专利名称：一种dtx或hsdpa模式下的智能天线实现方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种码分多址(Code-Division Multipl Access)(以下简称 CDMA)通信系统在非连续发射(Discontinuous Transmit)(以下简称DTX) 或高速下行链路分组接入(High Speed Downlink Package Access)(以下简 称HSDPA)模式下的智能天线实现方法及装置，尤其涉及同步码分多址 (Synchronous Code Division Multiple Access)(以下简称SCDMA)通信 系统中上行DTX模式或HSDPA模式下的波束赋形方法及装置。
背景技术：
智能天线利用信号传输的空间特性和数字信号处理技术，通过在特定 的角度方向上实现波束赋形，从而达到降低噪声干扰、增加容量、扩大覆 盖、改善通信质量、降低发射功率和提高无线数据传输速率的目的。
针对采用智能天线技术的通信系统而言，如时分双工(Time Division Duplex)(以下简称TDD)方式的SCDMA通信系统，其上、下行信道需 要满足对称性的要求。对于DTX或HSDPA模式，某一用户的上、下行链 路的时间间隔可能较大，在无线信道环境复杂或用户切向移动速度较快 时，通过上行链路估计的波达角或波束赋形权值可能难以适用于下行链 路，从而直接影响到智能天线的系统性能，造成系统的稳健性下降。
中国发明专利申请"无线信道的下行波束赋形方法和装置"(申请号
20041000360.5，公开号CN1658526A，
公开日2005年8月24日)的
基本原理为利用波达角度、接收功率最大增益或波束宽度的变化情况对赋 形波束进行优化或从多级波束中选择一种赋形波束，在一定程度上用以补 偿信道环境复杂性的影响，但是该方法对无线信道变化的实时适应性以及 对系统性能的改善程度均较为有限，特别在上行DTX模式或HSDPA模式 下难以体现智能天线的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CDMA通信系统在DTX或HSDPA模式 下的智能天线实现方法及装置，通过不同的系统配置或系统状态釆用对应 的波束赋形权值或估计算法，以实现DTX或HSDPA模式下的波束赋形。
本发明的一种CDMA通信系统在DTX或HSDPA模式下的智能天线 实现方法，包括以下步骤
步骤Sh判断系统配置是否为上行DTX模式或HSDPA模式。若是， 转至步骤S3;若否，则进行步骤S2;
步骤S2:根据用户的上行信号信息，计算当前时刻用户专用信道的波 束赋形权值(即业务波束权值)，转至步骤S7;
步骤S3:判断上、下行时间间隔是否超过时间门限。若是，进行步骤 S4;若否，则转至步骤S5;
步骤S4:当前时刻的波束赋形权值釆用公共信道的波束赋形权值(即 广播波束权值)，转至步骤S7;
步骤S5:判断当前时刻是否存在用户上行信号。若是，转至步骤S2; 若否，则进行步骤S6;
步骤S6:当前时刻的波束赋形权值釆用上一时刻的历史业务波束权 值，进行步骤S7;
步骤S7:根据波束赋形权值，实现下行波束赋形。
上述步骤S2的根据用户的上行信号信息，计算当前时刻用户专用信 道的波束赋形权值，即业务波束权值，方法为针对基站天线阵列，第A; 个用户、第"个时刻的上行信号或信道估计矩阵为
<formula>formula see original document page 8</formula>
式中A:。表示天线数，『表示上行信号的数据长度或信道估计窗长，其 空间协方差矩阵为
<formula>formula see original document page 8</formula> (2)
式中(r表示共轭转置运算，
第*个用户、第"个时刻的业务波束权值矢量为
<formula>formula see original document page 8</formula> (3) 式中函数/[R("(")]表示利用R("(")进行业务波束权值矢量估计的算法。
上述步骤S2的波束赋形权值，即业务波束权值矢量估计方法可以是 基于上行波达角估计和阵列导向矢量的业务波束权值矢量估计方法 第A个用户、第"个时刻的上行波达角估计为<formula>formula see original document page 8</formula>(4)
式中a(^)表示e方向上的导向矢量，第&个用户、第"个时刻的业务波束权值矢量为
w(￡"") = ate(")) (5) 也可以是基于最大信干噪比准则或最大信噪比准则的的业务波束权 值矢量估计方法
第A个用户、第"个时刻的信干噪比表示为
<formula>formula see original document page 9</formula>式中Rf)(")表示干扰和噪声的空间协方差矩阵， 根据最大信干噪比准则，满足最大SINR("(")所对应的S("为
=<formula>formula see original document page 9</formula> (7)
5"'即为矩阵(R广)—'.RW的最大特征值所对应的特征矢量，如果 R^-o^1，则最大信干噪比准则演变为最大信噪比准则，而S")即为矩阵 R ("的最大特征值所对应的特征矢量，
对S("进行归一化处理，则第t个用户、第"个时刻的业务波束权值 矢量表示为
<formula>formula see original document page 9</formula>上述步骤S4的当前时刻的波束赋形权值釆用公共信道的波束赋形权 值，即广播波束权值，方法为第A个用户、第"个时刻的业务波束权值 矢量为
w(^(") = wCOT (9) 式中表示广播波束权值矢量。
上述步骤S6的当前时刻的波束赋形权值釆用上一时刻的历史业务波
束权值的方法为
第A个用户、第"个时刻的业务波m^又值矢量表示为
《(")=《("-1) (10)
上述步骤S7的根据波束赋形权值，实现下行波束赋形的方法为 第A个用户经过波束赋形后的下行发射数据表示为
T("(,)"o)r.s，) (ii)
式中s(i) (0第^个用户的原始发射数据序列。
另外，本发明还提供一种在DTX或HSDPA模式下的智能天线装置， 包括
天线阵列、多通道放大单元、多通道收发信机单元、信道估计单元、 上行基带处理单元、赋形权值生成单元、下行波束赋形单元；
无线信号由上述天线阵列接收，经过上述多通道放大单元放大后传送
至上述多通道收发信机单元；上述多通道收发信机单元至少对射频信号进 行滤波、下变频、模数变换处理后转换成数字基带信号；上述多通道收发 信机单元分别连接于上述信道估计单元、上行基带处理单元和赋形权值生 成单元，上述信道估计单元用来实现各个用户的信道冲激响应估计，从而 得到信道的幅度、相位、多径信息；上述上行基带处理单元用以实现上行 链路接收数据的解调工作；上述赋形权值生成单元根据系统配置或系统状 态生成各用户相应的下行波束赋形权值；上述下行波束赋形单元基于赋形 权值对各用户的下行发射基带数据进行波束赋形处理；上述多通道收发信
机单元至少对下行波束赋形单元输出的基带赋形数据进行数模变换、上变 频、滤波处理后转换成模拟射频信号；射频信号经过上述多通道放大单元 放大后由上述天线阵列发射。
本发明的一种CDMA通信系统在DTX或HSDPA模式下的智能天线
实现方法，通过不同的系统配置或系统状态采用对应的波束赋形权值或估 计算法，以实现DTX或HSDPA模式下的波束赋形。该方法能够有效地适 应无线信道环境的实时变化，改善上行DTX模式或HSDPA模式下的智能 天线性能，提高系统的稳健性和可靠性。
下面结合附图，对本发明的具体实施作进一步的详细说明。对于熟悉 本技术领域的人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他 目的、特征和优点将显而易见。
图1是本发明的一较佳实施例的CDMA通信系统在DTX或HSDPA 模式下的智能天线实现装置的结构框图。
图2是本发明的一较佳实施例的CDMA通信系统在DTX或HSDPA 模式下的智能天线实现方法的流程图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的一较佳实施例的CDMA通信系统在DTX或 HSDPA模式下的智能天线实现装置包括
1) 天线阵列(101)
2) 多通道放大单元(102)
3) 多通道收发信机单元(103)
4) 信道估计单元(104)
5) 上行基带处理单元(105
6) 赋形权值生成单元(106)
7) 下行波束赋形单元(107)
对于上行链路而言，多通道放大单元(102)工作在低噪放大模式， 无线信号由天线阵列(101)接收，经过多通道放大单元(102)放大后传 送至多通道收发信机单元(103);多通道收发信机单元(103)对射频信 号进行滤波、下变频、模数变换等处理后转换成数字基带信号；多通道收 发信机单元(103)分别连接于信道估计单元(104)、上行基带处理单元 (105)和赋形权值生成单元(106)，信道估计单元(104)用来实现各个 用户的信道冲激响应估计，从而得到信道的幅度、相位、多径等信息；上 行基带处理单元(105)用以实现上行链路接收数据的解调工作；赋形权 值生成单元(106)根据系统配置或系统状态生成各用户相应的下行波束 赋形权值；下行波束赋形单元(107)基于赋形权值对各用户的下行发射 基带数据进行波束赋形处理；多通道收发信机单元(103)对下行波束赋 形单元(107)输出的基带赋形数据迸行数模变换、上变频、滤波等处理 后转换成模拟射频信号；对于下行链路而言，多通道放大单元(102)工 作在功率放大模式，射频信号经过多通道放大单元(102)放大后由天线 阵列(101)发射。
如图2所示，本发明的一较佳实施例的CDMA通信系统在DTX或 HSDPA模式下的智能天线实现方法如下
步骤201 ，判断系统配置是否为上行DTX模式或HSDPA模式。若是， 转至步骤203;若否，则进行步骤202。
步骤202，根据用户的上行信号信息，计算当前时刻用户专用信道的 波束赋形权值，即业务波束权值，转至步骤207。
针对基站天线阵列，第&个用户、第"个时刻的上行信号或信道估计
矩阵为
式中《。表示天线数，『表示上行信号的数据长度或信道估计窗长。其 空间协方差矩阵表示为
R( = X("(").(X("("))" (2) 式中(f表示共轭转置运算。
第&个用户、第"个时刻的业务波束权值矢量表示为
w(:(") = /[R( ] (3)
式中函数/[R^(")]表示利用RW(")进行业务波束权值矢量估计的算法。
为了容易理解步骤202,下面通过本发明的两个较佳实施例描述两种 具体的业务波束权值矢量估计方法，包括
在本发明的一较佳实施例中，业务波束权值矢量估计方法釆用方法1 ， 即基于上行波达角估计和阵列导向矢量的业务波束权值矢量估计方法
第A:个用户、第"个时刻的上行波达角估计表示为
《丄(")-arg[麵
(a(0)" .R("(").a(P)) -arg[max((a的)".R("'a的)]
式中a(e)表示P方向上的导向矢量。
那么，第A个用户、第"个时刻的业务波束权值矢量表示为 《(")-a(C(")) (5)
13
u 2
力 2
u 2
在本发明的另一较佳实施例中，业务波束权值矢量估计方法采用方法
2，即基于最大信干噪比准则或最大信噪比准则的的业务波束权值矢量估 计方法
第t个用户、第"个时刻的信干噪比表示为
((0("^.R^(").o(" 式中R广(《)表示千扰和噪声的空间协方差矩阵。
根据最大信干噪比准则，满足最大SINR("(")所对应的S("表示为<formula>formula see original document page 14</formula> (7)
6("即为矩阵(R(/>)—' R("的最大特征值所对应的特征矢量。如果 W/、 21，则最大信干噪比准则演变为最大信噪比准则，而S("即为矩阵 R("的最大特征值所对应的特征矢量。
对S("进行归一化处理，则第A个用户、第"个时刻的业务波束权值 矢量表示为<formula>formula see original document page 14</formula> (8)
步骤203，判断上、下行时间间隔是否超过时间门限。若是，进行步 骤204;若否，则转至步骤205。
时间门限r的选取通常需要考虑系统配置与状态、无线信道环境、用 户的移动速度以及与基站天线之间的距离等诸多因素， 一般情况下 T 2 500ms 。
步骤204，当前时刻的波束赋形权值釆用公共信道的波束赋形权值(即 广播波束权值)，转至步骤207。
第*个用户、第"个时刻的业务波^^又值矢量表示为
w:(") = wcc// (9) 式中w ca/表示广播波束权值矢量。
步骤205，判断当前时刻是否存在用户上行信号。若是,转至步骤202; 若否，则进行步骤206。
步骤206，当前时刻的波束赋形权值釆用上一时刻的历史业务波束权 值，进行步骤207。
第&个用户、第"个时刻的业务波束权值矢量表示为
w》)=w》-l) (10)
步骤207，根据波束赋形权值，实现下行波束赋形。
第A:个用户经过波束赋形后的下行发射数据表示为
T(,[《(")r, (ii)
式中s(" (0第^个用户的原始发射数据序列。
综上所述，本发明给出了一种CDMA通信系统在DTX或HSDPA模 式下的智能天线实现方法，通过不同的系统配置或系统状态釆用对应的波 束赋形权值或估计算法，以实现DTX或HSDPA模式下的波束赋形。该方
法能够有效地适应无线信道环境的实时变化，改善上行DTX模式或 HSDPA模式下的智能天线性能，提高系统的稳健性和可靠性。
本发明适用于CDMA通信系统，尤其适用于第三代移动通信系统中 的TDD CDMA系统，包括TD-SCDMA (1.28Mcps TDD)系统和3.84Mcps TDD系统，但是也同样适用于釆用CDMA的频分多址和时分多址的系统， 任何具有信号处理、通信等知识背景的技术人员，根据本发明设计的等同
的智能天线实现方法，其均应包含在本发明的思想和范围中。
当然，本发明还可有其他实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变 形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种在非连续发射或高速下行链路分组接入模式下的智能天线实现方法，包括以下步骤步骤S1判断系统配置是否为上行非连续发射或高速下行链路分组接入模式；若是，转至步骤S3；若否，则进行步骤S2；步骤S2根据用户的上行信号信息，计算当前时刻用户专用信道的波束赋形权值，即业务波束权值，转至步骤S7；步骤S3判断上、下行时间间隔是否超过时间门限；若是，进行步骤S4；若否，则转至步骤S5；步骤S4当前时刻的波束赋形权值采用公共信道的波束赋形权值，即广播波束权值，转至步骤(7)；步骤S5判断当前时刻是否存在用户上行信号；若是，转至步骤S2；若否，则进行步骤S6；步骤S6当前时刻的波束赋形权值采用上一时刻的历史业务波束权值，进行步骤S7；步骤S7根据波束赋形权值，实现下行波束赋形。
2. 根据权利要求1所述的非连续发射或高速下行链路分组接入模式 下的智能天线实现方法，其特征在于上述步骤S2的根据用户的上行信号信息，计算当前时刻用户专用信 道的波束赋形权值，即业务波束权值，方法为针对基站天线阵列，第A 个用户、第"个时刻的上行信号或信道估计矩阵为<formula>formula see original document page 2</formula>(i)式中&表示天线数，『表示上行信号的数据长度或信道估计窗长，其 空间协方差矩阵为Rw(") = X(i)(")-(X("("))w (2) 式中()"表示共轭转置运算，第A个用户、第"个时刻的业务波束权值矢量为w(^(") = /[R( ] (3)式中函数/[R("W]表示利用R("(")进行业务波束权值矢量估计的算6法(
3.根据权利要求2所述的非连续发射或高速下行链路分组接入模式 下的智能天线实现方法，其特征在于上述步骤S2的波束赋形权值，即业务波束权值矢量估计方法为基于 上行波达角估计和阵列导向矢量的业务波束权值矢量估计方法第A个用户、第"个时刻的上行波达角估计为飞a的广.R("(").a(的、^f丄(")-arg[丽0arg[max((a(《.R("，))](4)式中a的表示e方向上的导向矢量，第A个用户、第"个时刻的业务 波束权值矢量为w( = ate(")) (5)。
4.根据权利要求2所述的非连续发射或高速下行链路分组接入模式 下的智能天线方法，其特征在于上述步骤S2的波束赋形权值，即业务波束权值矢量估计方法为基于 最大信干噪比准则或最大信噪比准则的的业务波束权值矢量估计方法第&个用户、第"个时刻的信干噪比表示为根据最大信干噪比准则，满足最大SINR'"(")所对应的5("为= ^(max[S證("(")〗)=feW〗,=01 (7)S("即为矩阵(R(/))—' R("的最大特征值所对应的特征矢量，如果 R"^ 、1，则最大信干噪比准则演变为最大信噪比准则，而S("即为矩阵 R("的最大特征值所对应的特征矢量，对S("进行归一化处理，则第A:个用户、第"个时刻的业务波束权值 矢量表示为<formula>formula see original document page 4</formula>
5.根据权利要求1所述的非连续发射或高速下行链路分组接入模式 下的智能天线方法，其特征在于上述步骤S4的当前时刻的波束赋形权值釆用公共信道的波束赋形权 值，即广播波束术又值，方法为第A个用户、第"个时刻的业务波束权值 矢量为式中表示广播波束权值矢量。
6. 根据权利要求1所述的非连续发射或高速下行链路分组接入模式 下的智能天线方法，其特征在于，上述步骤S6的当前时刻的波束赋形权值釆用上一时刻的历史业务波 束权值的方法为第&个用户、第"个时刻的业务波束权值矢量表示为w( =《("-1), (10)。
7. 根据权利要求1所述的非连续发射或高速下行链路分组接入模式 下的智能天线方法，其特征在于上述步骤S7的根据波束赋形权值，实现下行波束赋形的方法为 第^个用户经过波束赋形后的下行发射数据表示为T(，)(11) 式中s("(/)第A个用户的原始发射数据序列。
8. —种在非连续发射或高速下行链路分组接入模式下的智能天线装 置，包括天线阵列、多通道放大单元、多通道收发信机单元、信道估计单元、 上行基带处理单元、赋形权值生成单元、下行波束赋形单元；无线信号由上述天线阵列接收，经过上述多通道放大单元放大后传送 至上述多通道收发信机单元；上述多通道收发信机单元至少对射频信号进 行滤波、下变频、模数变换处理后转换成数字基带信号；上述多通道收发 信机单元分别连接于上述信道估计单元、上行基带处理单元和赋形权值生 成单元，上述信道估计单元用来实现各个用户的信道冲激响应估计，从而 得到信道的幅度、相位、多径信息；上述上行基带处理单元用以实现上行 链路接收数据的解调工作；上述赋形权值生成单元根据系统配置或系统状 态生成各用户相应的下行波束赋形权值；上述下行波束赋形单元基于赋形 权值对各用户的下行发射基带数据进行波束赋形处理；上述多通道收发信 机单元至少对下行波束赋形单元输出的基带赋形数据进行数模变换、上变 频、滤波处理后转换成模拟射频信号；射频信号经过上述多通道放大单元 放大后由上述天线阵列发射。
全文摘要
一种DTX或HSDPA模式下的智能天线实现方法及装置，该方法包括1)判断系统配置是否为上行DTX或HSDPA模式；2)根据用户上行信号信息，计算当前时刻用户专用信道的波束赋形权值；3)判断上、下行时间间隔是否超过时间门限；4)当前时刻的波束赋形权值采用公共信道的波束赋形权值；5)判断当前时刻是否存在用户上行信号；6)当前时刻的波束赋形权值采用上一时刻的历史业务波束权值；7)根据波束赋形权值，实现下行波束赋形。本发明能有效地适应无线信道环境的实时变化，改善上行DTX或HSDPA模式下的智能天线性能，提高系统的稳健性和可靠性。
文档编号H04L1/02GK101098176SQ20061009016
公开日2008年1月2日 申请日期2006年6月29日 优先权日2006年6月29日
发明者凡 史, 曾召华, 斌 李, 秦洪峰 申请人:中兴通讯股份有限公司