专利名称：阵列天线波束赋形方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及阵列天线低旁瓣波束赋形的实现方案，更具体的， 涉及一种无线通信系统中的阵列天线波束赋形方法和装置。
背景技术：
阵列天线是一项利用不同用户信号传输的空间差异性和阵列 数字信号处理的技术，其可以实现对不同目标信号从空域角度进行 区分和隔离，从而达到降低多址干扰、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。在实际应用中，降低通信系统中各个用户之间相互干扰(多址 干扰)是提高通信质量的重要途径，而使用具有较低旁瓣的波束赋 形则是减少多址干扰的重要手段。目前常用的阵列天线赋形采用各 个天线赋形权值等模的方法实现波束赋形，虽然实现较为简单，但 由于权值自由度的限制，造成其在实现某些特定要求的波束时(例 如，对主波束的宽度和指向有特定要求)，由等模赋形权值得到的 波束通常旁瓣较高，这样会造成对系统中其他用户或其他小区的干 扰增强，这样就会降低系统的整体容量。此时采用非等模赋形权值 就能较好地解决在满足特定主波束要求的同时具有较4氐的旁瓣的 问题。由于非等模赋形权值的自由度相对于等模赋形权值大了许 多，所以其波束赋形效果更好。然而，这样也造成产生合适的非等 模赋形权值所需的计算量大大增加，另外还有工程应用当中对各个阵列天线阵元功率差异限制等因素，都使得具有低旁瓣的非等才莫赋 形权值不易获得。为了解决上述问题，急需一种方案来实现阵列天线^氐旁瓣波束 赋形。发明内容针对现有技术的不足，本发明提出了一种阵列天线波束赋形方 法和装置，其能够满足特定主波束要求及阵元功率约束条件，且具 有较低旁瓣，通过对波束赋形权值的模值及辐角分别进行调整，能 够以较低的计算量得到适用的非等模赋形权值，从而实现较为理想 的波束赋形。本发明的 一个方面提供了 一种阵列天线波束赋形方法，其包括以下步骤步骤S102，确定主波束的约束条件；步骤S104,确定 各个阵列天线阵元功率的约束条件；步骤S106, ^^据各个阵列天线 阵元功率的约束条件，确定各个阵列天线阵元所需的赋形权值的模 值；步骤S108，根据模值，搜索满足主波束的约束条件的赋形权值 的幅角；以及步骤SllO，根据所得到的赋形权值进行赋形，以得到 满足主波束的约束条件以及各个阵列天线阵元功率的约束条件的 波束。才艮才居本发明的一个方面，主波束的约束条j牛可以包4舌以下之一 或组合波束宽度、以及波束指向。各个阵列天线阵元功率的约束 条件可以包括各个阵元之间的功率差异。另外，在步骤S106中，不考虑赋形权值的幅角。根据本发明的实施例，各个阵列天线阵元功率的约束条件为限 制赋形权值的模值不超过1。本发明的另一个方面提供了一种阵列天线波束赋形装置，其可以包括确定单元，用于确定主波束的约束条件，以及各个阵列天 线阵元功率的约束条件；计算单元，用于根据各个阵列天线阵元功 率的约束条件，确定各个阵列天线阵元所需的赋形权值的模值；搜 索单元，用于根据模值，搜索满足主波束的约束条件的赋形权值的 幅角；以及赋形单元，用于根据所得到的赋形权值进行赋形，以得 到满足主波束的约束条件以及各个阵列天线阵元功率的约束条件 的波束。其中，主波束的约束条件可以包^"以下之一或组合波束宽度、 以及波束指向。各个阵列天线阵元功率的约束条件可以包括各个 阵元之间的功率差异。才艮据本发明的另一个方面，在计算单元中，不考虑赋形4又值的幅角。根据本发明的实施例，各个阵列天线阵元功率的约束条件为限 制赋形^又值的才莫值不超过1。采用本发明的阵列天线低旁瓣的波束赋形方法和装置，即通过 根据阵元功率约束条件及主波束约束条件来分别确定非等模赋形 权值的模值和辐角，从而得到符合要求的赋形波束。本发明通过实 现低旁瓣波束赋形，满足特定的主波束要求，同时能够减少用户间 的干扰，降低阵列天线发射功率，并且本发明具有适用范围广泛， 工程实现简单等优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部 分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发 明的目的和其他优点可通过在所写的i兌明书、4又利要求书、以及附 图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部 分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中图1是根据本发明的阵列天线波束赋形方法的流程图；图2是根据本发明的阵列天线波束赋形装置的框图；图3是根据本发明实施例的阵列天线低旁瓣波束赋形方法的流 程图；图4是本发明实施例所涉及的8天线线阵的结构示意图；图5是本发明实施例所涉及的8天线线阵中单天线的相对功率 的方向图；以及图6是本发明实施例的8天线线阵等模赋形权值和通过本发明 生成的非等纟莫赋形4又值的对应波束方向的对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此 处所描述的优选实施例^又用于说明和解释本发明，并不用于限定本 发明。图1是根据本发明的阵列天线波束赋形方法的流程图，如图1所示，该方法包4舌以下步骤步骤S102，确定主波束的约束条件；步骤S104,确定各个阵列天线阵元功率的约束条l牛；步骤S106,根据各个阵列天线阵元功率的约束条件，确定各个 阵列天线阵元所需的赋形4又值的模值；步骤S108，根据模值，搜索满足主波束的约束条件的赋形权值 的幅角；以及步骤SllO，根据所得到的赋形权值进行赋形，以得到满足主波 束的约束条件以及各个阵列天线阵元功率的约束条件的波束。其中，主波束的约束条件包括以下之一或组合波束宽度、以 及波束指向。各个阵列天线阵元功率的约束条件包括各个阵元之 间的功率差异。另外，在步骤S106中，不考虑赋形权值的幅角。各个阵列天 线阵元功率的约束条件为限制赋形权值的模值不超过i。图2是根据本发明的阵列天线波束赋形装置200的框图，如图 2所示，该阵列天线波束赋形装置200包括确定单元202，用于 确定主波束的约束条件，以及各个阵列天线阵元功率的约束条件； 计算单元204,用于根据各个阵列天线阵元功率的约束条件，确定 各个阵列天线阵元所需的赋形权值的模值；搜索单元206，用于根 据模值，搜索满足主波束的约束条件的赋形权值的幅角；以及赋形 单元208，用于根据所得到的赋形权值进行赋形，以得到满足主波 束的约束条件以及各个阵列天线阵元功率的约束条件的波束。其中，主波束的约束条件可以包括以下之一或组合波束宽度、 以及波束指向。各个阵列天线阵元功率的约束条件可以包括各个 阵元之间的功率差异。在计算单元中，不考虑赋形权值的幅角。各个阵列天线阵元功 率的约束条件为限制赋形权值的模值不超过1。图3是^4居本发明实施例的阵列天线低旁瓣波束赋形方法的流 程图，图4是本发明实施例所涉及的8天线线阵的结构示意图，图 5是本发明实施例所涉及的8天线线阵中单天线的相对功率的方向 图，以及图6是本发明实施例的8天线线阵等才莫赋形斥又值和通过本 发明生成的非等模赋形权值的对应波束方向的对比图。以下将结合 图4至图6详细描述图3的阵列天线4氐旁瓣波束赋形方法的详细过 程。参考图3，本发明实施例的阵列天线低旁瓣波束赋形方法包括 以下步骤步骤S302，确定主波束的约束条件，如波束宽度、波束指向等， 本实施例中的阵列天线采用如图4所示的8天线等距直线阵，阵元间距为2/2 (其中A为载波波长)。每个阵元的方向图如图5所示， 并且每个阵元方向图的法线方向与天线阵列的法线方向一致，另 外，对主波束的约束条件为主波束的-3dB宽度为65度，主波束指 向为0度方向(法线方向)；步骤S304，确定各个阵列天线阵元功率的约束条件，不失一般 性，本例中限制赋形权值的模值不超过l,即，maxW"，卜1,…，8， 其中，巧为赋形权值对应于第''个天线的复系数，以及l叫表示求模运算，同时限定单个阵元的最大功率与最小功率之差不超过5dB， 即20*log(max|『,|/miii|『》5, z.，) = 1,..-，8 步骤S306, 4艮据上述步骤S304的约束条件确定各个阵元所需 的低旁瓣赋形权值的模值，其中，可先将权值辐角均设为O度，同时设定赋形权值的最大值为1，即，maxKI = 1, (,'-l,…，8),而赋形权值的最小值为minW^,^'56，( 1，…，8)，在本实施例中，将在满 足此模值约束条件下，根据切比雪夫多项式设计旁瓣最低的赋形权[|)^『2『3『4^%^刚值的模值，得到=
;步骤S308，按照从步骤S306得到的模值，固定赋形权的模值， 进一步搜索能够满足步骤S302中主波束约束条件的权值辐角組合， 在本实施例中通过遍历搜索的方式得到最佳波束赋形4又值的辐角 分另,j为[OT -10*J -1172 161.ff 161,ff -1172 -1WJ步骤S310，利用步骤S308得到的波束赋形权值进行赋形，即 可得到满足步骤S302及步骤S304约束条件的低旁瓣波束，通过本 发明得到的低旁瓣波束与等模赋形权值对应的波束方向图对比如 图6所示。可以看出，在主波束都满足要求的情况下，本发明所对应的波 束具有更低的旁瓣，赋形效杲更好。虽然本发明以8天线线阵为例给出了 一种阵列天线4氐旁瓣波束 赋形的具体实施例，但本发明内容并不局限于线阵，同样也适用于 其它天线数和阵列流形等情况。综上所述，本发明给出了一种阵列天线低旁瓣的波束赋形方法 和装置，其通过根据阵元功率约束条件及主波束约束条件来分别确 定非等模赋形权值的模值和辐角，从而得到符合要求的赋形波束。 本发明通过实现低旁瓣波束赋形，满足特定的主波束要求，同时能 够减少用户间的干扰，降低阵列天线发射功率，同时大幅降低了非 等才莫权值搜索的计算量，具有适用范围广泛，工程实现简单等优点。本发明适用于无线通信系统，尤其适用于采用阵列天线进行波 束赋形的无线通信系统。任何具有信号处理、通信等知识背景的才支 术人员，根据本发明设计的等同的阵列天线波束赋形实现方法，其 均应包含在本发明的思想和范围中。以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对 于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种阵列天线波束赋形方法，其特征在于，包括以下步骤步骤S102，确定主波束的约束条件；步骤S104，确定各个阵列天线阵元功率的约束条件；步骤S106，根据所述各个阵列天线阵元功率的约束条件，确定各个所述阵列天线阵元所需的赋形权值的模值；步骤S108，根据所述模值，搜索满足所述主波束的约束条件的所述赋形权值的幅角；以及步骤S110，根据所得到的所述赋形权值进行赋形，以得到满足所述主波束的约束条件以及所述各个阵列天线阵元功率的约束条件的波束。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主波束的约束 条件包括以下之一或组合波束宽度、以及波束指向。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各个阵列天线 阵元功率的约束条件包括各个阵元之间的功率差异。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所 述步骤S106中，不考虑所述赋形4又值的幅角。
5. 才艮据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述 各个阵列天线阵元功率的约束条件为限制赋形权值的模值不超过1。
6. —种阵列天线波束赋形装置，其特征在于，包括确定单元，用于确定主波束的约束条件，以及各个阵列 天线阵元功率的约束条件；计算单元，用于根据所述各个阵列天线阵元功率的约束 条件，确定各个所述阵列天线阵元所需的赋形权值的模值；搜索单元，用于根据所述模值，搜索满足所述主波束的 约束条件的所述赋形权值的幅角；以及赋形单元，用于才艮据所得到的所述赋形权值进4亍赋形， 以得到满足所述主波束的约束条件以及所述各个阵列天线阵 元功率的约束条件的波束。
7. 根据权利要求6所述的阵列天线波束赋形装置，其特征在于， 所述主波束的约束条件包括以下之一或组合波束宽度、以及 波束指向。
8. 根据权利要求6所述的阵列天线波束赋形装置，其特征在于， 所述各个阵列天线阵元功率的约束条件包括各个阵元之间的 功率差异。
9. 根据权利要求6至8中任一项所述的阵列天线波束赋形装置， 其特征在于，在所述计算单元中，不考虑所述赋形4又值的幅角。
10. 根据权利要求6至8中任一项所述的阵列天线波束赋形装置， 其特征在于，所述各个阵列天线阵元功率的约束条件为限制赋 形权值的模值不超过l。
全文摘要
本发明提供了一种阵列天线波束赋形方法和装置，该方法包括以下步骤步骤S102，确定主波束的约束条件；步骤S104，确定各个阵列天线阵元功率的约束条件；步骤S106，根据各个阵列天线阵元功率的约束条件，确定各个阵列天线阵元所需的赋形权值的模值；步骤S108，根据模值，搜索满足主波束的约束条件的赋形权值的幅角；以及步骤S110，根据所得到的赋形权值进行赋形，以得到满足主波束的约束条件以及各个阵列天线阵元功率的约束条件的波束。因此，通过本发明，得到的符合要求的赋形波束，并且通过实现低旁瓣波束赋形，满足了特定的主波束要求，同时能够减少用户间的干扰，降低阵列天线的发射功率。
文档编号H04B7/26GK101257335SQ200710111560
公开日2008年9月3日 申请日期2007年6月19日 优先权日2007年3月2日
发明者昕 郭 申请人:中兴通讯股份有限公司