专利名称：一种应用于智能天线系统的广播波束赋形方法
技术领域：
本发明涉及移动通信系统中智能天线系统的波束赋形方法，特别 是一种应用于智能天线系统的广播波束赋形方法。
技术背景对于任何移动通信系统来说，在有限的功放条件下，得到尽可能 大的广播波束全向覆盖和业务信道覆盖，始终是追求的目标。同时为 了保证终端正确接收广播信息和全向信息，总是尽最大可能的能量进 行发射。智能天线技术的出现，能够针对业务信道进行波束赋形，通过抑 制噪声和干扰，大大提高了能量利用效率，降低了功放成本；但对于广播波束， 一般简单的做法就是多天线全向赋形，最大限度地保证其 广播波束水平方向图为"近似等圆"。因此对于FDD系统来说，广播 波束所消耗的能量占用的比重相对较大，大大降低了业务波束的覆盖 范围；对于TDD系统来说， 一般需要占用特定的时隙，降低了频带 利用率，如TD-SCDMA系统和PHS系统。同时对于特定的PHS系统，由于每个时隙只有一个用户，采用 智能天线系统以后，造成业务波束的覆盖远远大于广播波束的覆盖； 对于TD-SCDMA系统而言，存在同样的问题，TS0时隙上P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel,主公共控制物理信道) 的覆盖和DwPTS (Downlink Pilot Time Slot,下行导频时隙)的覆盖
成为系统下行覆盖受限的首要障碍。更为严重的(1)以目前的TD-SCDMA系统而言，在宏蜂窝同 频布网环境，一个UE通常至少能收到6个扇区的同频P-CCPCH和 DwPTS (在前期实验网中，UE端反映能收到10个小区的导频)，以 TS0只配P-CCPCH而言，P-CCPCH和DwPTS的C/I (载波干扰比) 通常情况下只有-8dB (Eb/N0=4dB)，而正常的解调Eb/N0 (比特能 量噪声比)，在城市宏蜂窝环境，Eb/NO—般应该在7-10dB，因此导 致UE登录、选择网络、解调广播信息、邻区测量极其困难，存在较 大的误差，虽然N频点补偿协议的提出(一般3频点)，C/I提高到-3dB(Eb/N0=9dB)，从表象上看，N频点可以减缓、克服此问题，但可 能实际中还不够，例如，TSO通常再配了 3个物理码道的S-CCPCH(Secondary Common Control Physical Channel，辅助公共控审U信道)， 即使在3频点下，P-CCPCH的C/I通常情况下也只有-7dB(Eb/N0-5dB)，达不到正常的解调C/I; (2)由于TD-SCDMA系统 独特的TDD结构，目前实验网已经反映出来的近端的TSO、 DwPTS 在空中的反射、折射，远处基站的TS0、 DwPTS直射，这些下行信 号造成对上下行间保护时间间隔GP、 UpPTS (Uplink Pilot Time Slot, 上行导频时隙)上行信号的严重干扰，如图1所示。其结果是UE随 机接入困难，校正系统成功困难；虽然目前采用了 N频点和独特的 处理解调算法，但没有真正解决TDD系统这种独特的干扰问题。同时对于多天线系统而言，系统中某些阵元或其通道意外失效是 完全可能的事情，当部分阵元失效以后，将造成广播波束的方向图"失 真"，并且随着失效阵元个数的增加和失效阵元的不同位置组合，广 播波束的方向图已经变得不可控制，将造成小区某些地方基本没有导频覆盖，而小区有些地方覆盖异常增大，严重影响邻小区，造成更严 重的导频"污染"。对于阵元失效，虽然可以采取一定的补偿措施， 但仿真表明，仅对某些少量情况下的失效，有些效果，但对于绝大部 分情况，效果有限。以下是UE的工作过程，以TD-SCDMA系统为例UE开机后，首先搜索DwPTS信号，然后通过匹配滤波，找到 特定的系统组号，然后根据系统组号，进一步确定所使用的扰码和基 本Midamble码，然后解调TS0上P-CCPCH码道，从中读出BCH (BroadcastChannel,广播信道)的广播信息。对于UE而言，只要开机读出了广播信息，直到下次开机前，一 般不会再去读取BCH信息，即此时BCH信息对于此UE而言是多余 的，除非系统BCH信息改变，系统通知寻呼通知l正，UE才会再次 读取BCH，或者UE下行失步，需要重新同步。在通常的情况下，只 是检测P-CCPCH的接收信号码道功率RSCP,为切换做测量准备。同时对于系统而言，总是按照一定的周期循环地迸行BCH信息 广播， 一般周期为几十毫秒到l秒之间；对于DwPTS而言，每5毫 秒重复发送一次。 发明内容本发明的目的在于提供一种应用于智能天线系统的广播波束赋 形方法，主要解决现有方法对TDD系统来说需要占用特定的时隙， 降低了频带利用率的技术问题，可以很方便地应用于TD-SCDMA系 统和PI 系统。为实现上述目的，本发明的技术方案是
一种应用于智能天线系统中的广播波束赋形方法，其特征是它包 括如下步骤a把一个小区覆盖沿水平角度，固定均匀分成n等份，每一等份为--个子小区，各小区以n表示，^"《W，每个子小区n用一个窄 波束覆盖；B根据公用信息最大周期T，窄波束在子小区n的停留时间为一 个周期T，期间对具有周期性质的公用信息采用与业务信息相同的窄 波束赋形操作；C窄波束在子小区n停留一个周期T后，切换到下一个子小区 n+l进行窄波束赋形； D依次周期轮流。所述步骤B中，当有阵元或通道失效时，把相应的阵元赋形元素所述釣一个周期T为5毫秒的整数倍。 所述步骤B进一步包括Bl根据公式(3)，在确定的波束覆盖的整个角度空间B和子小区 的数量N下，计算每个子小区的预先固定的来波方向《，<formula>formula see original document page 7</formula> (3)当替能天线阵列为直线阵，执行A2;当职能天线阵列为圆环阵， 执行A3;B2根据步骤B1所确定每个子小区《，再根据公式(l)，计算好每个子小区各自的公用信道赋形权值；<formula>formula see original document page 7</formula> (1) B3根据步骤B1所确定每个子小区《，再根据公式(2)，计算好每个子小区各自的公用信道赋形权值；
其中，Ka为阵元个数，d为相邻阵元的间距，^为方向矢量中的 元素；n =1^0耿一(*一1)差],A:-l,2，…，尺a (2) 义 尺"上述公式(2)、 (3)中，Ka为阵元个数，d为相邻阵元的间距，"为方向矢量中的元素，《为每个子小区的每个子小区的预先固定的 来波方向。所述步骤B中，当赋形过程中有阵元或通道失效时，只需要在 根据公式(1)或(2)计算赋形权值时，把相应的阵元或通道失效的 赋形元素置0。藉由上述发明方法，本发明具有如下技术效果1、 使用本发明的方法，对于任意位置的UE而言，最长间隔为 NT后，广播波束会重新覆盖，并停留T。以常规配置而言，N=10， T-200毫秒，则最长时间间隔为2秒，对UE登录网络不会造成任何 可观察到的时延。2、 使用本发明方法，当有部分阵元或通道失效时，只要剔除失 效的通道数据即可，几乎不需要做任何处理，对邻小区没有任何影响， 对本小区也几乎没有任何影响(随着失效阵元或通道数的增多，覆盖 下降，但可以通过同时增大有效阵元的功率，达到没有覆盖损失)。3、 使用本发明方法，对于任意位置的UE而言，从长期统计的 角度而言，其受邻小区导频干扰的影响降低(理论上对于Ka阵元， 邻小区导频干扰降低101ogKadB)，这对该UE正确解调本小区导频 信息极为有利，特别是同频组网时，效果更加明显。4、 使用本发明方法，P-CCPCH和DwPTS对于GP、 UpPTS的 千扰降低(理论上对于Ka阵元，邻小区导频干扰降低101o沐adB)，
这对本小区校正系统和正确解调UpPTS的信号极为有利，特别是同频组网时，效果更加明显；
图1是TD-SCDMA下行对上行自干扰原理图； 图2是本发明方法步骤的流程图； 图3是本发明实施例中圆环阵排列示意图； 图4是本发明实施例中直线阵排列示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种应用于智能天线系统中的广播波束赋形方法， 如图1所示，它包括如下步骤A把一个小区覆盖沿水平角度，固定均匀分成N等份，每一等份为一个子小区，各小区以n表示，^"《W，每个子小区n用一个窄 波束覆盖；B根据公用信息最大周期T，窄波束在子小区n的停留时间为一 个周期T，期间对具有周期性质的公用信息采用与业务信息相同的窄 波束赋形操作；C窄波束在子小区n停留一个周期T后，切换到下一个子小区 n+l进行窄波束赋形； D依次周期轮流。上述步骤A中的子小区分割，对于8天线圆阵而言，每个业务 窄波束半功率扇宽基本为35-36° ，最多只需10个窄波束就可覆盖整 个360°小区，因此N40;对于对于8天线线阵(120°扇区)，每 个业务窄波束半功率扇宽最窄为12° ，最多只需10个窄波束就可覆 盖整个120°小区，因此N-10;对于4天线线阵(120°扇区)，每 个业务窄波束半功率扇宽最窄为32° ，最多只需4个窄波束就可覆 盖整个12(A因此N-4。以下通过一个具体的实施例来进一步介绍本发明方法 由线阵相关理论可知如图3所示由yfe个阵元等间距c/排列成一条直线而组成，当来波方向DOA为0时，其方向矢量中的元素^可表示为h= ，-l)2Wsiii组，"i，2，…，a:。 (1) 同样对于圆阵而言，如图2所示,S个阵元均匀分布在圆周上，圆周半径为r，选取圆心为参考点，当来波方向DOA为P时，方向矢量中的元素h可表示为 ，cos[P-0t-l)差]，"l，2，…，A:a (2) 义 Xa其中式(l)、 (2)中的义为载波波长。将波束覆盖的整个角度空间战lj分成对、"子小区"，每个"子小区" 的到达角预先定义为该广播波束赋形方法的具体步骤是-第一步计算每个子小区的公用信道赋形权值，此步骤又可细分为1.1根据公式(3)，在确定的B和N下，计算每个子小区的预先 固定的来波方向《。常规对于8天线圆环阵而言，B=360° ， N-10; 对于8天线直线阵而言，B=120° ， N=10;对于4天线直线阵而言， B=120° ， N=4;1.2对于直线阵而言，根据l.l，在确定每个子小区^(l《"^iV)
下，根据公式(l)，计算好每个子小区各自的公用信道赋形权值；1.3对于圆环阵而言，根据l.l，在确定每个子小区《(B"AO下，根据公式(2)，计算好每个子小区各自的公用信道赋形权值；第二步根据公用信息最大周期T，在信息周期的起始时刻，从子小区1开始，以第一步计算出来的子小区1的公用信道赋形权值，进行公用信道赋形；第三步在公用信息下一个周期T到来时刻，以第一步计算出来的子小区2的公用信道陚形权值，进行公用信道赋形；第四步依次类推，并按照周期1,2，...， N, 1, 2，...进行循环； 第五步当有阵元或通道失效时，只需要在根据公式(1)或(2)计算赋形权值时，把相应的阵元赋形元素置O即可，所有操作仍然按照第二步至第四步进行。综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的 实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修 饰，都应为本发明的技术范畴。
权利要求
1、 一种应用于智能天线系统中的广播波束赋形方法，其特征是 它包括如下步骤A把一个小区覆盖沿水平角度，固定均匀分成N等份，每一等份为一个子小区，各小区以n表示，B"W，每个子小区n用—个窄 波束覆盖；B根据公用信息最大周期T，窄波束在子小区n的停留时间为一 个周期T，期间对具有周期性质的公用信息采用与业务信息相同的窄 波束赋形操作；C窄波束在子小区n停留一个周期T后，切换到下一个子小区 n+l进行窄波束赋形； D依次周期轮流。
2、 根据权利要求1所述的应用于智能天线系统中的广播波束赋 形方法，其特征是所述步骤B中，当有阵元或通道失效时，把相应 的阵元赋形元素置0。
3、 根据权利要求1或2所述的应用于智能天线系统中的广播波 束赋形方法，其特征是所述的一个周期T为5毫秒的整数倍。
4、 根据权利要求1所述的应用于智能天线系统中的广播波束赋 形方法，其特征是所述步骤B进一步包括Bl根据公式(3)，在确定的波束覆盖的整个角度空间B和子小区的数量N下，计算每个子小区的预先固定的来波方向《，当智能天线阵列为直线阵，执行A2;当职能天线阵列为圆环阵， 执行A3;B2根据步骤B1所确定每个子小区《，再根据公式(l)，计算好每个子小区各自的公用信道赋形权值；<formula>formula see original document page 3</formula> B3根据步骤B1所确定每个子小区《，再根据公式(2)，计算好每个子小区各自的公用信道赋形权值；其中，Ka为阵元个数，d为相邻阵元的间距，"为方向矢量中的 元素；<formula>formula see original document page 3</formula>上述公式(2)、 (3)中，Ka为阵元个数，d为相邻阵元的间距， ^为方向矢量中的元素，《为每个子小区的每个子小区的预先固定的 来波方向。
5、根据权利要求4所述的应用于智能天线系统中的广播波束赋 形方法，其特征是所述步骤B中，当赋形过程中有阵元或通道失效 时，只需要在根据公式(1)或(2)计算赋形权值时，把相应的阵元 或通道失效的赋形元素置0。
全文摘要
一种应用于智能天线系统的广播波束赋形方法，包括如下步骤A.把一个小区覆盖沿水平角度，固定均匀分成N等份，每一等份为一个子小区，各小区以n表示，1≤n≤N，每个子小区n用一个窄波束覆盖；B.根据公用信息最大周期T秒，窄波束在子小区n的停留时间为一个周期T，期间对具有周期性质的公用信息采用与业务信息相同的窄波束赋形操作；C.窄波束在子小区n停留一个周期T后，切换到下一个子小区n+1进行窄波束赋形；D.依次周期轮流。本方法主要解决现有方法对TDD系统来说需要占用特定的时隙，降低了频带利用率的技术问题，可以很方便地应用于TD-SCDMA系统和PHS系统。
文档编号H04B7/06GK101145818SQ20061003106
公开日2008年3月19日 申请日期2006年9月12日 优先权日2006年9月12日
发明者曾召华, 段义军 申请人:中兴通讯股份有限公司