专利名称：一种td－scdma系统仿真中智能天线的实现方法
技术领域：
本发明涉及智能天线技术，尤指一种TD-SCDMA系统仿真中智能天线的实现方法。
背景技术：
智能天线是一种空分多址技术，用于在空间上区分不同的用户。实际应用中，智能天线设置在服务基站处，能同时形成多个窄波束，每个窄波束指向该服务基站的某个接入用户，并在该接入用户发生移动时自适应地对其进行跟踪，从而在服务基站和接入用户之间建立一条能量相对集中的无线链路，故智能天线能够有效地抗衰落、抗干扰，并能够增加系统容量。基于上述优点，智能天线被普遍应用在TD-SCDMA系统中。
智能天线的工作原理是以多个高增益的窄波束动态跟踪对应的多个期望用户，在接收模式下，将天线方向图的主瓣对准有用信号的方向，并抑制来自窄波束之外的干扰信号；在发射模式下，使得该天线方向图所对应的用户接收到的信号功率最大，并确保窄波束照射范围以外的其它用户受到的干扰最小。在智能天线的设计中，为使实际使用的智能天线更接近所需的理想工作状态，一般应通过仿真考察智能天线在TD-SCDMA系统中的工作情况，再根据仿真结果对智能天线的性能和参数进行调整和优化，使得设计出来的智能天线能够符合实际应用的需要。
由于智能天线的构成较为复杂，目前采用的仿真方法一般只是简化地对智能天线进行近似，或者直接将智能天线处理为一般天线。比如在TD-SCDMA系统仿真中，上行链路采用多用户检测因子抵消部分小区内的干扰，下行链路使用平均天线增益，以此仿真出智能天线在TD-SCDMA系统中的作用。但是，上述方法较为粗糙，不能充分体现智能天线的特点，以及智能天线在整个TD-SCDMA系统中的工作情况。按照上述近似处理的方法，无法准确描述出实际环境下的智能天线，更无法满足TD-SCDMA系统仿真对于智能天线的精度要求，使得仿真无法得到较好的效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种TD-SCDMA系统仿真中智能天线的实现方法，根据智能天线的特点，在建模时生成更为准确、精度较高的智能天线，以满足TD-SCDMA系统仿真的要求。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的一种TD-SCDMA系统仿真中智能天线的实现方法，该方法包括根据智能天线的类型划分发射区域，设置每个发射区域的天线方向图并逐一记录在数据文件中；根据接入用户的角度位置，确定该接入用户所在的发射区域，从数据文件中读取该发射区域的天线方向图，计算所述TD-SCDMA系统的功率信息。
所述划分发射区域并设置每个发射区域的天线方向图的步骤具体为根据计算精度将智能天线的覆盖区域划分为一个以上的发射区域，并根据智能天线的对称性，从上述发射区域中选出至少一个参考区域，测量出所选的参考区域中所有角度的天线增益，形成该参考区域的天线方向图，并按照对称性确定出上述发射区域中除参考区域之外的其它区域的天线方向图。
所述将天线方向图记录在数据文件中的步骤具体为在数据文件中为每个天线方向图设置一个数据项；每个数据项顺序记录对应天线方向图的所有角度的天线增益，或者将对应天线方向图的最大增益记录在数据项的首位，再从最大增益所在的角度开始顺序存储其它角度的天线增益。
所述功率信息为上行发射功率时，计算功率信息的步骤具体为根据接入用户所处的发射区域，从天线方向图中查找到该发射区域的最大增益，并在所述接入用户的实际发射功率中增加该最大增益，获得该接入用户的上行发射功率。
所述功率信息为下行发射功率时，计算功率信息的步骤具体为根据接入用户所处的发射区域，从天线方向图中查找到该发射区域的最大增益，并在服务基站对所述接入用户的实际发射功率中增加该最大增益，从而获得该接入用户的下行发射功率。
所述功率信息为干扰功率时，计算功率信息的步骤具体为根据接入用户所处的发射区域，查找到该发射区域的天线方向图，从中获取与干扰信号的角度对应的天线增益，并在干扰信号的实际干扰功率中增加该天线增益，从而获得该干扰信号产生的干扰功率。
所述干扰功率为上行干扰功率或下行干扰功率。
所述智能天线的类型包括圆形阵、线形阵和弧形阵。
由上述技术方案可见，本发明的这种TD-SCDMA系统仿真中智能天线的实现方法，能够按照精度要求对实际使用的智能天线进行建模描述，根据所描述的智能天线执行TD-SCDMA系统仿真，计算出采用智能天线的TD-SCDMA系统的功率信息。
该方法由于充分考虑到智能天线的特点和工作原理，故仿真结果准确、可信；并且，该方法使用简单，适用于各种类型的智能天线，能很好地提高仿真效率和计算速度。
图1为本发明的TD-SCDMA系统仿真中智能天线的实现流程；图2为本发明一个较佳实施例中主瓣方向分别为0°和55°的天线方向图；图3为本发明一个较佳实施例中发射区域的划分示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
对于实际使用的智能天线而言，需要先估计接入用户的来波方向，再通过调节各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列天线的方向图，从而将天线方向图的主瓣指向接入用户，将旁瓣或者零陷指向干扰方向，即智能天线是自适应的。但是，根据用户信息计算权值来生成天线方向图复杂耗时，在仿真中也是没有必要的。为此，本发明使用固定形状的天线方向图确定各个方向的天线增益，每个方向的天线增益都可通过测量获得，从而避免了对智能天线执行加权计算，极大地提高了仿真速度。图1为本发明的TD-SCDMA系统仿真中智能天线的实现流程，包括以下步骤步骤101、根据智能天线的类型划分发射区域，并为每个发射区域设置一个固定的天线方向图。
在较小的角度范围内，天线方向图的形状变化并不明显，即可以近似地认为某个小角度范围内具有相同的天线方向图的形状，亦即在这个角度范围内可以使用同一组天线增益。所述天线增益可以是以dBi表示的波束赋形增益，或者天线阵的总增益，或者用负偏移形式表示的相对增益，即以最大增益作为单位增益，其它增益取与最大增益比较得到的相对值。
但是，一旦角度超出一定范围，天线方向图的形状就不相同了。比如，对于具有多个扇区的小区而言，所采用的智能天线为线形阵，对准不同水平方向的天线方向图的形状差别较大，如图2所示，主瓣方向分别为0°和55°的天线方向图的形状是不同的，主瓣宽度和最大增益等参数也有较大差别。如果只采用一个固定形状的天线方向图，就不能很好地仿真出该小区中使用的智能天线。这样，在设置智能天线的天线方向图时，可以按照精度要求，将智能天线的整个覆盖区域按照角度划分为一个以上的发射区域，同一个发射区域的所有用户使用相同的天线方向图。
实际应用中，可以先获得整个覆盖区域的若干个天线方向图，再划分发射区域；也可以根据精度要求先划分发射区域，再分别获取对应发射区域的天线方向图。发射区域的划分遵循两个原则，一是保证该发射区域内的天线方向图变化不大，也就是说在该发射区域的不同角度上，虽然天线方向图的主瓣指向发生了变化，但是天线方向图的形状没什么变化；二是将天线方向图的主瓣方向设置在发射区域的中心。发射区域划分的越小，智能天线的建模结果越准确，相对地，就会在一定程度上降低仿真的运算速度。对于精度要求较高的情况，可以按照单位度数划分发射区域，即在每度使用一个单独的天线方向图。
TD-SCDMA系统中采用的智能天线全向的是圆形阵，扇区的是线形阵，还有弧线阵等，这些智能天线都是对称的阵列。对于具有对称性的智能天线阵列，整个覆盖区域的天线方向图基于对称轴保持对称，故建模时可以仅测量对称轴两边中任一边的天线方向图。
比如，对于3扇区线形阵的其中一个扇区，该扇区的角度为120°。将其划分为23个发射区域，并按照对称关系测量出主瓣方向分别在0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°和55°上的12个参考区域的天线方向图。其中，主瓣方向为0°的天线方向图与该线形阵垂直，即该天线方向图的效果最好，故将主瓣方向为0°的天线方向图对准扇区中央。表一显示的是该扇区的所有天线方向图，另外两个扇区的设置与此相同，此处不再赘述。
表一上表中，H55表示在偏离扇区中心55度的角度位置测得的天线方向图，H表示该天线方向图为水平方向图。与表一对应的，所述3扇区线形阵的发射区域划分如图3所示，比如标号为301的发射区域1和标号为305的发射区域23使用的是H55，标号为302的发射区域2使用的是H50，标号为303的发射区域3使用的是H45，标号为304的发射区域12使用的是H00，该图中只画出每个天线方向图的主瓣。以上描述均以水平方向图为例，在垂直方向上也可以采用相同的方法建模得到智能天线，此处不再赘述。
本发明的建模方式适用范围较广，比如可以用于各种全向天线，或多扇区天线等。由于全向天线的对称性好，可以将其八等分，每个等分为45度，并只对其中的一个等分划分发射区域并设置天线方向图，其余等分可采用相同的方法进行设置。所述多扇区天线指的是三扇区天线或四扇区天线等，这种类型的智能天线每个扇区的设置都是相同的。
步骤102、生成数据文件，存储所设置的所有发射区域的天线方向图。
所述数据文件存储在计算机中，每个数据项对应记录有一个发射区域号和该发射区域上使用的天线方向图在各个角度上的天线增益G(θ0)～G(θk)。其中，k指的是存在天线增益的角度范围，一般可以取360°。对于带理想反射板的三扇区天线，k取120°或180°等。
比如，对于表一所示的智能天线，数据文件的存储格式如下发射区域1G1(θ0)，G1(θ1)，G1(θ2)，......，G1(θk)；发射区域2G2(θ0)，G2(θ1)，G2(θ2)，......，G2(θk)；发射区域23G23(θ0)，G23(θ1)，G23(θ2)，......，G23(θk)。
但是，这种存储方式存在以下缺点在使用上述智能天线的天线方向图时，根据接入用户所在的角度位置确定出该用户当前位于的发射区域后，需要查找该发射区域的最大增益所在的角度，才能将该天线方向图的主瓣指向接入用户。当用户数目较多时，上述查找过程较为耗时，会降低TD-SCDMA系统的仿真效率。
为此，本发明提供了另一种存储方式将每个发射区域的最大增益G(θ′)保存在数据项的首位，θ′是最大增益角度，其它角度的天线增益按照从最大增益角度开始逆时针旋转一周的顺序存储。这样，对于表一所示的智能天线，数据文件的存储格式如下发射区域1G1(θ1′)，G1(θ1′+1)，......，G1(θk)，G1(θ0)，......，G1(θ1′-1)；发射区域2G2(θ2′)，G2(θ2′+1)，......，G2(θk)，G2(θ0)，......，G2(θ2′-1)；发射区域23G23(θ23′)，G23(θ23′+1)，......，G23(θk)，G23(θ0)，......，G23(θ23′-1)。
该存储方式的优点在于当计算智能天线在服务基站和接入用户之间的上下行发射功率时，能够直接获得最大增益G(θ′)，从而将该天线方向图的主瓣指向接入用户，节约了仿真时间。
步骤103、从数据文件中获取接入用户所处位置的天线增益，计算出上下行发射功率和上下行干扰功率。
该步骤具体为根据接入用户的角度位置θuser确定该用户所处的发射区域m，并从对应的数据项中获取该发射区域m的最大增益Gm(θ′)。令θ′＝θuser，从而将天线方向图的主瓣指向该接入用户。
之后，计算上行发射功率时，在接入用户的实际发射功率上增加最大增益Gm(θ′)；计算上行干扰功率时，假设某个干扰用户的信号角度为θuser+1，由于θ′＝θuser，则可以确定θuser+1的天线增益为Gm(θ′+1)，再将干扰用户的实际干扰功率加上该天线增益Gm(θ′+1)，就能够得到该干扰用户产生的上行干扰功率。
同样地，计算下行发射功率时，在服务基站的实际发射功率上增加所获取的最大增益Gm(θ′)；计算下行干扰功率时，假设某个干扰基站发出的信号的角度为θuser+1，由于θ′＝θuser，故可以查找到θuser+1的天线增益为Gm(θ′+1)，再将干扰基站的实际干扰功率加上该天线增益Gm(θ′+1)，就能够得到该干扰基站产生的下行干扰功率。
由上述的实施例可见，本发明的这种TD-SCDMA系统仿真中智能天线的实现方法，通过划分发射区域对智能天线进行建模，并利用建模获得的天线增益仿真出TD-SCDMA系统中的智能天线，故该方法的仿真结果准确、可信，并且使用简单，适用于各种类型的智能天线，能很好地提高仿真效率和计算速度。
权利要求
1.一种TD-SCDMA系统仿真中智能天线的实现方法，其特征在于，该方法包括根据智能天线的类型划分发射区域，设置每个发射区域的天线方向图并逐一记录在数据文件中；根据接入用户的角度位置，确定该接入用户所在的发射区域，从数据文件中读取该发射区域的天线方向图，计算所述TD-SCDMA系统的功率信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述划分发射区域并设置每个发射区域的天线方向图的步骤具体为根据计算精度将智能天线的覆盖区域划分为一个以上的发射区域，并根据智能天线的对称性，从上述发射区域中选出至少一个参考区域，测量出所选的参考区域中所有角度的天线增益，形成该参考区域的天线方向图，并按照对称性确定出上述发射区域中除参考区域之外的其它区域的天线方向图。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将天线方向图记录在数据文件中的步骤具体为在数据文件中为每个天线方向图设置一个数据项；每个数据项顺序记录对应天线方向图的所有角度的天线增益，或者将对应天线方向图的最大增益记录在数据项的首位，再从最大增益所在的角度开始顺序存储其它角度的天线增益。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率信息为上行发射功率时，计算功率信息的步骤具体为根据接入用户所处的发射区域，从天线方向图中查找到该发射区域的最大增益，并在所述接入用户的实际发射功率中增加该最大增益，获得该接入用户的上行发射功率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率信息为下行发射功率时，计算功率信息的步骤具体为根据接入用户所处的发射区域，从天线方向图中查找到该发射区域的最大增益，并在服务基站对所述接入用户的实际发射功率中增加该最大增益，从而获得该接入用户的下行发射功率。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率信息为干扰功率时，计算功率信息的步骤具体为根据接入用户所处的发射区域，查找到该发射区域的天线方向图，从中获取与干扰信号的角度对应的天线增益，并在干扰信号的实际干扰功率中增加该天线增益，从而获得该干扰信号产生的干扰功率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述干扰功率为上行干扰功率或下行干扰功率。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能天线的类型包括圆形阵、线形阵和弧形阵。
全文摘要
本发明公开了一种TD－SCDMA系统仿真中智能天线的实现方法。该方法的过程包括根据智能天线的类型划分发射区域，设置每个发射区域的天线方向图并逐一记录在数据文件中；根据接入用户的角度位置，确定该接入用户所在的发射区域，从数据文件中读取该发射区域的天线方向图，计算所述TD－SCDMA系统的功率信息。本发明的这种方法通过划分发射区域对智能天线进行建模，并利用建模获得的天线增益仿真出TD－SCDMA系统中的智能天线，故仿真结果准确、可信，并且使用简单，适用于各种类型的智能天线，能很好地提高仿真效率和计算速度。
文档编号H04B7/04GK101087163SQ20061008316
公开日2007年12月12日 申请日期2006年6月7日 优先权日2006年6月7日
发明者胡炜, 陈庆涛 申请人:普天信息技术研究院