)的收发共享天线发送和接收信号。

该系统接收端包括有：N个射频-中频-基带信号处理单元(101)、N个正交下变频及采样量化单元(102)、N个时分分接单元(103)、K个自适应波束成形计算单元(104)；其多波束自适应成形的信号处理步骤如下：

步骤101：N个天线阵元所接收到的N路信号，分别通过相应的射频-中频-基带信号处理单元(101)和正交下变频及采样量化单元(102)处理后，输出N个基带复数字信号，送到相应的时分分接单元(103)。

步骤102：N个信号分别在N个时分分接单元(103)中进行时分分接，各输出K个长度都为L_slot个样点的子帧信号{x_i，n(t)；i＝1：K，t＝1：L_slot}|n＝1：N，其中L_slot为每帧每个时隙包含的样点个数，将这KN个子帧信号看作是K个N维的矢量序列，即