本發(fā)明涉及無線通信領域的高頻通信系統(tǒng)中波束賦形技術(shù)，尤其涉及一種寬波束的生成方法及裝置。

背景技術(shù)：

在高頻通信系統(tǒng)中，寬波束的應用非常廣泛，這是因為寬波束具有更廣的覆蓋范圍，而且在波束訓練(波束搜索跟蹤等)的過程中較為節(jié)省資源，尤其是時間資源，因此在一些應用場景中，例如廣播信道往往要求波束具有較大角度的覆蓋范圍，通常會使用到寬波束。

實際應用中，可以使用波束賦形技術(shù)來生成寬波束，波束賦形技術(shù)是一種基于天線陣列的信號預處理技術(shù)，該技術(shù)通過調(diào)整天線陣列中每個陣元的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生具有指向性的波束?，F(xiàn)有的使用波束賦形技術(shù)生成寬波束的方法通常為選用較少的陣子來直接生成與陣子數(shù)相對應的寬波束。但是由此方法所生成的寬波束的性能往往不夠理想，例如生成的寬波束的主瓣寬度內(nèi)波束并不平坦、主瓣的上升沿和下降沿比較平緩、旁瓣衰減較小以及存在的一些其它的不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例期望提供一種寬波束的生成方法及裝置，能夠使得生成的寬波束具有在主瓣寬度內(nèi)波束較為平坦、主瓣的上升沿和下降沿比較陡峭、旁瓣比較小的優(yōu)勢，從而提升了寬波束的性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明實施例一方面提供了一種寬波束的生成方法，包括：

根據(jù)窄波束的波瓣寬度、待生成寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度，確定所述窄波束的個數(shù)n以及n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，所述n是大于零的正整數(shù)；

根據(jù)n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，確定每個所述窄波束的權(quán)值；

根據(jù)每個所述窄波束的權(quán)值，獲取所述寬波束的權(quán)值；

根據(jù)所述寬波束的權(quán)值，生成所述寬波束。

可選的，所述根據(jù)窄波束的波瓣寬度、待生成寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度，確定所述窄波束的個數(shù)n以及n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度包括：

根據(jù)所述窄波束的波瓣寬度、所述寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度，確定所述窄波束的個數(shù)n、所述n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差以及第一窄波束的目標角度與所述寬波束的目標角度之間的角度差，所述第一窄波束為所述n個窄波束中目標角度與所述寬波束的目標角度相差最大的窄波束；

根據(jù)所述n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差、所述第一窄波束的目標角度與所述寬波束的目標角度之間的角度差、所述寬波束的目標角度以及所述n，確定所述n個窄波束中每個窄波束的目標角度。

可選的，所述根據(jù)所述窄波束的波瓣寬度、所述寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度，確定所述n、所述n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差以及第一窄波束的目標角度與所述寬波束的目標角度之間的角度差包括：

根據(jù)所述窄波束的波瓣寬度、所述寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度和制約條件，確定所述n、所述n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差以及第一窄波束的目標角度與所述寬波束的目標角度之間的角度差；

所述制約條件為

其中，所述i∈{2,3,...,n}，表示所述n個窄波束中第i個窄波束，為所述寬波束的目標角度，為所述寬波束的3db波瓣寬度，表示第i個所述窄波束的目標角度，表示所述n個窄波束中每個窄波束的1db波瓣寬度，表示所述n個窄波束中每個窄波束的3db波瓣寬度，表示所述n個窄波束中每個窄波束的10db波瓣寬度。

可選的，所述根據(jù)n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，確定每個所述窄波束的權(quán)值包括：

根據(jù)公式(1)，確定第i個所述窄波束的權(quán)值wi；

所述公式(1)為：

其中，m為陣子數(shù)目，φi為第i個所述窄波束的整體移相參數(shù)，αm(θi)為所述θi的函數(shù)，表示所述m個陣子中第m個陣子的移相參數(shù)，所述m∈{1,2,...,m}，所述θi為第i個所述窄波束的目標角度。

可選的，根據(jù)公式(2)，確定所述φi，所述公式(2)為

可選的，當i為奇數(shù)時，所述φi為0；當i為偶數(shù)時，所述φi為π。

可選的，所述根據(jù)每個所述窄波束的權(quán)值，獲取所述寬波束的權(quán)值包括：

獲取每個所述窄波束的權(quán)值之和作為所述寬波束的權(quán)值。

本發(fā)明實施例另一方面提供了一種寬波束的生成裝置，包括：

第一確定單元，用于根據(jù)窄波束的波瓣寬度、待生成寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度，確定所述窄波束的個數(shù)n以及n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，所述n是大于零的正整數(shù)；

第二確定單元，用于根據(jù)n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，確定每個所述窄波束的權(quán)值；

獲取單元，用于根據(jù)每個所述窄波束的權(quán)值，獲取所述寬波束的權(quán)值；

生成單元，用于根據(jù)所述寬波束的權(quán)值，生成所述寬波束。

可選的，所述第一確定單元具體用于：

根據(jù)所述窄波束的波瓣寬度、所述寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度，確定所述窄波束的個數(shù)n、所述n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差以及第一窄波束的目標角度與所述寬波束的目標角度之間的角度差，所述第一窄波束為所述n個窄波束中目標角度與所述寬波束的目標角度相差最大的窄波束；

根據(jù)所述n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差、所述第一窄波束的目標角度與所述寬波束的目標角度之間的角度差、所述寬波束的目標角度以及所述n，確定所述n個窄波束中每個窄波束的目標角度。

可選的，所述第一確定單元具體用于：

根據(jù)所述窄波束的波瓣寬度、所述寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度和制約條件，確定所述n、所述n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差以及第一窄波束的目標角度與所述寬波束的目標角度之間的角度差；

所述制約條件為

其中，所述i∈{2,3,...,n}，表示所述n個窄波束中第i個窄波束，為所述寬波束的目標角度，為所述寬波束的3db波瓣寬度，表示第i個所述窄波束的目標角度，表示所述n個窄波束中每個窄波束的1db波瓣寬度，表示所述n個窄波束中每個窄波束的3db波瓣寬度，表示所述n個窄波束中每個窄波束的10db波瓣寬度。

可選的，所述第二確定單元具體用于：

根據(jù)公式(1)，確定第i個所述窄波束的權(quán)值wi；

所述公式(1)為：

其中，m為陣子數(shù)目，φi為第i個所述窄波束的整體移相參數(shù)，αm(θi)為所述θi的函數(shù)，表示所述m個陣子中第m個陣子的移相參數(shù)，所述m∈{1,2,...,m}，所述θi為第i個所述窄波束的目標角度。

可選的，所述第二確定單元具體用于：

根據(jù)公式(2)，確定所述φi，所述公式(2)為

可選的，所述第二確定單元具體用于：

當i為奇數(shù)時，所述φi為0；當i為偶數(shù)時，所述φi為π。

可選的，所述獲取單元具體用于：

獲取每個所述窄波束的權(quán)值之和作為所述寬波束的權(quán)值。

本發(fā)明實施例提供了一種寬波束的生成方法及裝置，所述寬波束的生成方法包括：根據(jù)窄波束的波瓣寬度、待生成寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度，確定所述窄波束的個數(shù)n以及n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，所述n是大于零的正整數(shù)；根據(jù)n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，確定每個所述窄波束的權(quán)值；根據(jù)每個所述窄波束的權(quán)值，獲取所述寬波束的權(quán)值；根據(jù)所述寬波束的權(quán)值，生成所述寬波束。相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述方法基于一組窄波束，根據(jù)該組窄波束中每個窄波束的權(quán)值，獲取待生成寬波束的權(quán)值，然后通過該權(quán)值生成寬波束，從而使得生成的寬波束具有在主瓣寬度內(nèi)波束較為平坦、主瓣的上升沿和下降沿比較陡峭、旁瓣比較小的優(yōu)勢，繼而提升了該寬波束的性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種寬波束的生成方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種確定窄波束目標角度的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種天線陣列的示意圖1；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種寬波束的性能對比示意圖1；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種寬波束的性能對比示意圖2；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種寬波束的性能對比示意圖3；

圖7為本發(fā)明實施例提供的一種寬波束的性能對比示意圖4；

圖8為本發(fā)明實施例提供的一種天線陣列的示意圖2；

圖9為本發(fā)明實施例提供的一種寬波束的3d輻射示意圖1；

圖10為本發(fā)明實施例提供的一種寬波束的3d輻射示意圖2；

圖11為本發(fā)明實施例提供的一種寬波束的3d輻射示意圖3；

圖12為本發(fā)明實施例提供的一種寬波束的性能對比示意圖5；

圖13為本發(fā)明實施例提供的一種寬波束的性能對比示意圖6；

圖14為本發(fā)明實施例提供的一種寬波束的生成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。

實施例一

本發(fā)明實施例提供了一種寬波束的生成方法，如圖1所示，所述寬波束的生成方法包括：

步驟101、根據(jù)窄波束的波瓣寬度、待生成寬波束的波瓣寬度以及該寬波束的目標角度，確定所述窄波束的個數(shù)n以及n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度。

這里，n是大于零的正整數(shù)。

波束的波瓣寬度表示波束輻射形成的扇面所張開的角度。波束在每個增益處都會對應一個確定的張開角度，在實際應用中，通常取波束在3db增益處所對應的張開角度作為波束的波瓣寬度。波束的目標角度表示波束輻射形成的扇面所張開的角度范圍內(nèi)的中心方向，可以使用空間向量進行表示。

具體的，可以首先根據(jù)窄波束的波瓣寬度、該寬波束的波瓣寬度以及該寬波束的目標角度，確定窄波束的個數(shù)n、n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差以及第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差，該第一窄波束為n個窄波束中目標角度與寬波束的目標角度相差最大的窄波束；然后根據(jù)n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差、寬波束的目標角度以及n，確定n個窄波束中每個窄波束的目標角度。

步驟102、根據(jù)n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，確定每個窄波束的權(quán)值。

n個窄波束中的每個窄波束的目標角度與權(quán)值一一對應，因此可以根據(jù)窄波束的目標角度，唯一確定該窄波束的權(quán)值。

步驟103、根據(jù)每個窄波束的權(quán)值，獲取寬波束的權(quán)值；

示例的，可以根據(jù)每個窄波束的權(quán)值，獲取n個窄波束的權(quán)值之和作為寬波束的權(quán)值；也可以獲取n個窄波束的加權(quán)權(quán)值之和作為寬波束的權(quán)值。

步驟104、根據(jù)寬波束的權(quán)值，生成寬波束。

在實際應用中，當波束的權(quán)值確定時，可以唯一確定生成的波束，因此，可以根據(jù)寬波束的權(quán)值，生成寬波束。

這樣一來，所述方法基于一組窄波束，根據(jù)該組窄波束中每個窄波束的權(quán)值，獲取待生成寬波束的權(quán)值，然后通過該權(quán)值生成寬波束，從而使得生成的寬波束具有在主瓣寬度內(nèi)波束較為平坦、主瓣的上升沿和下降沿比較陡峭、旁瓣比較小的優(yōu)勢，繼而提升了該寬波束的性能。

可選的，在根據(jù)所述窄波束的波瓣寬度、所述寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度，確定所述n、所述n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差以及第一窄波束的目標角度與所述寬波束的目標角度之間的角度差時，可以根據(jù)所述窄波束的波瓣寬度、所述寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度和制約條件，確定所述n、所述n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差以及第一窄波束的目標角度與所述寬波束的目標角度之間的角度差。所述制約條件可以為

其中，所述i∈{2,3,...,n}，表示所述n個窄波束中第i個窄波束，為所述寬波束的目標角度，為所述寬波束的3db波瓣寬度，表示第i個所述窄波束的目標角度，表示所述n個窄波束中每個窄波束的1db波瓣寬度，表示所述n個窄波束中每個窄波束的3db波瓣寬度，表示所述n個窄波束中每個窄波束的10db波瓣寬度。

在實際應用中，通常使用表示窄波束的kdb波瓣寬度，所述k為實數(shù)。

所述制約條件限制了窄波束的波瓣寬度、該寬波束的波瓣寬度、該寬波束的目標角度、n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差以及窄波束的個數(shù)n均需滿足的取值范圍，因此可以確定出多組結(jié)果，每組結(jié)果中均包括n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差以及窄波束的個數(shù)n。實際應用中，可以選擇任意一組結(jié)果和寬波束的目標角度來確定n個窄波束中每個窄波束的目標角度。示例的，如圖2所示，假設窄波束個數(shù)為4個，即n為4，a表示4個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差，b表示第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差，向量a表示待生成寬波束的目標角度，其中，第一窄波束為第1個窄波束或第4個窄波束。由圖2可知，當a、b、向量a以及窄波束的個數(shù)4個確定時，可以唯一確定每個窄波束的目標角度，也就是第1個窄波束的目標角度為向量b、第2個窄波束的目標角度為向量c、第3個窄波束的目標角度為向量d、第4個窄波束的目標角度為向量e。也可以根據(jù)預設規(guī)則選擇至少一組結(jié)果和寬波束的目標角度，確定至少一組窄波束的目標角度。所述預設規(guī)則為初始化時確定的n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差以及窄波束的個數(shù)n的取值規(guī)則，所述取值規(guī)則可以根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定。

可選的，在根據(jù)n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，確定每個所述窄波束的權(quán)值時，可以根據(jù)公式(1)，確定第i個所述窄波束的權(quán)值wi，公式(1)為：其中，m為陣子數(shù)目，φi為第i個窄波束的整體移相參數(shù)，αm(θi)為θi的函數(shù)，表示m個陣子中第m個陣子的移相參數(shù)，其中，m∈{1,2,...,m}，θi為第i個窄波束的目標角度。所述第i個所述窄波束為所述每個窄波束中的任意一個。同樣的，可以按照上述方法依次計算每個窄波束的權(quán)值。

具體的，若已確定出多組窄波束的目標角度，可以依次按照每組窄波束的目標角度，分別計算每組窄波束的目標角度對應的窄波束的權(quán)值，計算方法與上述方法相同。

可選的，可以根據(jù)公式(2)，確定上述φi，公式(2)為

可選的，當i為奇數(shù)時，上述φi為0；當i為偶數(shù)時，上述φi為π。

可選的，在根據(jù)每個窄波束的權(quán)值，獲取寬波束的權(quán)值時，可以獲取每個所述窄波束的權(quán)值之和作為所述寬波束的權(quán)值。

示例的，若獲取到多組窄波束的權(quán)值，可以依次根據(jù)每組窄波束的權(quán)值獲取對應的寬波束的權(quán)值，并根據(jù)每個寬波束的權(quán)值生成寬波束。由于根據(jù)每組窄波束的權(quán)值獲取對應的寬波束的權(quán)值不同，因此生成的寬波束也不同，實際應用中可以選擇效果最好的寬波束進行應用。

本發(fā)明實施例提供了一種寬波束的生成方法，包括：根據(jù)窄波束的波瓣寬度、待生成寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度，確定所述窄波束的個數(shù)n以及n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，所述n是大于零的正整數(shù)；根據(jù)n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，確定每個所述窄波束的權(quán)值；根據(jù)每個所述窄波束的權(quán)值，獲取所述寬波束的權(quán)值；根據(jù)所述寬波束的權(quán)值，生成所述寬波束。相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述方法基于一組窄波束，根據(jù)該組窄波束中每個窄波束的權(quán)值，獲取待生成寬波束的權(quán)值，然后通過該權(quán)值生成寬波束，從而使得生成的寬波束具有在主瓣寬度內(nèi)波束較為平坦、主瓣的上升沿和下降沿比較陡峭、旁瓣比較小的優(yōu)勢，繼而提升了該寬波束的性能。

實施例二

本發(fā)明實施例提供了一種寬波束的生成方法，假設天線陣列為線陣，由32個陣子組成，其中每個陣子都是一個點源，如圖3所示，該線陣放置于y軸上。待生成寬波束的水平3db波瓣寬度約為30°，該寬波束的目標角度為在xoy平面內(nèi)與x軸的夾角為0°。值得說明的是，實際應用中，波束的波瓣寬度通常指該波束的3db波瓣寬度，因此本實施例中，波束的波瓣寬度取該波束的3db波瓣寬度進行說明。

首先，根據(jù)天線陣列的陣子數(shù)32，可以通過測試實驗，獲取窄波束的3db波瓣寬度約為3°左右，該窄波束為根據(jù)天線陣列的陣子數(shù)32所能確定的最窄的、增益最大的波束。

然后，根據(jù)窄波束的3db波瓣寬度3、待生成寬波束的水平3db波瓣寬度30°、所述寬波束的目標角度在水平面內(nèi)與x軸的夾角為0°和制約條件，確定多組結(jié)果，每組結(jié)果包括n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差以及窄波束個數(shù)n。本實施例中以按照預設規(guī)則選擇出第一結(jié)果為例進行說明，其中，第一結(jié)果中窄波束個數(shù)為8個，8個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差為4°、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差為14°。

繼而，根據(jù)窄波束個數(shù)8個、8個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差4°、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差14°以及寬波束的目標角度在水平面內(nèi)與x軸的夾角0°，確定8個窄波束的目標角度依次為：-14°，-10°，-6°，-2°，2°，6°，10°，14°，具體的確定方法如圖2所示，此處不再贅述。

接著，依次獲取每個窄波束的權(quán)值，以獲取第i個窄波束的權(quán)值為例進行說明，第i個窄波束為8個窄波束中的任意一個，i∈{1,2,...,8}。具體的，可以根據(jù)公式(1)確定第i個窄波束的權(quán)值，所述公式(1)為：

其中，所述為了根據(jù)公式(1)計算第i個窄波束的權(quán)值，需要首先根據(jù)第i個窄波束的目標角度，確定第i個窄波束的整體移相參數(shù)φi以及向量aⁱ。示例的，獲取整體移相參數(shù)φi可以有兩種方案，在第一種方案中，可以根據(jù)公式(2)獲取該φi，所述公式(2)為其中，α1(θi)表示m個陣子中第1個陣子的移相參數(shù)，αm(θi)表示m個陣子中第m個陣子的移相參數(shù)，本實施例中α1(θi)+αm(θi)＝0·2πδdsin((-18+4i)°)+31·2πδdsin((-18+4i)°)，此時，其中，δd為用波長歸一化的天線間距，本實施例中取0.5。實際應用中，也可以采用第二種方案獲取整體移相參數(shù)φi，在第二種方案中，若i為奇數(shù)，φi為0；若i為偶數(shù)，φi為π。由于本發(fā)明實施例中α1(θi)＝0·2πδdsin((-18+4i)°)，α2(θi)＝1·2πδdsin((-18+4i)°)，…，αm(θi)＝(m-1)·2πδdsin((-18+4i)°)，…，αm(θi)＝31·2πδdsin((-18+4i)°)，所以aⁱ＝[e^{j0·2πδdsin((-18+4i)°)},e^{j1·2πδdsin((-18+4i)°)},...,e^{j(m-1)·2πδdsin((-18+4i)°)},...,e^{j31·2πδdsin((-18+4i)°)}]其中，δd為用波長歸一化的天線間距，本實施例中取0.5。然后，根據(jù)第i個窄波束的整體移相參數(shù)φi以及向量aⁱ，獲取第i個窄波束的權(quán)值。繼而，根據(jù)獲取第i個窄波束的權(quán)值的方法，依次獲取8個窄波束的權(quán)值。

接著，計算8個窄波束的權(quán)值之和，可以將該權(quán)值之和作為待生成寬波束的權(quán)值。

最后，根據(jù)待生成寬波束的權(quán)值，生成寬波束。

此外，如圖4所示，圖4描述了現(xiàn)有技術(shù)的寬波束水平方向輻射曲線201與本發(fā)明實施例采用第一種方案生成的寬波束水平方向輻射曲線202，其中，x軸表示水平角度，y軸表示陣列增益，圖4的現(xiàn)有技術(shù)采用4個天線陣子，具體放置方式可以參考圖3所示，生成所述待生成寬波束。由圖4可知，第一種方案所生成的寬波束相比于現(xiàn)有技術(shù)所生成的寬波束，在主瓣寬度內(nèi)更為平坦、主瓣的上升沿和下降沿更為陡峭、旁瓣更加小，因此具有更加優(yōu)良的性能。

如圖5所示，圖5描述了現(xiàn)有技術(shù)的寬波束水平方向輻射曲線201與本發(fā)明實施例采用第二種方案生成的寬波束水平方向輻射曲線203，其中，x軸表示水平角度，y軸表示陣列增益，圖5的現(xiàn)有技術(shù)與圖4的現(xiàn)有技術(shù)相同，此處不再贅述。由圖5可知，第二種方案所生成的寬波束相比于現(xiàn)有技術(shù)所生成的寬波束，在主瓣寬度內(nèi)更為平坦、主瓣的上升沿和下降沿更為陡峭、旁瓣更加小，因此具有更加優(yōu)良的性能。

實施例三

本發(fā)明實施例提供了一種寬波束的生成方法，假設天線陣列為線陣，由64個陣子組成，其中每個陣子都是一個點源，該線陣放置于y軸上，具體放置方式可以參考圖3所示。待生成寬波束的水平3db波瓣寬度約為15°，該寬波束的目標角度為在xoy平面內(nèi)與x軸的夾角為30°。值得說明的是，實際應用中，波束的波瓣寬度通常指該波束的3db波瓣寬度，因此本實施例中，波束的波瓣寬度取該波束的3db波瓣寬度進行說明。

首先，根據(jù)天線陣列的陣子數(shù)64，可以通過測試實驗，獲取窄波束的3db波瓣寬度約為1.5°左右，該窄波束為根據(jù)天線陣列的陣子數(shù)64所能確定的最窄的、增益最大的波束。

然后，根據(jù)窄波束的3db波瓣寬度1.5°、待生成寬波束的水平3db波瓣寬度15°、所述寬波束的目標角度在水平面內(nèi)與x軸的夾角為30°和制約條件，確定多組結(jié)果，每組結(jié)果包括n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差以及窄波束個數(shù)n。本實施例中以按照預設規(guī)則選擇出第二結(jié)果為例進行說明，其中，第二結(jié)果中窄波束個數(shù)為8個、8個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差為2°、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差為7°。

繼而，根據(jù)窄波束個數(shù)8個、8個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差2°、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差7°以及寬波束的目標角度在水平面內(nèi)與x軸的夾角30°，確定8個窄波束的目標角度依次為：23°，25°，27°，29°，31°，33°，35°，37°，具體的確定方法如圖2所示，此處不再贅述。

接著，依次獲取每個窄波束的權(quán)值，以獲取第i個窄波束的權(quán)值為例進行說明，第i個窄波束為8個窄波束中的任意一個，i∈{1,2,...,8}。具體的，可以根據(jù)公式(1)確定第i個窄波束的權(quán)值，所述公式(1)為：

其中，所述為了根據(jù)公式(1)計算第i個窄波束的權(quán)值，需要首先根據(jù)第i個窄波束的目標角度，確定第i個窄波束的整體移相參數(shù)φi以及向量aⁱ。示例的，獲取整體移相參數(shù)φi可以有兩種方案，在第一種方案中，可以根據(jù)公式(2)獲取該φi，所述公式(2)為其中，α1(θi)表示m個陣子中第1個陣子的移相參數(shù)，αm(θi)表示m個陣子中第m個陣子的移相參數(shù)，本實施例中α1(θi)+αm(θi)＝0·2πδdsin((21+2i)°)+63·2πδdsin((21+2i)°)，此時，其中，δd為用波長歸一化的天線間距，本實施例中取0.5。實際應用中，也可以采用第二種方案獲取整體移相參數(shù)φi，在第二種方案中，若i為奇數(shù)，φi為0；若i為偶數(shù)，φi為π。由于本發(fā)明實施例中α1(θi)＝0·2πδdsin((21+2i)°)，α2(θi)＝1·2πδdsin((21+2i)°)，…，αm(θi)＝(m-1)·2πδdsin((21+2i)°)，…，αm(θi)＝63·2πδdsin((21+2i)°)，所以aⁱ＝[e^{j0·2πδdsin((-18+4i)°)},e^{j1·2πδdsin((-18+4i)°)},...,e^{j(m-1)·2πδdsin((-18+4i)°)},...,e^{j31·2πδdsin((-18+4i)°)}]其中，δd為用波長歸一化的天線間距，本實施例中取0.5。然后，根據(jù)第i個窄波束的整體移相參數(shù)φi以及向量aⁱ，獲取第i個窄波束的權(quán)值。繼而，根據(jù)獲取第i個窄波束的權(quán)值的方法，依次獲取8個窄波束的權(quán)值。

接著，計算8個窄波束的權(quán)值之和，可以將該權(quán)值之和作為待生成寬波束的權(quán)值。

最后，根據(jù)待生成寬波束的權(quán)值，生成寬波束。

此外，如圖6所示，圖6描述了現(xiàn)有技術(shù)的寬波束水平方向輻射曲線301與本發(fā)明實施例采用第一種方案生成的寬波束水平方向輻射曲線302，其中，x軸表示水平角度，y軸表示陣列增益，圖6的現(xiàn)有技術(shù)采用8個天線陣子，具體放置方式可以參考圖3所示，生成所述待生成寬波束。由圖6可知，第一種方案所生成的寬波束相比于現(xiàn)有技術(shù)所生成的寬波束，在主瓣寬度內(nèi)更為平坦、主瓣的上升沿和下降沿更為陡峭、旁瓣更加小，因此具有更加優(yōu)良的性能。

如圖7所示，圖7描述了現(xiàn)有技術(shù)的寬波束水平方向輻射曲線301與本發(fā)明實施例采用第二種方案生成的寬波束水平方向輻射曲線303，其中，x軸表示水平角度，y軸表示陣列增益，圖7的現(xiàn)有技術(shù)與圖6的現(xiàn)有技術(shù)相同，此處不再贅述。由圖7可知，第二種方案所生成的寬波束相比于現(xiàn)有技術(shù)所生成的寬波束，在主瓣寬度內(nèi)更為平坦、主瓣的上升沿和下降沿更為陡峭、旁瓣更加小，因此具有更加優(yōu)良的性能。

實施例四

本發(fā)明實施例提供了一種寬波束的生成方法，假設天線陣列為矩形陣列，陣列尺寸為16*8，其中16代表垂直維度，8代表水平維度，如圖8所示，矩形陣列放置在yoz平面，每個陣子都是一個點源。待生成寬波束的垂直3db波瓣寬度約為30°，該寬波束的目標角度可以由向量確定，與xoy平面的夾角為10°，在xoy平面的投影與x軸的夾角為20°。值得說明的是實際應用中，波束的波瓣寬度通常指該波束的3db波瓣寬度，因此本實施例中，波束的波瓣寬度取該波束的3db波瓣寬度進行說明。

首先，根據(jù)天線陣列的垂直維度16，可以通過測試實驗，獲取窄波束的3db波瓣寬度約為7°左右，該窄波束為根據(jù)天線陣列的垂直維度16所能確定的最窄的、增益最大的波束。

然后，根據(jù)窄波束的3db波瓣寬度7°、待生成寬波束的水平3db波瓣寬度30°、所述寬波束的目標角度向量和制約條件，確定多組結(jié)果，每組結(jié)果包括n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差以及窄波束個數(shù)n。本實施例中以按照預設規(guī)則選擇出第三結(jié)果為例進行說明，其中，第三結(jié)果中窄波束個數(shù)為4個、4個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差為9°、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差為13.5°。

繼而，根據(jù)窄波束個數(shù)4個、4個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差9°、第一窄波束的目標角度與寬波束的目標角度之間的角度差13.5°以及寬波束的目標角度向量確定4個窄波束的目標角度所對應的向量依次為：向量向量向量向量所述向量向量向量向量在xoy平面的投影與x軸的夾角都為20°，所述向量向量向量向量與xoy平面的夾角依次為-3.5°、5.5°、14.5°、23.5°，具體的確定方法如圖2所示，此處不再贅述。

接著，依次獲取每個窄波束的權(quán)值，以獲取第i個窄波束的權(quán)值為例進行說明，第i個窄波束為4個窄波束中的任意一個，i∈{1,2,...,8}。具體的，可以根據(jù)公式(1)確定第i個窄波束的權(quán)值，所述公式(1)為：

其中，所述為了根據(jù)公式(1)計算第i個窄波束的權(quán)值，需要首先根據(jù)第i個窄波束的目標角度，確定第i個窄波束的整體移相參數(shù)φi以及向量aⁱ。具體的，本實施例中，向量aⁱ為1*128的行向量，為了確定aⁱ可以首先定義16*8的矩陣bⁱ，其中，表示矩陣bⁱ的第m行第n列元素，△dh表示用波長歸一化的水平天線間距，本實施例中取0.5，△dv表示用波長歸一化的垂直天線間距，本實施例中取0.5。然后，根據(jù)矩陣bⁱ，獲取向量aⁱ。示例的，可以將16*8的矩陣bⁱ按列轉(zhuǎn)化為1*128的向量aⁱ，按列轉(zhuǎn)化的方法就是將矩陣bⁱ的元素依次從左至右按列讀取為一行元素，然后將該行元素作為向量aⁱ的元素。獲取整體移相參數(shù)φi可以有兩種方案，在第一種方案中，可以根據(jù)公式(2)獲取該φi，所述公式(2)為其中，α1(θi)表示m個陣子中第1個陣子的移相參數(shù)，αm(θi)表示m個陣子中第m個陣子的移相參數(shù)，本實施例中此時，其中，△dh表示用波長歸一化的水平天線間距，本實施例中取0.5，△dv表示用波長歸一化的垂直天線間距，本實施例中取0.5。實際應用中，也可以采用第二種方案獲取整體移相參數(shù)φi，在第二種方案中，若i為奇數(shù)，φi為0；若i為偶數(shù)，φi為π。然后，根據(jù)第i個窄波束的整體移相參數(shù)φi以及向量aⁱ，獲取第i個窄波束的權(quán)值。繼而，根據(jù)獲取第i個窄波束的權(quán)值的方法，依次獲取4個窄波束的權(quán)值。

接著，計算4個窄波束的權(quán)值之和，可以將該權(quán)值之和作為待生成寬波束的權(quán)值。

最后，根據(jù)待生成寬波束的權(quán)值，生成寬波束。

此外，如圖9所示，圖9描述了本發(fā)明實施例采用第一種方案生成的寬波束3d輻射圖，其中，az0表示水平0°，ei0表示垂直0°，ei90表示垂直90°。如圖10所示，圖10描述了本發(fā)明實施例采用第二種方案生成的寬波束3d輻射圖，其中，az0表示水平0°，ei0表示垂直0°，ei90表示垂直90°。如圖11所示，圖11描述了現(xiàn)有技術(shù)的寬波束3d輻射圖，其中，az0表示水平0°，ei0表示垂直0°，ei90表示垂直90°，圖11的現(xiàn)有技術(shù)采用矩形陣列，陣列尺寸為4*8，其中4代表垂直維度，8代表水平維度，具體放置方式可以參考圖8所示，生成所述待生成寬波束。由圖9與圖11可知，本發(fā)明實施例采用第一種方案生成的寬波束相比于現(xiàn)有技術(shù)的寬波束，具有更為優(yōu)良的性能；由圖10與圖11可知，本發(fā)明實施例采用第二種方案生成的寬波束相比于現(xiàn)有技術(shù)的寬波束，具有更為優(yōu)良的性能。

為了更進一步的了解第一種方案和第二種方案與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別，本發(fā)明實施例中參考不同方案的輻射曲線進行說明：

如圖12所示，圖12描述了現(xiàn)有技術(shù)的寬波束垂直方向輻射曲線401與本發(fā)明實施例采用第一種方案生成的寬波束水平方向輻射曲線402，其中，x軸表示垂直角度，y軸表示陣列增益，圖12的現(xiàn)有技術(shù)與圖11的現(xiàn)有技術(shù)相同。由圖12可知，第一種方案所生成的寬波束相比于現(xiàn)有技術(shù)所生成的寬波束，在主瓣寬度內(nèi)更為平坦、主瓣的上升沿和下降沿更為陡峭、旁瓣更加小，因此具有更加優(yōu)良的性能。

如圖13所示，圖13描述了現(xiàn)有技術(shù)的寬波束垂直方向輻射曲線401與本發(fā)明實施例采用第二種方案生成的寬波束水平方向輻射曲線403，其中，x軸表示垂直角度，y軸表示陣列增益，圖13的現(xiàn)有技術(shù)與圖11的現(xiàn)有技術(shù)相同。由圖13可知，第二種方案所生成的寬波束相比于現(xiàn)有技術(shù)所生成的寬波束，在主瓣寬度內(nèi)更為平坦、主瓣的上升沿和下降沿更為陡峭、旁瓣更加小，因此具有更加優(yōu)良的性能。

實施例五

本發(fā)明實施例提供一種寬波束的生成裝置50，如圖14所示，所述寬波束的生成裝置50包括：

第一確定單元501，用于根據(jù)窄波束的波瓣寬度、待生成寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度，確定所述窄波束的個數(shù)n以及n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，所述n是大于零的正整數(shù)。

第二確定單元502，用于根據(jù)n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，確定每個所述窄波束的權(quán)值。

獲取單元503，用于根據(jù)每個所述窄波束的權(quán)值，獲取所述寬波束的權(quán)值。

生成單元504，用于根據(jù)所述寬波束的權(quán)值，生成所述寬波束。

這樣一來，所述方法基于一組窄波束，根據(jù)該組窄波束中每個窄波束的權(quán)值，獲取待生成寬波束的權(quán)值，然后通過該權(quán)值生成寬波束，從而使得生成的寬波束具有在主瓣寬度內(nèi)波束較為平坦、主瓣的上升沿和下降沿比較陡峭、旁瓣比較小的優(yōu)勢，繼而提升了該寬波束的性能。

可選的，所述第一確定單元501具體用于：根據(jù)所述窄波束的波瓣寬度、所述寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度，確定所述窄波束的個數(shù)n、所述n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差以及第一窄波束的目標角度與所述寬波束的目標角度之間的角度差，所述第一窄波束為所述n個窄波束中目標角度與所述寬波束的目標角度相差最大的窄波束；根據(jù)所述n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差、所述第一窄波束的目標角度與所述寬波束的目標角度之間的角度差、所述寬波束的目標角度以及所述n，確定所述n個窄波束中每個窄波束的目標角度。

可選的，所述第一確定單元501具體用于：根據(jù)所述窄波束的波瓣寬度、所述寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度和制約條件，確定所述n、所述n個窄波束中相鄰兩個窄波束的目標角度之間的角度差以及第一窄波束的目標角度與所述寬波束的目標角度之間的角度差；

所述制約條件為

其中，所述i∈{2,3,...,n}，表示所述n個窄波束中第i個窄波束，為所述寬波束的目標角度，為所述寬波束的3db波瓣寬度，表示第i個所述窄波束的目標角度，表示所述n個窄波束中每個窄波束的1db波瓣寬度，表示所述n個窄波束中每個窄波束的3db波瓣寬度，表示所述n個窄波束中每個窄波束的10db波瓣寬度。

可選的，所述第二確定單元502具體用于：根據(jù)公式(1)，確定第i個所述窄波束的權(quán)值wi；所述公式(1)為：其中，m為陣子數(shù)目，φi為第i個所述窄波束的整體移相參數(shù)，αm(θi)為所述θi的函數(shù)，表示所述m個陣子中第m個陣子的移相參數(shù)，所述m∈{1,2,...,m}，所述θi為第i個所述窄波束的目標角度。

可選的，所述第二確定單元502具體用于：可以根據(jù)公式(2)，確定所述φi，所述公式(2)為

可選的，所述第二確定單元502具體用于：當i為奇數(shù)時，所述φi為0；當i為偶數(shù)時，所述φi為π。

可選的，所述獲取單元503具體用于：獲取每個所述窄波束的權(quán)值之和作為所述寬波束的權(quán)值。

需要說明的是，第一，所屬領域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

第二，在實際應用中，所述第一確定單元501、第二確定單元502、獲取單元503均可由位于寬波束的生成裝置50中的中央處理器(centralprocessingunit，cpu)、微處理器(microprocessorunit，mpu)、數(shù)字信號處理器(digitalsignalprocessor，dsp)、或現(xiàn)場可編程門陣列(fieldprogrammablegatearray，fpga)等實現(xiàn)。生成單元504可由位于寬波束的生成裝置50中的天線以及天線的驅(qū)動電路實現(xiàn)。

本發(fā)明實施例提供一種寬波束的生成裝置，包括：第一確定單元，用于根據(jù)窄波束的波瓣寬度、待生成寬波束的波瓣寬度以及所述寬波束的目標角度，確定所述窄波束的個數(shù)n以及n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，所述n是大于零的正整數(shù)。第二確定單元，用于根據(jù)n個所述窄波束中的每個窄波束的目標角度，確定每個所述窄波束的權(quán)值。獲取單元，用于根據(jù)每個所述窄波束的權(quán)值，獲取所述寬波束的權(quán)值。生成單元，用于根據(jù)所述寬波束的權(quán)值，生成所述寬波束。相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述方法基于一組窄波束，根據(jù)該組窄波束中每個窄波束的權(quán)值，獲取待生成寬波束的權(quán)值，然后通過該權(quán)值生成寬波束，從而使得生成的寬波束具有在主瓣寬度內(nèi)波束較為平坦、主瓣的上升沿和下降沿比較陡峭、旁瓣比較小的優(yōu)勢，繼而提升了該寬波束的性能。

本領域內(nèi)的技術(shù)人員應明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用硬件實施例、軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器和光學存儲器等)上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、設備(系統(tǒng))、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。