專利名稱：一種智能天線系統(tǒng)中計算到達方向的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種智能天線系統(tǒng)中計算到達方向DOA的方法及裝置。

背景技術(shù)：
智能天線技術(shù)是移動通信領(lǐng)域內(nèi)一種越來越受到重視的新技術(shù)，尤其在TDD的工作方式中，上、下行信道使用同一載頻，可以認為同一用戶的上下行信道是完全對稱的，從而有利于智能天線技術(shù)的使用。
智能天線系統(tǒng)由一組天線陣及相連的收發(fā)信機和先進的數(shù)字信號處理算法組成。智能天線能夠根據(jù)用戶的位置的變化，自適應(yīng)的調(diào)整波束的指向，使得主瓣對準(zhǔn)期望用戶，零陷或旁瓣對準(zhǔn)非期望用戶，從而有效的降低基站的發(fā)射功率，達到消除干擾和提高系統(tǒng)容量的目的。
智能天線的下行波束賦形權(quán)值有兩種計算方法1)將到達方向(Directionof Arrival，DOA)估計后計算出的導(dǎo)向矢量作為賦形權(quán)值，通常稱之為DOA參考方法；2)直接由自適應(yīng)算法計算出波束賦形權(quán)值，通常稱之為非DOA參考方法。非DOA參考方法相比DOA參考法可能具有更好的性能，但其在算法實現(xiàn)過程中并沒有得到DOA信息。然而，DOA信息在對用戶設(shè)備(UE)的定位、動態(tài)信道分配及系統(tǒng)測試當(dāng)中是必須的，所以有必要研究如何從非DOA參考法中獲取用戶DOA、甚至各條徑的DOA問題。
申請?zhí)枮镃N200410009679的中國專利《基于達波信號方向估計的信號處理系統(tǒng)和方法》，公開了一種到達方向估計系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，并不涉及到具體的DOA估計算法原理。申請?zhí)枮镃N03101201的中國專利《期望信號初始DOA估計、DOA跟蹤及智能天線新方法》，公開了一種DOA參考方法的期望信號初始DOA估計、DOA跟蹤及智能天線方法。
DOA信息在對用戶設(shè)備(UE)的定位、動態(tài)信道分配及系統(tǒng)測試當(dāng)中是必須的，如何從非DOA參考法中獲取用戶DOA、甚至各條徑的DOA是需要解決的問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種智能天線系統(tǒng)中計算DOA的方法及裝置，解決如何根據(jù)非DOA參考法的波束賦形權(quán)值計算出用戶DOA的問題。
本發(fā)明提供了一種智能天線系統(tǒng)中計算到達方向的方法，包括 步驟1，自適應(yīng)權(quán)值計算單元使用非到達方向參考算法計算出用戶波束賦形權(quán)值； 步驟2，到達方向估計單元采用空間搜索的方法計算出整個角度范圍內(nèi)的賦形方向幅度； 步驟3，到達方向估計單元從所述賦形方向幅度中找出最大峰值點及其對應(yīng)的角度。
還包括步驟4，以最大峰值幅度為基準(zhǔn)，找出峰值幅度與最大峰值幅度之差小于設(shè)定門限值的所有峰值點及其所對應(yīng)的角度。
步驟1中，根據(jù)如下約束關(guān)系計算用戶k的波束賦形權(quán)值w(k) 其中Rxx(k)為用戶k的空間相關(guān)矩陣，wH為w的共扼轉(zhuǎn)置。
所述賦形方向幅度σ(θ)按照下式計算 σ(θ)＝|a(θ)Hw(k)|， 其中，a(θ)為智能天線陣元陣列的導(dǎo)向矢量，a(θ)H為a(θ)的共扼轉(zhuǎn)置，


和

分別為波束的最小和最大指向角度。
步驟3中，最大峰值點σmax，0及其對應(yīng)的角度θmax，0按下式計算 σmax，0＝max(σ(θ))，σmax，0＝|a(θmax，0)Hw(k)| 其中max(·)為找最大值運算。
步驟4包括以下步驟 步驟61，設(shè)定峰值檢測門限值σTh，并依據(jù)該門限值σTh獲得角度門限值θTh； 步驟62，建立峰值搜索循環(huán)，令循環(huán)索引PeakIdx＝0； 步驟63，將σmax，PeakIdx對應(yīng)的角度θmax，PeakIdx周圍θ∈[θmax，PeakIdx-θTh，θmax，PeakIdx+θTh]范圍內(nèi)的所有角度的方向幅度σ(θ)置零； 步驟64，PeakIdx加1； 步驟65，從所有方向幅度σ(θ)中找出最大峰值點σmax，PeakIdx及其所對應(yīng)的角度θmax，PeakIdx； 步驟66，如果σmax，0-σmax，PeakIdx＜σTh，則θPeakIdx為第(PeakIdx+1)條徑的到達方向，重復(fù)步驟63；否則，循環(huán)結(jié)束。
還包括步驟5，輸出到達方向角度。
本發(fā)明提供了一種裝置，包括智能天線，射頻單元，還包括 自適應(yīng)權(quán)值計算單元，用于由非到達方向參考算法計算出用戶波束賦形權(quán)值； 到達方向估計單元，用于采用空間搜索的方法計算出整個角度范圍內(nèi)的賦形方向幅度，并計算出到達方向角度。
本發(fā)明提供了一種智能天線系統(tǒng)，包括所述的裝置。
本發(fā)明提供了一種基站，包括所述的智能天線系統(tǒng)。
本發(fā)明能夠直接根據(jù)波束賦形權(quán)值獲取DOA和多徑DOA，解決了非DOA參考法的DOA獲取問題。



圖1是本發(fā)明提供的DOA計算裝置示意圖； 圖2是本發(fā)明提供的多徑DOA計算流程圖； 圖3是找出峰值幅度與最大峰值幅度之差小于設(shè)定門限值的所有峰值點及其所對應(yīng)的角度的流程圖； 圖4是設(shè)置有本發(fā)明提供的DOA計算裝置的智能天線系統(tǒng)； 圖5是本發(fā)明提供多徑DOA計算流程示意圖； 圖6是設(shè)置有本發(fā)明提供的智能天線系統(tǒng)的基站。

具體實施例方式 圖1、圖4和圖6所示的實施例中，根據(jù)非DOA參考法的波束賦形權(quán)值計算出用戶多徑的DOA。本發(fā)明提供的DOA計算裝置如圖1所示，DOA計算裝置40包括智能天線10，智能天線10由陣元陣列組成，如陣元1，陣元2，......，陣元Ka；用于基站無線射頻信號收發(fā)的射頻單元11；用于計算波束賦形權(quán)值的自適應(yīng)權(quán)值計算單元12；根據(jù)波束賦形權(quán)值計算不同徑DOA的DOA估計單元13。本發(fā)明提供的DOA計算40是智能天線系統(tǒng)41的一部分，如圖4所示。本發(fā)明中的智能天線系統(tǒng)41設(shè)置在基站60上，如圖6所示。
在本實施例中，該自適應(yīng)權(quán)值計算單元12，用于由非DOA參考算法計算出用戶k波束賦形權(quán)值；DOA估計單元13，用于采用空間搜索的方法計算出整個角度范圍內(nèi)的賦形方向幅度，并計算出DOA角度。DOA估計單元13，既可以計算主徑DOA，也可以計算多徑DOA。
該DOA估計單元，用于采用空間搜索的方法計算出整個角度范圍內(nèi)的賦形方向幅度，并計算出DOA角度。
本發(fā)明所述的根據(jù)非DOA參考法的波束賦形權(quán)值計算出用戶多徑DOA方法包括如下步驟，如圖5所示 步驟51，由非DOA參考法計算出波束賦形權(quán)值； 步驟52，采用空間搜索的方法計算出整個角度范圍內(nèi)的賦形方向幅度； 步驟53，從上一步計算出的賦形方向幅度中找出最大峰值點及其所對應(yīng)的角度； 步驟54，以最大峰值幅度為基準(zhǔn)，找出峰值幅度與最大峰值幅度之差小于設(shè)定門限值的所有峰值點及其所對應(yīng)的角度；最大峰值點就是峰值幅度最大的地方，其它峰值點就是比最大峰值點的峰值幅度要小的峰值點，只要一個點的兩邊幅度都比該點小，就可稱為峰值點； 步驟55，多徑DOA角度輸出。由第三步獲得的峰值點角度即為主徑的DOA角度，由第四步獲得的其它峰值點的角度即為其它多徑的DOA角度。
下面就將根據(jù)非DOA參考法的波束賦形權(quán)值計算出用戶的不同多徑的DOA的方進行如下詳細描述 步驟51，由非DOA參考法計算出波束賦形權(quán)值 根據(jù)如下約束關(guān)系，計算出用戶k的波束賦形權(quán)值w(k) 其中，Rxx(k)為用戶k的空間相關(guān)矩陣，wH為w的共扼轉(zhuǎn)置，w為任意權(quán)值。根據(jù)上述公式的約束關(guān)系找出最優(yōu)權(quán)值w(k)。
步驟52，采用空間搜索的方法計算出整個角度范圍內(nèi)的賦形方向幅度 設(shè)用戶k的非DOA參考法計算出的波束賦形權(quán)值為w(k)，則在整個角度范圍內(nèi)的賦形方向幅度為 σ(θ)＝|a(θ)Hw(k)| 其中，a(θ)為智能天線陣元陣列的導(dǎo)向矢量，a(θ)H為a(θ)的共扼轉(zhuǎn)置，


和

分別為波束的最小和最大指向角度，根據(jù)陣列類型和覆蓋范圍得出。

和

的值直接由陣列類型就可得出。
步驟53，從上一步計算出的賦形方向幅度中找出最大峰值點σmax，0及其對應(yīng)的角度θmax，0，即 σmax，0＝max(σ(θ))，σmax，0＝|a(θmax，0)Hw(k)| 其中max(·)為找最大值運算； 步驟54，以最大峰值幅度為基準(zhǔn)，找出峰值幅度與最大峰值幅度之差小于設(shè)定門限值的所有峰值點及其所對應(yīng)的角度。
該步驟的具體實施步驟如下，如圖3所示 步驟301，開始計算； 步驟302，設(shè)定峰值檢測門限值σTh，該門限值根據(jù)要求檢測的多徑功率相對主徑功率的差值獲得。例如，要求檢測出相對主徑功率小于3dB的多徑，則就可以將門限值設(shè)為3dB； 步驟303，根據(jù)峰值檢測門限值σTh獲得角度門限值θTh，該門限用于對峰值周圍的方向幅度清零，要求峰值角度周圍±θTh范圍內(nèi)的波束寬度為σTh(dB)帶寬的波束寬度。例如，峰值檢測門限σTh＝3dB，8天線圓陣的3dB帶寬波束寬度為35°，則由2·θTh＝35°得到θTh＝17.5°，考慮到一般取整數(shù)角度，進一步取門限θTh＝18°。
步驟304，建立峰值搜索循環(huán)，令循環(huán)索引PeakIdx＝0； 步驟305，將σmax，PeakIdx對應(yīng)的角度θmax，PeakIdx周圍θ∈[θmax，PeakIdx-θTh，θmax，PeakIdx+θTh]范圍內(nèi)的所有角度的方向幅度σ(θ)置零； 步驟306，PeakIdx加1； 步驟307，從所有方向幅度σ(θ)中找出最大峰值點σmax，PeakIdx及其所對應(yīng)的角度θmax，PeakIdx； 步驟308，如果σmax，0-σmax，PeakIdx＜σTh，則θmax，PeakIdx為第(PeakIdx+1)條徑的DOA，重復(fù)步驟305；如果σmax，0-σmax，PeakIdx≥σTh，執(zhí)行步驟309，循環(huán)結(jié)束。
步驟55，多徑DOA角度輸出。由第三步獲得的峰值點角度即為主徑的DOA角度，由第四步獲得的其它峰值點的角度即為其它多徑的DOA角度。
設(shè)由第四步檢測出N個多徑DOA角度{θmax，1，θmax，2，…，θmax，N}，則由第三步和第四步獲得的(N+1)條多徑的DOA依次為 {θmax，0，θmax，1，…，θmax，N}。
上述步驟中，如果只計算主徑DOA，也可以跳過步驟54，在步驟53計算出主徑DOA之后，直接輸出主徑DOA。
圖2是本發(fā)明提供的多徑DOA計算流程圖，包括以下步驟 步驟201，開始計算多徑DOA； 步驟202，計算賦形權(quán)值w(k)； 步驟203，計算賦形方向幅度σ(θ)＝|a(θ)Hw(k)|； 步驟204，找出最大峰值點σmax，0及其對應(yīng)的角度θmax，0； 步驟205，設(shè)定峰值檢測門限σTh，根據(jù)峰值檢測門限σTh獲得角度門限θTh，建立峰值搜索循環(huán)，令循環(huán)索引PeakIdx＝0； 步驟206，將σmax，PeakIdx對應(yīng)的角度θmax，PeakIdx周圍θ∈[θmax，PeakIdx-θTh，θmax，PeakIdx+θTh]范圍內(nèi)的所有角度的方向幅度σ(θ)置零； 步驟207，PeakIdx加1； 步驟208，找出最大峰值點σmax，PeakIdx及其所對應(yīng)的角度θmax，PeakIdx； 步驟209，判斷σmax，0-σmax，PeakIdx＜σTh是否成立，如果是執(zhí)行步驟206，否則執(zhí)行步驟210； 步驟210，輸出多徑DOA角度； 步驟211，計算結(jié)束。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，還可以對以上內(nèi)容進行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限于以上的說明，而是由權(quán)利要求書的范圍來確定的。
權(quán)利要求
1.一種智能天線系統(tǒng)中計算到達方向的方法，其特征在于，包括
步驟1，自適應(yīng)權(quán)值計算單元使用非到達方向參考算法計算出用戶波束賦形權(quán)值；
步驟2，到達方向估計單元采用空間搜索的方法計算出整個角度范圍內(nèi)的賦形方向幅度；
步驟3，到達方向估計單元從所述賦形方向幅度中找出最大峰值點及其對應(yīng)的角度。
2.如權(quán)利要求1所述的智能天線系統(tǒng)中計算到達方向的方法，其特征在于，還包括步驟4，以最大峰值幅度為基準(zhǔn)，找出峰值幅度與最大峰值幅度之差小于設(shè)定門限值的所有峰值點及其所對應(yīng)的角度。
3、如權(quán)利要求1或2所述的智能天線系統(tǒng)中計算到達方向的方法，其特征在于，步驟1中，根據(jù)如下約束關(guān)系計算用戶k的波束賦形權(quán)值w(k)
其中Rxx(k)為用戶k的空間相關(guān)矩陣，wH為w的共扼轉(zhuǎn)置。
4.如權(quán)利要求3所述的智能天線系統(tǒng)中計算到達方向的方法，其特征在于，所述賦形方向幅度σ(θ)按照下式計算
σ(θ)＝|a(θ)Hw(k)|，
其中，a(θ)為智能天線陣元陣列的導(dǎo)向矢量，a(θ)H為a(θ)的共扼轉(zhuǎn)置，
和
分別為波束的最小和最大指向角度。
5.如權(quán)利要求4所述的智能天線系統(tǒng)中計算到達方向的方法，其特征在于，步驟3中，最大峰值點σmax，0及其對應(yīng)的角度θmax，0按下式計算
σmax，0＝max(σ(θ))，σmax，0＝|a(θmax，0)Hw(k)|
其中max(·)為找最大值運算。
6.如權(quán)利要求5所述的智能天線系統(tǒng)中計算到達方向的方法，其特征在于，步驟4包括以下步驟
步驟61，設(shè)定峰值檢測門限值σTh，并依據(jù)該門限值σTh獲得角度門限值θTh；
步驟62，建立峰值搜索循環(huán)，令循環(huán)索引PeakIdx＝0；
步驟63，將σmax，PeakIdx對應(yīng)的角度θmax，PeakIdx周圍θ∈[θmax，PeakIdx-θTh，θmax，PeakIdx+θTh]范圍內(nèi)的所有角度的方向幅度σ(θ)置零；
步驟64，PeakIdx加1；
步驟65，從所有方向幅度σ(θ)中找出最大峰值點σmax，PeakIdx及其所對應(yīng)的角度θmax，PeakIdx；
步驟66，如果σmax，0-σmax，PeakIdx＜σTh，則θPeakIdx為第(PeakIdx+1)條徑的到達方向，重復(fù)步驟63；否則，循環(huán)結(jié)束。
7.如權(quán)利要求1、2、4、5、或6所述的智能天線系統(tǒng)中計算到達方向的方法，其特征在于，還包括步驟5，輸出到達方向角度。
8.一種利用權(quán)利要求1、2、4、5或6所述方法的裝置，包括智能天線，射頻單元，其特征在于，還包括
自適應(yīng)權(quán)值計算單元，用于由非到達方向參考算法計算出用戶波束賦形權(quán)值；
到達方向估計單元，用于采用空間搜索的方法計算出整個角度范圍內(nèi)的賦形方向幅度，并計算出到達方向角度。
9.一種智能天線系統(tǒng)，其特征在于，包括有如權(quán)利要求8所述的裝置。
10.一種基站，其特征在于，包括有如權(quán)利要求9所述的智能天線系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能天線系統(tǒng)中計算到達方向的方法，包括步驟1，自適應(yīng)權(quán)值計算單元使用非到達方向參考算法計算出用戶波束賦形權(quán)值；步驟2，到達方向估計單元采用空間搜索的方法計算出整個角度范圍內(nèi)的賦形方向幅度；步驟3，到達方向估計單元從所述賦形方向幅度中找出最大峰值點及其對應(yīng)的角度。本發(fā)明能夠直接根據(jù)波束賦形權(quán)值獲取DOA和多徑DOA，解決了非DOA參考法的DOA獲取問題。
文檔編號H04B7/26GK101330304SQ20071011778
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者盧勤博, 強 王 申請人:中興通訊股份有限公司