[发明专利]TDMA通信系统中阵列天线多波束成形方法及装置

摘要

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。

主权项

1.一种时分多址(TDMA)通信系统中阵列天线多波束成形方法，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阵元的收发共享天线发送和接收信号，其中任意一个用户的阵列天线形成K个波束(K＝1～M)的方法，其特征在于：(1)其接收端包括有：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101单元和102单元处理后，输出N个基带复数字信号，送到相应的103单元；步骤102：N个信号分别在N个103单元中进行时分分接，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{X_i(t)，t＝1：L_slot}|_t＝1：K＝{[x_i，1(t)x_i，2(t)…x_i，N(t)]，t＝1：L_slot}|_i＝1：K各子帧信号都相继地排列为无穷长的矢量序列步骤103：将第i个矢量序列送到第i个104单元中，采用自适应波束成形方法进行自适应迭代权值更新，每一采样时刻t输出一个N维的权矢量用于合成第i个波束的输出信号，即其中权矢量序列也是由各相应时隙的L_slot长权矢量序列{W_i，q(τ)，q＝0：∞；τ＝1：L_slot}相继排列而成，即则在不断的自适应迭代过程中，所得接收信号{Y_i(t)}|_i＝1：K收敛于K个波束的正确输出；(2)其发送端包括有：基带复信号产生单元(201)、数模转换单元(202)、正交载波调制单元(203)、射频信号放大单元(204)；其发送多波束成形的信号处理步骤如下：步骤201：对于要发送给K个用户的信息，分别送到相应的201单元，各输出一个基带复信号并将它们都划分为每段L_slot个样点的信号段，即步骤202：对于要发送给第i个用户(i＝1：K)的信号{U_i，q(τ)}，将它乘以接收端在104单元中自适应迭代权值更新所得权矢量{W_i，q(τ)，q＝0：∞；τ＝1：L_slot}，得到一个L_slot长的N维信号矢量序列即第q帧、第i个时隙所对应的矢量序列为步骤203：将送到第n个(n＝1：N)由相应的202单元、203单元、204单元构成的发送信号处理通道，变为射频信号后经双工耦合器送到第n个天线阵元在第q帧的第i时隙中进行发射。