CN100435492C - 一种用于码分多址***实现波束成形的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在码分多址移动通信***中，采用智能天线技术实现波束成形的装置及方法。在一个扇区中形成多个固定波束，并且在相同的智能天线***中用多个固定波束同时形成窄波束的业务信道和具有扇区波束的共同信道，不需复杂的校正技术可以克服随着时间和温度的变化带来各路相位的不一致性，实现多天线CDMA***容量和性能提高。解决多天线CDMA***发射公共信道时各个固定波束空间矢量的相干叠加在某些区域相干抵消或大大减弱的问题，使导频信道与业务信道的强度在覆盖区域成相应比例，提高了移动台接收信号的信嗓比。在基带和TRX之间设光收发***，使基带***支持更多的载扇。射频与天线很近，减少功率损耗。

Description

一种用于码分多址***实现波束成形的装置及方法
技术领域
本发明属于移动通信领域，涉及一种用于码分多址***实现波束成形的装置及方法。更确切的说，涉及一种在码分多址(CDMA)移动通信***中，采用智能天线技术实现波束成形的装置及方法。
背景技术
近年来，CDMA移动通信***已经获得了很大的发展和应用，最为典型的例子如目前普遍商用的CDMA95、CDMA2000移动通信***。与其它体制的移动通信***(如时分多址TDMA、频分多址FDMA***)相比，CDMA***具有容量和业务质量上的优势，但是CDMA***用户共享一个宽带的信道，由此引起的各用户之间的共信道干扰(CCI)的特点限制了CDMA***的容量，另一方面，移动通信用户数目增加迅速，人们对移动通话质量的要求也不断提高，这要求蜂窝小区在大容量下仍有高的通话质量。在降低***的干扰，提高***的容量方面，普遍采用的方法是小区扇区化技术，但是扇区过多会给***带来大量的切换负担，扇区过多还会形成导频污染，因此目前的基站设备通常采用三个扇区或者六个扇区。在城市密集地区，有时需要在扇区基站的基础上进一步提高***的容量及性能，此时需要采用其它的一些技术，如多载波技术，智能天线技术等等。
智能天线技术是一种移动通信新技术，它包括固定多波束***和自适应多波束***。多波束切换***是在固定多波束***中加了一个切换逻辑，很容易实现波束***之间的切换，有些文献把二者统称为固定波束***，在本发明中所述的固定波束***也是二者的统称。
智能天线***利用天线阵列对波束方向进行控制，可以跟踪信号的变化。与全向天线和扇区天线相比，智能天线***通过窄波束可以提高天线增益，从而可以大大改善信号的接收质量。
理论上讲，具有N个天线阵元的智能天线***，在加性白色高斯噪声(AWGN)信道环境下能够带来的增益为10LogN dB，因此在具有同样阵元发射功率的情况下，智能天线***可以加大基站的覆盖范围，例如在路径损耗指数n＝4.5、使用8阵元阵列时，意味着覆盖该地区所需的基站数比使用常规天线***的基站减少了60％。在保持同样覆盖范围的情况下，智能天线***可以提高基站***的性能，降低阵元的发射功率，提高基站的成本效益。
自适应天线***利用某种自适应准则形成用户的信号发射和接收波束，具有很大的灵活性和良好的性能增益，但是***实现复杂，在现有***的基础上升级为智能天线***也相当困难。
智能天线技术中的固定波束***通过窄波束可以将扇区进一步分割，与扇区化非智能天线***相比，***的容量得以大大提高。如图1是一常规的分扇区的CDMA基站***示意图，图2在图1的每个扇区中又进一步分成了多个波束，多个波束之间共有一个导频，因此减少了干扰和频繁切换，提高了***的容量。
固定波束形成网络可以采用数字波束成形技术，也可以采用模拟波束成形技术。
智能天线在消除干扰、扩大小区覆盖半径、降低***成本、提高***容量方面具有不可比拟的优越性。
固定波束智能天线***较适合在现有的CDMA***中实现，如CDMA95和CDMA2000、WCDMA***等。自适应波束智能天线***较适合在新的CDMA***中实现，如TD-SCDMA***等。相对于固定波束智能天线***，自适应波束智能天线***需要更复杂的算法和校正技术。
在CDMA***中采用固定波束***时，不仅仅要形成承载用户业务信息的多个固定的窄波束，而且要形成一个覆盖整个扇区的扇区波束，用于发射用户的公用信息，如导频信道、寻呼信道、同步信道等信息。
目前，在此研究领域已经提出了诸多实现方案：
一种解决方案是通过采用在所有固定波束发射业务信道的同时发射公用信息。但是空间中任何一点的导频信道强度是各个波束的矢量叠加和，而各个波束的导频信道是相干的，由于各个波束之间存在一定的交叠，各个波束矢量叠加形成导频信道时会使有些区域产生恶性叠加，出现所谓的覆盖盲区，当移动台进入这些地区时会引起通话效果严重下降甚至引起掉话。
另外一种解决方案是除了生成固定窄波束的射频通道和天线外，另外增加一个或一组射频通道和天线生成覆盖整个扇区的波束发射公用信息(如导频信道、寻呼信道、同步信道等信息)。但是这种方法需要额外的高功率射频器件和发射天线，提高了***的实现成本。另外这种方法由于导频信道和业务信道经过不同的射频链路，还需要比较复杂的校正技术来克服由于时间和温度变化而引起的导频和业务信道的时间和相位偏移问题。采用额外的一个阵列天线产生一个固定的扇区覆盖波束的相应的US专利号为6094165。
还有一种解决方案是各个固定波束之间存在一定的频率偏差，这样在合成导频信道时可以减轻波束之间的恶性叠加效果。相关内容可以参考专利出版号为US 2002/0072393的美国专利。专利推荐的偏移频率范围是30～120Hz，即如果用常用的每个扇区3个波束时，这部分的载波偏移便达到了±30～120Hz，IS-97(CDMA95和CDMA2000的基站最低性能测试标准)规定基站的TX频率容限＜±0.05ppm，可见如果基站频率在800MHz的频段仅仅这部分频率偏移便已经接近或较大的超过基站发射的频率容限，接收频率偏移对移动台来说会造成解调性能的下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于码分多址***实现波束成形的装置及方法，在CDMA***中用智能天线技术在一个扇区中形成多个固定波束，并且在相同的智能天线***中用多个固定波束同时形成窄波束的业务信道和具有扇区波束的共同信道(如导频信道、寻呼信道、同步信道等)，而且不需要复杂的校正技术便可以克服随着时间和温度的变化带来的各路相位不一致性的问题，从而实现多天线的CDMA***容量和性能的提高。这里的CDMA***包括但不限于CDMA95、CDMA2000、WCDMA、MC-CDMA和TD-SCDMA***等利用扩频原理的码分多址***。
本发明是这样实现的：
一种用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于所述装置前向按照信号流程至少包括基带***、光收发***、收发信机***、模拟固定波束成形网络、功率放大器、射频前端的发送滤波器和天线***；
所述装置反向按照信号流程至少包括天线***、射频前端的接收滤波器、低噪声放大器、模拟固定波束成形网络、收发信机***、光收发***和基带***；
所述光收发***，包括光纤和靠近基带***的光接口板以及靠近收发信机***的光接口板，使基带***放在机房，用于使基带部分支持更多的载扇，使射频部分与天线放的很近，用于减少功率损耗；
所述光接口板，用于实现对传入的电信号及光信号的相互转换；
其中前向发射信号时，为了使形成公共信道的多波束不相互抵消，使不同的波束具有不同的时延，即使不同波束承载有相同信息时也不再相干。
所述基带***由至少一个基带芯片或/和基带逻辑组成。
由模拟固定波束成形网络构成的装置中，所述前向发射信号时，首先在基带***中使不同的波束具有不同的时延，然后信号经过光纤后不同的波束经过不同的收发信机***，波束经过对应的收发信机***后，再经过模拟固定波束成形网络，经放大、滤波和天线发射在空间形成不同指向的波束。
所述由模拟固定波束成形网络构成的装置需要校正模拟固定波束成形网络、功率放大器、射频前端的发送和接收滤波器、低噪声放大器、天馈和天线***以及上述***之间的射频电缆。
所述模拟固定波束成形网络可以是***阵，或伯拉斯矩阵，或朗伯尔格或罗特曼型的电磁透镜。
所述装置包括基带***、光收发***、收发信机***、由***阵形成的模拟固定波束成形网络、收发信机与模拟固定波束成形网络之间的射频电缆、功率放大器、射频前端的发送滤波器、接收滤波器、低噪声放大器以及馈线等射频链路、天线***；
所述光收发***、收发信机***、模拟固定波束成形网络、天线***和之间的射频链路可以放在铁塔或抱杆之上，以使之间的射频电缆尽量短，以便于校正，减少了功率放大器输出功率的损失，增加了覆盖的范围；
所述基带***各扇区的输出分别经过收发信机***，再经过模拟固定波束成形网络后分别映射到固定波束；
所述公共信道形成的波束相当于固定波束的叠加波束。
一种用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于：
所述装置前向按照信号流程至少包括基带***、数字固定波束成形网络、光接口模块、收发信机***、功率放大器、射频前端的发送滤波器和天线***；
所述装置反向按照信号流程至少包括天线***、射频前端的接收滤波器、低噪声放大器、收发信机***、光接口模块、数字固定波束成形网络和基带***；
所述光收发***，包括光纤和靠近基带***的光接口板以及靠近收发信机***的光接口板，可使基带***放在机房，用于使基带部分支持更多的载扇，可使射频部分与天线放的很近，用于减少功率损耗；
所述光接口板，用于实现对传入的电信号及光信号的相互转换；
其中前向发射信号时，为了使形成公共信道的多波束不相互抵消，使不同的波束具有不同的时延，即使不同波束承载有相同信息时也不再相干。
所述基带***由至少一个基带芯片或/和基带逻辑组成。
由数字固定波束成形网络构成的装置中，所述前向发射信号时，首先在基带***中使不同的波束具有不同的时延，然后不同的波束经过数字固定波束成形网络使它们具有不同的空间指向，接着不同的波束通过光纤后经过不同的收发信机***，波束经过对应的收发信机***，再经放大、滤波和天线发射后在空间形成不同指向的波束。
所述由数字固定波束成形网络构成的装置需要校正收发信机***、功率放大器、射频前端的发送和接收滤波器、低噪声放大器、天馈和天线***以及上述***之间的射频电缆。
所述装置包括基带***、数字固定波束成形网络、光收发***、收发信机***、功率放大器、射频前端的发送滤波器、接收滤波器、低噪声放大器以及馈线等射频链路、收发信机与射频链路之间的射频电缆、天线***；
所述装置需要校正收发信机***、功率放大器、射频前端的发送滤波器、接收滤波器、低噪声放大器以及馈线等射频链路、收发信机与射频链路之间的射频电缆、天线***以及上述***之间的射频电缆；
所述基带***的输出经数字固定波束成形网络后分别映射到固定波束，公共信道形成的波束相当于固定波束的叠加波束。
一种用于码分多址***实现波束成形的方法，至少包括如下步骤：
第一步骤：在基带中，把各个固定波束的基带信号映射到基带芯片的扇区中；
第二步骤：使各个固定波束映射到对应基带芯片对应扇区的基带信号具有不同的延时。
所述第一步骤中：
将各个固定波束的基带信号映射到基带芯片的不同扇区；
还将各个固定波束的基带信号映射到不同的基带芯片的相同扇区来实现。
所述第一步骤中：
如果发射的是用户的业务信道，只在用户所在的某一固定波束内发射，即是把此用户固定波束的基带信号映射到基带芯片对应的某一扇区；
如果用户处在几个波束中间时，根据几个接收波束用户信号的强度，选择在一个或几个窄波束发射用户的业务数据，即此时用户的基带信号要映射到基带芯片对应的某一个或某几个扇区。
所述第一步骤中：
如果发射的是各个用户的公共信道，则在每一个固定波束中都要发射此信道信息，即此时要把公共信道的信息映射到基带芯片的各个扇区。
所述第二步骤：
在基带芯片中完成；
或通过基带芯片之后的数字逻辑器件完成，即可以在基带中完成。
所述第二步骤中：
延时量的大小使在发送公共信道信息时在基带芯片的各个扇区的输出处的信号不再相干为准。
在发射公共信息的时候，通过使天线口处的波束具有不同的延时从而使形成公共信道波束时不再相干，以避免各个固定波束合成覆盖整个扇区的波束时在某些区域相干抵消。
采用本发明所述装置及方法，解决了多天线CDMA***发射公共信道时各个固定波束空间矢量的相干叠加而在某些区域相干抵消或大大减弱的问题的，使导频信道与业务信道的强度在覆盖区域成相应的比例，与现有技术相比，简化了设备、算法和校正方案的设计，提高了移动台接收信号的信噪比。在基带和射频TRX之间加了光收发***，是将TRX和其他射频***通过光纤拉到靠近天线处，这样可以使基带***放在机房(室内)且可以做到基带部分支持更多的载扇，并且使射频部分可以与天线放的很近，减少功率损耗。
附图说明
图1是扇区非智能天线CDMA基站***网络组成示意图(图中扇区实例为120度扇区)；
图2是扇区智能天线CDMA基站***网络组成示意图(图中智能天线扇区实例为120度扇区，每个扇区具有三个固定波束和一个扇区波束)；
图3是基带***的一个实施例框图；
图4A是利用模拟固定波束成形网络(如Butler阵)架构的扇区智能天线***框图；
图4B是利用数字固定波束成形架构的扇区智能天线***框图；
图5是扇区智能天线***中接收或发射用户窄带固定波束选择流程图。
具体实施方式
本发明的所述装置及方法分别按以下方案实现：
所述应用于CDMA***的智能天线波束成形的装置如下：
固定波束形成网络可以采用数字波束成形技术，也可以采用模拟波束成形技术。因此应用于CDMA***的智能天线固定波束成形的装置根据形成波束的技术不同可分为模拟波束成形的装置和数字波束成形的装置两种。
其中应用于CDMA***的智能天线模拟固定波束成形的装置前向按照信号流程至少包括基带***、光收发***、收发信机(TRX)***、模拟固定波束成形网络(如Butler阵)、功率放大器、射频前端(发送滤波器)和天线***。反向按照信号流程至少包括天线***、射频前端(接收滤波器)、低噪声放大器、模拟固定波束成形网络(如Butler阵)、收发信机(TRX)***、光收发***和基带***。
模拟固定波束成形的装置在前向发射信号时，为了使形成公共信道的多波束不相互抵消，首先在基带***中使不同的波束具有不同的时延，这样使不同波束承载有相同信息时也不再相干，然后不同的波束通过光收发***经过不同的收发信机(TRX)***，波束经过对应的收发信机***后，再经过模拟固定波束成形网络，后经放大、滤波和天线发射在空间形成不同指向的波束。
模拟固定波束成形的装置只需要校正模拟固定波束成形网络(如Butler阵)、功率放大器、射频前端(发送滤波器)、天馈和天线***以及上述***之间连接的射频电缆即可。收发信机***和收发信机到模拟固定波束成形网络的射频电缆都不需要校正，因此模拟固定波束成形的装置校正比较简单。
在模拟固定波束成形的装置中的模拟固定波束成形网络可以用***(Butler)阵，也可以用其他类型的矩阵，例如称为伯拉斯(Blass)矩阵或例如朗伯尔格(Luneberg)或罗特曼(Rotman)型的电磁透镜可用作波束形成设备。
应用于CDMA***的智能天线数字固定波束成形的装置前向按照信号流程至少包括基带***、数字固定波束成形部分、光收发***、收发信机(TRX)***、功率放大器、射频前端(发送滤波器)和天线***。反向按照信号流程至少包括天线***、射频前端(接收滤波器)、低噪声放大器、收发信机(TRX)***、光收发***、数字固定波束成形部分和基带***。
数字固定波束成形的装置在前向发射时，为了使形成公共信道的多波束不相互抵消，首先在基带***中使不同的波束具有不同的时延，即使不同波束承载有相同信息时也不再相干，然后不同的波束经过数字固定波束成形网络使它们具有不同的空间指向。接着不同的波束经过不同的收发信机(TRX)***，波束经过对应的收发信机***后，再经放大、滤波和天线发射后在空间形成不同指向的波束。
数字固定波束成形的装置需要校正收发信机***、功率放大器、射频前端(发送滤波器)、天馈和天线***以及上述***之间的射频电缆。
本发明所述应用于CDMA***的智能天线波束成形的方法如下：
第一步在基带中，把各个固定波束的基带信号映射到基带芯片的扇区中。
在这一步中可以把各个固定波束的基带信号映射到基带芯片的不同扇区，还可以将各个固定波束的基带信号映射到不同的基带芯片的相同扇区来实现相同的功能。例如使用三个芯片，将第一个扇区的三个波束分别映射到三个芯片的α扇区，将第二个扇区的三个波束分别映射到三个芯片的β扇区，将第三个扇区的三个波束映射到三个芯片的γ扇区。
在这一步中如果发射的是用户的业务信道，便可以只在用户所在的某一固定波束内发射，即是把此用户固定波束的基带信号映射到基带芯片对应的某一扇区。如果用户处在几个波束中间时，根据几个接收波束用户信号的强度，可以选择在一个或几个窄波束发射用户的业务数据，即此时用户的基带信号要映射到基带芯片对应的某一个或某几个扇区。
在这一步中如果发射的是各个用户的公共信道，则在每一个固定波束中都要发射此信道信息，即此时要把公共信道的信息映射到基带芯片的各个扇区。
第二步使各个固定波束映射到对应基带芯片对应扇区的基带信号具有不同的延时，这一步也是在基带芯片中完成，当然也可以通过基带芯片之后的数字逻辑器件完成，即可以在基带中完成。
延时量的大小使在发送公共信道信息时在基带芯片的各个扇区的输出处的信号不再相干为准。
这一步的目的是使形成整个扇区的共同信道的各个固定波束的基带信号不再相干，因而解决了形成公共信道时各个波束空间矢量的相干叠加而在某些区域会相干抵消或大大减弱的问题。
应用于CDMA***的多天线公共波束成形的方法同时适用于CDMA***的多天线模拟固定波束成形的装置和CDMA***的多天线数字固定波束成形的装置。
下面结合附图对本发明所述技术方案的实施作进一步的详细描述：
图1给出了一种扇区蜂窝移动通信***的组成示意图。由于移动频率资源的有限性，蜂窝结构的移动通信***是目前公认的和普遍采用的陆地移动通信基站***组网方式。根据覆盖地区业务量的差异，蜂窝基站可以采用全向型基站，也可以采用扇区型基站。图1中基站100和101是具有三扇区结构的基站***，每个扇区具有120度覆盖范围。实际***可以根据业务量的大小适当改变扇区个数和扇区大小。
图2给出了一种采用智能天线***的扇区蜂窝移动通信***的组成示意图。相对于扇区非智能天线蜂窝移动***，此***可以提高***的容量，减少基站的数目。图中，200是采用智能天线***的三扇区基站、201是与之相邻的采用智能天线***的单扇区基站。每个基站扇区包含多个预先生成的固定波束。以基站200的210扇区为例，固定波束分别为222、224和226，相邻固定波束之间要有一定程度的交叠，以防止覆盖盲区，保证所有固定波束能够覆盖整个扇区。实际***设计中，可以根据业务量的大小和扇区大小自由设置每个扇区的固定波束个数。用户230在扇区210内移动时，基站通过比较来自固定波束222、224和226的接收信号，或者选择其中信号质量最好的一个波束作为接收波束，或者选择若干个信号质量较好的波束作为接收波束，然后把各个波束的信号合并。通过调整基带时延使基带输出的时延不同，各波束输出相同信号时也不相干，从而固定波束222、224和226在天线口的时延也不同，这样可以避免各个波束的相干叠加而造成在部分地区信号强度很弱，因而可以形成一个覆盖全扇区的扇区波束，如图中220所示。此扇区波束主要用于发射用户的公用信息，如导频信息，当然不限于发射此类信息，也可以发射业务信息和接收用户信息。当用户移动到扇区210、211和212的边界时，基站200、201要支持扇区之间的切换功能，其操作原理和扇区非智能天线***类似。
对本发明而言，图3是基带***的一个实施例框图，图4A是利用模拟固定波束成形网络(如Butler阵)架构的扇区智能天线***框图，图4B是利用数字固定波束成形架构的扇区智能天线***框图。
众所周知，在CDMA***中，用于导频扩频的伪随机码具有良好的自相关特性和互相关特性，即伪随机码本身的自相关值很大，而当伪随机码本身与它相差等于或大于1个chip伪随机码相关时，相关值很小，几乎趋近于0。利用CDMA***的这一特性，在发射公共信息的时候，我们可以通过使天线口处的波束具有不同的延时从而使形成公共信道波束时不再相干(相关值趋近于0自然便不相干)，这样可以避免各个固定波束合成覆盖整个扇区的波束时在某些区域相干抵消。例如我们可以把波束224设计为扇区210的正常的导频偏置，设此正常的偏置为t224，波束226比波束224的时间提前1～5个chip，波束222比波束224的时间延迟1～5个chip。设在1～5个chip之中选一具体时间为Δt，则波束226的发射时间偏移为t226＝t224-Δt，波束222的发射时间偏移为t222＝t224+Δt。
其中1个chip的时间在不同的CDMA***中略有不同，在CDMA95和CDMA2000中1个chip的时间相当于1/1.2288MHz＝0.814us，在TD-SCDMA中相当于1/1.28MHz＝0.78us，在WCDMA中相当于1/3.84MHz＝0.26us。相应的5个chip的时间便是1个chip的时间的5倍，如在CDMA95和CDMA2000中5个chip的时间相当于4.07us。
结合图4A、4B我们利用模拟固定波束成形网络或数字固定波束成形技术使此三个波束226、224和222分别对应的基带300的输出为301、302、303。由于基带300的输出为301、302、303到天线***460之间的射频链路的时延(ns级)相对于chip级(us级)的时延可以忽略，对应于基带300的输出301、302、303的时间偏移可以认为t301＝t226＝t224-Δt＝t302-Δt、t302＝t224＝t302、t303＝t222＝t224+Δt＝t302+Δt。即以基带***300输出302为参考，基带***300输出的301比基带***300输出302提前Δt，基带***300输出303比基带***300输出302延迟Δt。Δt是上文提到的在1～5个chip之中选定的某一时延。基带***300的输出301、302、303之间的输出时间相对偏移可以在基带芯片中完成，当然也可以通过基带芯片之后的数字逻辑器件完成。下面结合图3进一步说明。
图3是基带***框图，这里只画出了基站200的210扇区基带***300的框图。设扇区210基带***是由几个基带芯片310、320、330和基带逻辑305组成的，这里只是一个具体实施示例，实际上基带芯片可有一个到很多个。基带芯片330、320、310是级连在一起的，基带芯片330的输出331、332、333分别对应基带芯片330内部的3个扇区α、β、γ输出，基带芯片320的输出321、322、323分别对应基带芯片320内部的3个扇区α、β、γ输出，基带芯片310的输出311、312、313分别对应基带芯片310内部的3个扇区α、β、γ输出。由于基带芯片330、320、310是级连在一起的，所以基带芯片330α、β、γ扇区的输出331、332、333分别级连基带芯片320α、β、γ扇区的输入，基带芯片320α、β、γ扇区的输出321、322、323分别级连基带芯片310α、β、γ扇区的输入，即基带芯片330、320、310的α、β、γ扇区是对应级连在一起的。
本发明方法所述的第一步骤，结合图4A、4B，我们利用模拟固定波束成形网络或数字固定波束成形技术使此三个波束226、224和222分别对应的基带***300的输出为301、302、303。基带***300的输出301、302、303分别与基带芯片310的α、β、γ扇区的输出311、312、313对应，所以各个固定波束226、224和222的基带信号301、302、303分别映射到基带芯片的α、β、γ扇区。
在这一步中如果发射的是用户的业务信道，便可以只在用户所在的某一固定波束内发射，即是把此用户固定波束的基带信号映射到基带芯片对应的某一扇区。如某一用户可在固定波束226中发射，对应的基带输出为301，相应的映射到基带芯片的α扇区。当然如果用户处在几个波束中间时，这时根据几个接收波束用户信号强度，可以选择在一个或几个窄波束发射用户的业务数据，即此时用户的基带信号要映射到基带芯片对应的某一个或某几个扇区。
在这一步中如果发射的是各个用户的公共信道，则在每一个固定波束中都要发射此信道信息，即此时要把公共信道的信息映射到基带芯片的各个扇区。
本发明方法所述的第二步骤，使各个固定波束映射到对应基带芯片不同扇区的基带信号具有不同的延时，这一步可以在基带芯片中完成，当然也可以通过基带芯片之后的数字逻辑器件完成。
先描述延时在基带芯片中完成的情况，此时可以没有基带逻辑305，由前面描述基带300的输出301、302、303的时间偏移可以为t301＝t302-Δt、t303＝t302+Δt，Δt是上文提到的在1～5个chip之中选定的某一时延，时间精度可以是1/2chip，比如可以是1chip，也可以是1.5chip等。没有基带逻辑305，此时基带芯片310的输出311、312、313分别与基带300的输出301、302、303的时间偏移对应一致。假定基带芯片的处理时延是τ，则基带芯片320的输出时间偏移321、322、323分别为t321＝t302-Δt-τ、t322＝t302-τ、t323＝t302+Δt-τ；基带芯片330的输出时间偏移331、332、333分别为t331＝t302-Δt-2τ、t332＝t302-2τ、t333＝t302+Δt-2τ。
当用基带逻辑305进行时延时与在芯片里进行时间调整的方法相似，只不过此时只能对基带芯片输出的时间偏移进行时延，而不能进行时间提前，并且基带逻辑305进行时延时本身逻辑的处理时延也要进行考虑。用基带逻辑进行时延也在本发明的保护之内。
延时量的大小使在发送公共信道信息时在基带的各个扇区的输出处的信号不再相干为准。
这一步的目的是使形成整个扇区的共同信道的各个固定波束的基带信号不再相干，因而解决了形成公共信道时各个波束空间矢量的相干叠加而在某些区域会相干抵消或大大减弱的问题。
特别要说明的是：所述第一步骤、第二步骤中各个固定波束映射到对应基带芯片的不同“扇区”和形成整个“扇区”的共同信道中的两个“扇区”具有不同的含义。第一个“扇区”指的是基带芯片中的对应的扇区，在这里对应的是窄波束覆盖的区域，如图2中的222、224、226；形成整个“扇区”的共同信道中的扇区对应的是所有固定波束合成共同信道覆盖的区域220。
本发明应用于CDMA***的多天线公共波束成形的方法同时适用于CDMA***的多天线模拟固定波束成形的装置和CDMA***的多天线数字固定波束成形的装置。
图4A给出的应用于CDMA***的智能天线模拟固定波束成形的装置：包括基带***300、由靠近基带***的光接口板400和靠近收发信机TRX的432、及光接口板400和432之间的光纤410所组成的光收发***、收发信机(TRX)***434和436以及438、模拟固定波束成形网络(如Butler阵)440、功率放大器、射频前端(发送滤波器、接收滤波器)、低噪声放大器以及馈线等射频链路450、天线***460。由于模拟固定波束成形的装置只需要校正模拟固定波束成形网络440、模拟固定波束成形网络440到天线***460之间的射频链路450和天线***460以及上述***之间的射频电缆即可，因此模拟固定波束成形网络440、天线***460和它们之间的射频链路450可以放在铁塔或抱杆430之上，以使它们之间的射频电缆尽量短，这样一方面便于校正，一方面减少了功率放大器输出功率的损失，增加了覆盖的范围。收发信机***434和436以及438和收发信机***434和436以及438到模拟固定波束成形网络440之间的射频电缆不需要校正。
模拟固定波束成形装置4A的基带300的输出为301、302、303分别通过由靠近基带***的光接口板400和光纤410以及靠近的收发信机TRX的光接口板432所组成的光收发***，经过收发信机(TRX)***434和436以及438的TRX0、TRX1、TRX2，经过模拟固定波束成形网络440后分别映射到波束226、224、222。公共信道形成的波束相当于固定226、224、222的叠加波束220。
图4B给出的应用于CDMA***的智能天线数字固定波束成形的装置包括基带***300、数字固定波束成形网络470、由靠近基带***的光接口板400和靠近收发信机TRX432、及光接口板400和432之间的光纤410所组成的光收发***、收发信机(TRX)434和436以及438、功率放大器、射频前端(发送滤波器、接收滤波器)、低噪声放大器以及馈线等射频链路450、收发信机434和436以及438与射频链路450之间的射频电缆、天线***460。数字固定波束成形的装置中收发信机(TRX)434和436以及438、功率放大器、射频前端(发送滤波器、接收滤波器)、低噪声放大器以及馈线等射频链路450、收发信机434和436以及438与射频链路450之间的射频电缆、天线***460以及上述***之间的射频连线都需要校正。
数字固定波束成形装置4B的基带300的输出为301、302、303经数字固定波束成形网络470后分别映射到波束226、224、222。公共信道形成的波束相当于固定226、224、222的叠加波束220。
智能天线的固定波束***通过窄波束可以将扇区进一步分割，与扇区化非智能天线***相比，***的容量得以大大提高。多个波束之间共用一个导频，因此减少了干扰和频繁切换，提高了***的容量。如图2把图1单波束的扇区分成3个波束的扇区，3个波束的扇区共有一个导频，会使***的容量是原来单波束的扇区容量的200％～300％。
图5是扇区智能天线***中接收或发射用户窄带固定波束选择流程图，图中给出了一种根据比较接收用户信号强度的方法进行波束选择的操作流程。首先由所有波束接收用户信号，比较各波束接收用户信号的强度，选择一个或者几个用户信号的强度最强的波束作为接收/发射波束，然后接收/发射信号。如图2用户230在扇区210内移动时，基站通过比较来自固定波束222、224和226的接收信号，或者选择其中信号质量最好的一个波束作为接收波束，或者选择若干个信号质量较好的波束作为接收波束，然后把各个波束的信号合并。
尽管本发明把用3个天线在每个扇区生成3个波束作为一个较佳实施例，但是每个扇区用任何大于1个天线和1个波束用本发明的思想形成的***都在本发明的保护之中。
上面是对本发明的较佳实施例的描述，熟悉本技术领域的人员应理解，对本发明的实施例的各种修正和变化都落在本发明的构思和所附权利要求限定范围内。

Claims (18)

1、一种用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于：
所述装置前向按照信号流程至少包括基带***、光收发***、收发信机***、模拟固定波束成形网络、功率放大器、射频前端的发送滤波器和天线***；
所述装置反向按照信号流程至少包括天线***、射频前端的接收滤波器、低噪声放大器、模拟固定波束成形网络、收发信机***、光收发***和基带***；
所述光收发***，包括光纤和靠近基带***的光接口板以及靠近收发信机***的光接口板，使基带***放在机房，用于使基带部分支持更多的载扇，使射频部分与天线放的很近，用于减少功率损耗；
所述光接口板，用于实现对传入的电信号及光信号的相互转换；
其中前向发射信号时，为了使形成公共信道的多波束不相互抵消，使不同的波束具有不同的时延，即使不同波束承载有相同信息时也不再相干。
2、如权利要求1所述用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于：
所述基带***由至少一个基带芯片或/和基带逻辑组成。
3、如权利要求1或2所述用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于：
在基带***中使不同的波束具有不同的时延，然后信号经过光纤后不同的波束经过不同的收发信机***，波束经过对应的收发信机***后，再经过模拟固定波束成形网络，经放大、滤波和天线发射在空间形成不同指向的波束。
4、如权利要求1或2所述用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于：
所述由模拟固定波束成形网络构成的装置需要校正模拟固定波束成形网络、功率放大器、射频前端的发送和接收滤波器、低噪声放大器、天馈和天线***以及上述***之间的射频电缆。
5、如权利要求1或2所述用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于：
所述模拟固定波束成形网络可以是***阵，或伯拉斯矩阵，或朗伯尔格或罗特曼型的电磁透镜。
6、如权利要求1或2所述用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于：
所述装置包括基带***、光收发***、收发信机***、由***阵形成的模拟固定波束成形网络、收发信机与模拟固定波束成形网络之间的射频电缆、功率放大器、射频前端的发送滤波器、接收滤波器、低噪声放大器以及馈线等射频链路、天线***；
所述光收发***、收发信机***、模拟固定波束成形网络、天线***和之间的射频链路可以放在铁塔或抱杆之上，以使之间的射频电缆尽量短，以便于校正，减少了功率放大器输出功率的损失，增加了覆盖的范围；
所述基带***各扇区的输出分别经过收发信机***，再经过模拟固定波束成形网络后分别映射到固定波束；
所述公共信道形成的波束相当于固定波束的叠加波束。
7、一种用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于：
所述装置前向按照信号流程至少包括基带***、数字固定波束成形网络、光接口模块、收发信机***、功率放大器、射频前端的发送滤波器和天线***；
所述装置反向按照信号流程至少包括天线***、射频前端的接收滤波器、低噪声放大器、收发信机***、光接口模块、数字固定波束成形网络和基带***；
所述光收发***，包括光纤和靠近基带***的光接口板以及靠近收发信机***的光接口板，使基带***放在机房，用于使基带部分支持更多的载扇，使射频部分与天线放的很近，用于减少功率损耗；
所述光接口板，用于实现对传入的电信号及光信号的相互转换；
其中前向发射信号时，为了使形成公共信道的多波束不相互抵消，使不同的波束具有不同的时延。
8、如权利要求7所述用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于：
所述基带***由至少一个基带芯片或/和基带逻辑组成。
9、如权利要求7或8所述用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于：
在基带***中使不同的波束具有不同的时延，然后不同的波束经过数字固定波束成形网络使它们具有不同的空间指向，接着不同的波束通过光纤后经过不同的收发信机***，波束经过对应的收发信机***，再经放大、滤波和天线发射后在空间形成不同指向的波束。
10、如权利要求7或8所述用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于：
所述由数字固定波束成形网络构成的装置需要校正收发信机***、功率放大器、射频前端的发送和接收滤波器、低噪声放大器、天馈和天线***以及上述***之间的射频电缆。
11、如权利要求7或8所述用于码分多址***实现波束成形的装置，其特征在于：
所述装置包括基带***、数字固定波束成形网络、光收发***、收发信机***、功率放大器、射频前端的发送滤波器、接收滤波器、低噪声放大器以及馈线等射频链路、收发信机与射频链路之间的射频电缆、天线***；
所述装置需要校正收发信机***、功率放大器、射频前端的发送滤波器、接收滤波器、低噪声放大器以及馈线等射频链路、收发信机与射频链路之间的射频电缆、天线***以及上述***之间的射频电缆；
所述基带***的输出经数字固定波束成形网络后分别映射到固定波束，公共信道形成的波束相当于固定波束的叠加波束。
12、一种用于码分多址***实现波束成形的方法，至少包括如下步骤：
第一步骤：在基带中，把各个固定波束的基带信号映射到基带芯片的扇区中；
第二步骤：使各个固定波束映射到对应基带芯片对应扇区的基带信号具有不同的延时。
13、如权利要求12所述用于码分多址***实现波束成形的方法，其特征在于所述第一步骤中：
可以将各个固定波束的基带信号映射到基带芯片的不同扇区；
还可以将各个固定波束的基带信号映射到不同的基带芯片的相同扇区来实现。
14、如权利要求12所述用于码分多址***实现波束成形的方法，其特征在于所述第一步骤中：
如果发射的是用户的业务信道，只在用户所在的某一固定波束内发射，即是把此用户固定波束的基带信号映射到基带芯片对应的某一扇区；
如果用户处在几个波束中间时，根据几个接收波束用户信号的强度，选择在一个或几个窄波束发射用户的业务数据，即此时用户的基带信号要映射到基带芯片对应的某一个或某几个扇区。
15、如权利要求12所述用于码分多址***实现波束成形的方法，其特征在于所述第一步骤中：
如果发射的是各个用户的公共信道，则在每一个固定波束中都要发射此信道信息，即此时要把公共信道的信息映射到基带芯片的各个扇区。
16、如权利要求12所述用于码分多址***实现波束成形的方法，其特征在于所述第二步骤：
在基带芯片中完成；
或通过基带芯片之后的数字逻辑器件完成，即在基带中完成。
17、如权利要求12所述用于码分多址***实现波束成形的方法，其特征在于所述第二步骤中：
延时量的大小使在发送公共信道信息时在基带芯片的各个扇区的输出处的信号不再相干为准。
18、如权利要求12或17所述用于码分多址***实现波束成形的方法，其特征在于：
在发射公共信息的时候，通过使天线口处的波束具有不同的延时从而使形成公共信道波束时不再相干，以避免各个固定波束合成覆盖整个扇区的波束时在某些区域相干抵消。
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