专利名称：正交移相键控基带波束形成设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于智能天线定向发送的正交移相键控(QPSK)基带波束形 成设备，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CDMA基站发信设备是移动通信领域的高科技产品。正交移相键 控基带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 技术问题本实用新型要解决的技术问题是针对以上还没有相关技术资料说明 正交移相键控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 正交移相键控基带波束形成设备，这种设备也可用于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。 技术方案本实用新型的正交移相键控基带波束形成方法根据智能天线阵元移相 馈电信号表达式cos(wt- e )或sin(wt- e )、它们的复数表达式Re[ejwte—je] 、 Im[ejwte—je] 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—J'e ] cos " t_Im[e—J'e ] sin " t，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。 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Mu、 M12、 M15 和Mw，用于已加权基带信号正交调制的乘法器M13、 M14、 M17和M^用于正交调制信号合成的 加法器M『M，和Mm，以及90度移相电路(13)、上变频电路(14)和天线阵元An ;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Mn和M^接正交载 波调制乘法器M13和MM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Mn和M16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M12和M15 的输入端，载波cos " t送至所述乘法器M13和M17的输入端，载波cos " t经所述90度移相 电路的输出端接所述乘法器M14和M18的输入端；所述乘法器M13和M14的输出端分别接所述加法器M19的两路输入端，所述乘法器M17和M18的输出端分别接加法器Mu。的两路输入端； 所述加法器M19和Mu。的输出端分别接至所述加法器Mm的两路输入端；所述加法器Mm的 输出端通过上变频电路接天线An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IQ1 分别接加法器Ma的两路输入端，将两路已加权的正交调制基带信号Qn和QQ1分别接加法器 M22的两路输入端，所述加法器M21和M22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cos"t接所述加法器M^输入端，所述载波cos"t经9(T移相电路(21)输出 端接所述乘法器M24的输入端；所述加法器M23和M24的输出端经加法器M25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Aa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I『II2........IIN，IQ1、IQ2........
IoM分别接加法器M31的多个输入端；将已加权的正交调制基带信号Qn、QI2........QIN，QQ1、
QQ2........QQN分别接加法器M32的多个输入端；所述加法器M31和M32的输出端经正交调制
乘法器M33和M34的输出端接加法器M35的两路输入端，载波cos " t接所述乘法器M33的另 一个输入端，所述载波cos"t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M^的输出端通过上变频电路(32)接天线阵元A^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 9 n = JI COS((J)。-(i)n) (1) 式中(K表示发信波束主瓣最大值的方向，小n与第n个阵元的位置有关，(K = 2 Ji *n/N = n/4。 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 (cot-9) = Re[ejute—"] = Re [ (cos w t+jsin w t) (cos 9-jsin 9 )]= cos 9 cos co t+sin 9 sin co t = Re[e—"]cos wt-Im[e—"]sinwt (2) sin(cot-9) = Im[ej"te—"] = Im[ (cos co t+jsin co t) (cos 9+jsin 9 )]
=—sin 9 cos co t+cos 9 sin co t = Im[e—"]cos wt+Re[e—"]sinwt (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l，用8个阵元构成智能天线时，需8套类似电路。 本实用新型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(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Mn、M『M^和
M^用于已加权基带信号正交调制的乘法器M13、 M14、 M17和M^，用于正交调制信号合成的加
法器M『Mn。和Mm，以及90度移相电路(13)、上变频电路(14)和天线阵元An。 有益效果由于该实用新型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为本实用新型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Mn、 M12、 M15 和M^用于已加权基带信号正交调制的乘法器M13、 M14、 M17和M^用于正交调制信号合成的 加法器M『Mn。和Mm，以及90度移相电路13、上变频电路14和天线阵元Au。 图2为图1中QPSK调制乘法器M13、M14、M17、M18和QPSK调制加法器M19、Mu。、Mm部 分经简化得到的原理框图。其中In和QQ1是图1中经加权系数实部加权后的基带信号，Qn 和Iw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。
具体实施方式根据正交载波移相表达式cos(wt- e )和sin(wt- e )的复数表达式Re[ejwte—je] 和Im[ejrte—je]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1。 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Mn、 M12、 M15和M16，用于已加权基带信号正交调制的乘法器M13、 M14、 M17和M18，用于 正交调制信号合成的加法器M19、 Mu。和Mm，以及90度移相电路13、上变频电路14和天线 阵元A『 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IJt)和Qjt)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。IJt)和加权系数的实部Re(w》、虚部Im(Wl)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In、 Qh分別送入乘法器M『Mm完成 QPSK调制过程，所述M13、 M14乘法器的两路输出信号在加法器M19中相加，M19的输出信号为 IlC0S(wt-e)。 Qjt)经过与上述类似的处理过程得Qpin(wt-e)。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9 。乘法器M^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QPSKn送上变 频电路，经上变频后可送天线阵元An。[0027] 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IJt)和Qjt)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~、~........^相对应的加权系数实部
Re (w2) 、 Re (w3)........Re (w7)，虚部Im (w2) 、 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M17和M18的功能可由M13和M14完成。图1中乘法器M『M『Mw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Djt)、Djt)........DN(t)输入时，可经N
个串并变换电路分别产生数据信号IJt)、 I2(t)........IN(t)和Qjt)、 Q2(t)........
QN(t)。由N*8个加权系数产生电路分别产生，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In、II2、....、工IN， Iq1、 Iq2、、 IqN， Qll、 Ql2、、 QlN， QqI、
QQ2........QQN。这些数据信号可按图3中要求，分别送入加法器M^和M『所述加法器M^
和M32的输出信号L和Q工送后续的QPSK调制器。所述QPSK调制器由乘法器M33和M^、加法器M35及90度相移电路31组成。 除上述实施例外，本实用新型还可以有其它实施方式，也可以用于正交幅度调制信号的定向发送。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
权利要求一种正交移相键控基带波束形成设备，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M11、M12、M15和M16、用于已加权基带信号正交调制的乘法器M13、M14、M17和M18、用于正交调制信号合成的加法器M19、M110和M111、以及90度移相电路(13)、上变频电路(14)和大线阵元A11；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M11和M12接正交载波调制乘法器M13和M14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M11和M16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M12和M15的输入端，载波cosωt送至所述乘法器M13和M17的输入端，载波cosωt经所述90度移相电路(13)的输出端接所述乘法器M14和M18的输入端；所述乘法器M13和M14的输出端分别接所述加法器M19的两路输入端，所述乘法器M17和M18的输出端分别接加法器M110的两路输入端；所述加法器M19和M110的输出端分别接至所述加法器M111的两路输入端；所述加法器M111的输出端通过上变频电路接天线A11的输入端。
2. 如权利要求l所述的正交移相键控基带波束形成设备，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In和Iw分别接加法器Ma的两路输 入端，将两路已加权的正交调制基带信号Qn和QQ1分别接加法器Ma的两路输入端，所述加 法器M21和M22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cos " t接所 述加法器M23输入端，所述载波cos " t经90°移相电路(21)输出端接所述乘法器M24的输 入端；所述加法器MM和MM的输出端经加法器M^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。
3. 如权利要求1所述的正交移相键控基带波束形成设备，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In、 II2........IIN， IQ1、 IQ2........IQN分别接加法器M31的多个输入端；将已加权的正交调制基带信号Qn、QI2........QIN，QQ1、QQ2........Qom分別接加法器M32的多个输入端；所述加法器M31和M32的输出端经正交调制乘法器M33和M34的输 出端接加法器M^的两路输入端，载波cos"t接所述乘法器M^的另一个输入端，所述载波 cos"t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M^ 的输出端通过上变频电路(32)接天线阵元A^的输入端。
专利摘要正交移相键控基带波束形成发备可用于TD-SCDMA标准智能天线的定向发送，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M11、M12、M15和M16、用于已加权基带信号正交调制的乘法器M13、M14、M17和 M18、用于正交调制信号合成的加法器M19、M110和M111、以及90度移相电路(13)、上变频电路(14)和天线阵元A11。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H04J11/00GK201450519SQ200920045639
公开日2010年5月5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, 李凡, 杨景, 许生, 贾向东 申请人:南京邮电大学