专利名称：正交调制基带信号加权波束形成方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于智能天线定向发送的正交调制基带信号加权波束形成 方法及设备，可用于TD-SCDMA标准智能天线的定向发送，实现CDMA (码分多 址)信道采用QPSK调制的基带信号加权波束形成，同时还涉及使用该设备的 CDMA智能天线基站发信设备，属于移动通信技术领域。
背景技术：
使用智能天线的C面A基站发信设备是移动通信领域的高科技产品。QPSK基 带信号加权波束形成这种高科技设备用于CDMA系统的智能天线基站发信机，能 实现定向发送并减少多用户干扰的影响，提高频谱和发信功率的资源利用率。虽 然有许多资料提到可以利用基带信号加权波束形成方法实现智能天线的定向发 送。但是据申请人的调研，至今还没有资料给出具体的QPSK基带信号加权波束 形成方法和相应设备的原理。该方法相比于中频或射频实现的智能天线定向发送 方法而言，具有易于实现的基本特点，将使设备的可靠性上升，费用下降，使智
能天线的推广使用成为可能。 发明内容-
技术问题本发明要解决的技术问题是针对以上还没有相关技术资料说 明QPSK基带信号加权波束形成方法，提出一种我们首创的用于智能天线定向 发送的正交调制基带信号加权波束形成方法及设备，这种方法及设备也可用于
TD-SCDMA标准QPSK调制基带信号加权波束形成，实现智能天线的定向发 送，可以大幅度减少多用户干扰的影响，提高频谱和发信功率的资源利用率。
技术方案本发明的正交调制基带信号加权波束形成方法根据智能天线阵 元移相馈电信号表达式cos(w卜0或sin(wf-6)、它们的复数表达式 Re[,V^、 Im[ —"]和正交调制原理导出利用正交调制基带信号加权实现 智能天线定向发送波束形成方法的相应数学表达式 Re[e—。cosW-Im[e—"]sin欣，并根据所述数学表达式给出所述波束形成方法 的单个CDMA(码分多址)用户单方向发送设备；其中Re和Im分别表示取虚数 e一的实部或虚部。
单个CDMA用户单方向发信的设备包括串并变换电路，确定波束发信方向的加权系数产生电路，用于数据基带信号与加权系数的实部和虚部分别相乘的乘 法器M,, 、 M12 、肘|5和似16 ，用于已加权基带信号正交调制的乘法器M。 、 M14 、 il^和M^，用于正交调制信号合成的加法器M,g、 M，和M,n，以及90度移 相电路、上变频电路和天线阵元羊，；智能天线定向发送设备中所述串并变换电 路的一路输出端通过加权系数乘法器和M,2接正交载波调制乘法器MI3和 M,4的输入端，所述加权系数产生电路输出加权系数的实部输出端接所述乘法 器Mu和M,e的输入端，所述加权系数产生电路的虚部输出端接所述乘法器M。 和M15的输入端，载波coswt送至所述乘法器M。和Ml7的输入端，载波cos art经 所述90度移相电路的输出端接所述乘法器肘14和^18的输入端；所述乘法器 Mu和M,4的输出端分别接所述加法器M,9的两路输入端，所述乘法器M"和 Mw的输出端分别接加法器M，的两路输入端；所述加法器M,9和Mn。的输出 端分别接至所述加法器7^,|,的两路输入端；所述加法器M,.,的输出端通过上变 频电路接天线4,的输入端。
单个CDMA用户单方向发送设备中，将两路正交加权的正交调制基带信号
In和Ln分别接加法器M2,的两路输入端，将两路己加权的正交调制基带信号Qu
和Q。,分别接加法器MK的两路输入端，所述加法器似2|和似22的两路输出端分 别接正交调制乘法器M23和M24的输入端，载波cosdrt接所述加法器M23输入 端，所述载波coswt经90°移相电路(21)输出端接所述乘法器似24的输入端； 所述加法器似23和71/24的输出端经加法器似25输出端接上变频电路(22)的输入 端，上变频电路的输出端接天线阵元力21的输入端。
所述单个CDMA用户单方向发送设备能扩展为N个CDMA用户N个方向定向
发信设备的加权波束形成设备；将已加权的正交调制基带信号/,,、 /,2........
/w， /0、 /。2、 ......、 /^分别接加法器^3|的多个输入端；将已加权的正交
调制基带信号込,、Q/2........ gw， 2e,、 2e2........ 2^分别接加法器^32
的多个输入端；所述加法器Mv和M32的输出端经正交调制乘法器似33和M34的 输出端接加法器^35的两路输入端，载波coswt接所述乘法器似33的另一个输入 端，所述载波coswt经90°移相电路(31)的输出端接所述乘法器MM的另一 个输入端；所述加法器似35的输出端通过上变频电路(32)接天线阵元4,的输 入端。
利用智能天线实现定向发送时，智能天线第n个阵元馈电信号电流相位应为6>" = ;rcos(-。 _(1) 式中A表示发信波束主瓣最大值的方向，^与第n个阵元的位置有关，
根据下述公式，可以导出利用QPSK基带信号加权实现智能天线定向发送 的电路框图。
cos(加—。=Re[ 'e〗=Re[(cos < / + y sin /)(cos 6* - 乂 sin P)] = cos P cos+ sin 6 sin =Re[e一" ] cos W - Im[e一" ] sin W (2) sin(欣—0) = Im[,e-] = Im[(cos必/ + 7. sin W)(cos 61 + 7' sin <9)] = — sin 61 cos 0/ + cos汐sin
=ImO—"]cosW + Re[e-"]sin欲 (3)
因此可给出智能天线某阵元利用QPSK基带信号加权完成波束形成，实现 智能天线定向发送的电路框图见图1,用8个阵元构成智能天线时，需8套类 似电路。
本发明中用于一根天线阵元的QPSK基带信号加权完成波束形成，实现智 能天线定向发送设备中的核心部分包括串并变换电路11，确定波束发信方向的 加权系数产生电路12，用于数据基带信号与加权系数的实部和虚部分别相乘的
乘法器M，,、 M12、似15和肘16，用于已加权基带信号正交调制的乘法器M,;、 il/14、 #17和似18，用于正交调制信号合成的加法器似19、 M,，。和A/川，以及
90度移相电路13、上变频电路14和天线阵元4 。
有益效果由于该发明利用基带信号加权完成波束形成，使用8个阵元构 成智能天线时，与中频波束形成的智能天线定向发送设备相比，约可以省去7/8 的中频设备，与射频波束形成的智能天线定向发送设备相比，约可以省去7/8 的中频和射频设备。由于基带波束形成的工作频率很低，还能大幅度降低实现 难度和费用。
图1为本发明用于一根天线阵元时，利用QPSK信号基带加权实现智能天线 定向发送设备的核心部分原理框图。其中包括串并变换电路ll，确定波束发信 方向的加权系数产生电路12，用于数据基带信号与加权系数的实部和虚部分别
相乘的乘法器Mu、 M12、 M"和M,e，用于已加权基带信号正交调制的乘法器
6M13、 M14、似17和似18，用于正交调制信号合成的加法器Mw、 Mn。和A^,， 以及90度移相电路13、上变频电路14和天线阵元J,,。
图2为图1中QPSK调制乘法器M,3 、 M,4 、 M17 、 M18和QPSK调制加法器 M19、 M,,。、 Mm部分经简化得到的原理框图。其中/"和込^是图1中经加权
系数实部加权后的基带信号，2/,和/0分别是经加权系数虚部加权后的基带信
号。此处，利用电路叠加原理省去了所述设备原理图中的一组正交调制乘法器。 图3为一根天线阵元的N路用户数据信号利用QPSK基带信号加权实现智能 天线N个用户方向定向发送时、经基带信号加权后的N个用户信号求和，以及 QPSK调制电路、上变频电路框图。当一副智能天线由8根阵元组成时，还需要 有7套类似的电路。
具体实施例方式
根据正交载波移相表达式cos(M^-0和sin(M-e)的复数表达式 Re[e，'e—w]和Im[e，'e,]可以导出用于智能天线定向发送的、本发明的QPSK 基带信号加权波束形成方法，见图l。 实施例一
本实施例利用智能天线同载波、N个CDMA用户、N个方向的定向发信实 现抑制多径干扰和多用户接入干扰的基本目的。为了实现N个用户已调制信号 要求方向的定向发送，此处利用QPSK基带信号加权波束形成实现智能天线N 个用户要求方向的定向发送。
本实施例用于智能天线定向发送的、 一根天线阵元的QPSK基带信号加权 电路、QPSK调制电路等核心电路原理框图见图1.主要由下列部分组成串并 变换电路ll，确定波束发信方向的加权系数产生电路12，用于数据基带信号与 加权系数的实部和虚部分别相乘的乘法器Mu、 M,2、似15和肘16，用于已加权 基带信号正交调制的乘法器M,;、 M14、 M,7和M,s，用于正交调制信号合成的 加法器似|9、 M，,。和似川，以及90度移相电路13、上变频电路14和天线阵元 ^。
首先应根据第n个用户要求的发信方向由加权系数产生电路给出所需复加 权系数的实部和虚部，串行输入的某用户数据信号将由串并变换电路变换为 /,(0和G(0两路数据信号，这两路数据信号分别对应于无定向发送时QPSK调制器的两路输入调制信号。/,(0和加权系数的实部Re(w,)、虚部Im(w,)分别在 乘法器Mn和M。中相乘，完成定向发送所要求的加权过程，两路乘法器送出 的信号/,。 G,分别送入乘法器71^、 Mw完成QPSK调制过程，所述M,3、似14 乘法器的两路输出信号在加法器似19中相加，似|9的输出信号为/,(;03(>^-^。 G(O经过与上述类似的处理过程得g, sin(M-0)。从所述两路输出信号的表达 式中可以看出，在表达式中引入定向发送所要求的移相因子0。乘法器M,9和 Mn。的这两路输出信号在加法器中Mm中相加后，形成有定向发射作用的 QPSK信号gPS《n送上变频电路，经上变频后可送天线阵元4,。
为了完成定向发送，智能天线一般由8个天线阵元组成，即所述串并变换 电路11的输出/,(0和^(0需同时送到另外7个与上述处理单元类似的处理单
元，在那些处理单元中的加权系数产生电路中应产生与天线阵元4、力3........
^相对应的加权系数实部Re(w"、 Re(w3)、 ....... Re(w7)，虚部Im(v^)、
Im(w3)........ Im(w7)。图1为定向发信用QPSK基带信号加权的原理电路，
图1中乘法器M,7和Mw的功能可由M,3和Mm完成。图1中乘法器M,, 、 Ml2、 M15和M16的后续部分可简化为图2。
当多个不同方向要求的用户数据信号AW、 AW........ i^(/)输入时，
可经N个串并变换电路分别产生数据信号/,(0、 /2(0........ "(0和2,(0、
込W.......、 ^v(/)。由N+8个加权系数产生电路分别产生N申8套加权系数再
经加权系数乘法器分别产生经过加权的基带数据信号/,,、 /,2........ /,w， /0、
2门、........ 2W ， 、 2e2........ 2，。这些数据
信号可按图3中要求，分别送入加法器M;,和Mn 。所述加法器似31和〃32的输 出信号A和g,送后续的QPSK调制器。所述QPSK调制器由乘法器M33和M34 、 加法器^35及90度相移电路31组成。
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，也可以用于正交幅度信号 的定向发送。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的 保护范围。
权利要求
1.一种正交调制基带信号加权波束形成方法，其特征在于根据智能天线阵元移相馈电信号表达式cos(wt-θ)或sin(wt-θ)、它们的复数表达式Re[ejwte-jθ]、Im[ejwte-jθ]和正交调制原理导出利用正交调制基带信号加权实现智能天线定向发送波束形成方法的相应数学表达式Re[e-jθ]cos ωt-Im[e-jθ]sinωt，并根据所述数学表达式给出所述波束形成方法的单个CDMA(码分多址)用户单方向发送设备；其中Re和Im分别表示取虚数ejwt的实部或虚部。
2、 一种采用权利要求1所述正交调制基带信号加权波束形成方法的加权 波束形成设备，其特征在于单个CDMA用户单方向发信的设备包括串并变换电路(11)，确定波束发信方向的加权系数产生电路(12)，用于数据基带信号与加 权系数的实部和虚部分别相乘的乘法器M,，、 Ml2、似15和似|6，用于已加权基 带信号正交调制的乘法器M,;、 Ml4、 M,^nMl8，用于正交调制信号合成的加 法器M,"似u。和Mm，以及90度移相电路(13)、上变频电路(14)和天线 阵元斗1;智能天线定向发送设备中所述串并变换电路(11)的一路输出端通过 加权系数乘法器M,,和M,2接正交载波调制乘法器M。和M,4的输入端，所述加 权系数产生电路(12)输出加权系数的实部输出端接所述乘法器^1,和〃16的 输入端，所述加权系数产生电路(12)的虚部输出端接所述乘法器M,2和Mu的 输入端，载波cos欲送至所述乘法器A^和M,7的输入端，载波cos^经所述90 度移相电路(13)的输出端接所述乘法器Mw和M,8的输入端；所述乘法器似|3 和M,,的输出端分别接所述加法器M,9的两路输入端，所述乘法器M,7和M,s的 输出端分别接加法器Mu。的两路输入端；所述加法器M,9和Mu。的输出端分别 接至所述加法器M,u的两路输入端；所述加法器M，,，的输出端通过上变频电路 接天线羊，的输入端。
3、 如权利要求2所述的正交调制基带信号加权波束形成方法的加权波束 形成设备，其特征在于单个CDMA用户单方向发送设备中，将两路正交加权的正 交调制基带信号1 和1。,分别接加法器似2,的两路输入端，将两路已加权的正交 调制基带信号Qu和Q。,分别接加法器M"的两路输入端，所述加法器肘2|和^22 的两路输出端分别接正交调制乘法器7^23和M24的输入端，载波coswt接所述加法器Ma输入端，所述载波COSWt经90°移相电路(21)输出端接所述乘法器 Mm的瑜入端；所述加法器^23和71/24的输出端经加法器似25输出端接上变频 电路(22)的输入端，上变频电路的输出端接天线阵元^,的输入端。
4、如权利要求3所述的正交调制基带信号加权波束形成方法的加权波束 形成设备，其特征在于所述单个CDMA用户单方向发送设备能扩展为N个CDMA 用户N个方向定向发信设备的加权波束形成设备；将已加权的正交调制基带信号/,,、 //2.......、 /w， /e,、 /e2、 ....... /^分别接加法器似3|的多个输入端；将己加权的正交调制基带信号G,、 g/2.......、 ^v， 20、 2e2、.......2^分别接加法器似32的多个输入端；所述加法器妍31和似32的输出端经正交调 制乘法器Mw和M34的输出端接加法器Mw的两路输入端，载波coswt接所述乘 法器似33的另一个输入端，所述载波coswt经90°移相电路(31)的输出端接 所述乘法器似34的另一个输入端；所述加法器似35的输出端通过上变频电路 (32)接天线阵元^,的输入端。
全文摘要
正交调制基带信号加权波束形成方法及设备可用于TD-SCDMA标准智能天线的定向发送，该方法根据智能天线阵元移相馈电信号表达式、它的复数表达式和正交调制原理导出利用正交调制基带信号加权实现智能天线波束形成的数学表达式，并根据该数学表达式给出所述波束形成方法的单个CDMA用户单方向发送的设备原理图。在其基础上导出N个CDMA用户N个方向定向发信的波束形成方法和关键部分设备原理图。利用QPSK基带信号加权实现智能天线定向发送相比于中频或射频实现智能天线定向发送而言，具有易于实现的基本特点，将使设备可靠性上升、费用下降，使智能天线的推广使用成为可能。
文档编号H04L1/06GK101562471SQ20091002714
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者傅海阳, 凡 李, 景 杨, 生 许, 贾向东 申请人:南京邮电大学