CN101488792A - 一种波束赋形方法及装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种波束赋形方法及装置，为了解决在多阵列***中，由于各个阵列之间的独立性，现有的波束赋形方法无法很好的实现性能优化的问题，该方法包括：计算得到多阵列天线***中各个天线的信道估计结果hⁿ _ka，ka＝1…Kⁿ _a，n＝1…N，这里N表示阵列总个数N大于1，K_a ⁿ为第n个阵列中天线单元总个数；根据h_ka ⁿ求得各个天线阵列的联合信道空间协方差矩阵R；求得R的最大特征值对应的特征矢量w_ebb；对w_ebb进行只有幅度变化的变换；利用w_ebb变换后的赋形矢量进行赋形发射，正是由于利用了各个天线阵列间的关系，对各个天线阵列进行联合波束赋形处理，使得在多阵列***中波束赋形时性能优化明显。

Description

一种波束赋形方法及装置

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种波束赋形方法及装置。

背景技术

随着移动通信技术的发展，为了提高***容量，很多***中已用到了阵列天线。但与此同时，随着社会的发展，人们在享受移动通信带来的便捷的同时，对环境、对自身健康的关注也越来越多，而电磁环境也逐渐成为人们关注的一个敏感问题。为了获得足够的增益，传统的阵列天线往往需要6-8根天线按照一定间距排列而成，其相比原有的单天线要大很多，从工程角度而言，传统的阵列天线由于其迎风面积大，也给施工带来了更高的要求。

为了解决如上诸多问题，采用双极化天线的阵列天线将是未来发展的趋势。采用双极化阵列天线，能够将天线宽度减少的一半的条件下，从而降低了工程难度。这里所说的双极化阵列天线如图1中所示，两个极化方向的阵子通过交叉放置，从而在不减少天线单元个数的条件下，减少了天线迎风面积。

此外，在采用后续演进***中，还可能会采用多个阵列的天线***，多个阵列之间拉开一定距离，从而形成多阵列***。采用多阵列***，各个天线阵列之间具有将强的独立性，从而可以平滑过渡到未来的MIMO***。如图2中给出了一个具有两个天线阵列的示意图，这里的多个阵列天线可以是单极化阵列天线，也可以是多极化阵列天线。

但与此同时，采用多个阵列天线的***也会带来一些新的问题。例如采用双极化天线后，每个极化方向天线阵列个数减少了，从而，天线波束会展宽，这给利用阵列天线的波束赋性带来挑战。

现有的波束赋形的主要包括基于最大功率准则的波束赋形和基于最大载干比准则的波束赋形等，基于功率准则的波束赋形算法得到的加权系数使得接收端的接收功率最大。然而，由于实现算法的不同，可以得到全局的最优解也可以得到局部的最优解。例如，假设N个天线单元的智能天线：接收的多天线信号矢量是x＝[x₁，x₂，…，x_N]，波束赋形加权系数矢量是w＝[w₁，w₂，…，w_N]，则赋形之后接收信号为

$y=w^{T}x=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_n{x}_n---\left(1\right)$

赋形之后接收信号功率

p＝|y|²＝y^*y＝w^Hx^*x^Tw＝w^HR_xxw           (2)

其中，(·)^*表示复数(复数矢量)的共轭，(·)^H表示矢量(矩阵)的共轭转置，(·)^T表示矢量(矩阵)的转置。基于最大功率的准则的目标是寻找一个权矢量使得公式(2)达到最大值：

$w_{\mathrm{opt}1}=\underset{w}{\arg \max }\left(\frac{w^H{R}_{\mathrm{xx}}w}{w^{H}w}\right)---\left(3\right)$

上式的含义是w_opt1是使得

取最大值的w。由矩阵的相关知识我们知道，使公式(2)最大的w的解是唯一的，即矩阵R_xx的最大特征值对应的特征向量。这种波束赋形方法一般叫做特征波束赋形方法，该方法可以得到全局最优解。

一种简化的波束赋形方法是在一个预设的加权矢量集合中找一个使公式2达到最大值的加权矢量，例如，将间隔一定角度的阵列响应矢量作为预设权矢量集合的方法，将待扫描的空间按一定间隔取角度，

假设各个方向的阵列响应矢量为

(阵列响应矢量表示某一方向来的电磁信号在天线阵上的相对幅度相位值，本领域的技术人员是熟知的)。那么用该阵列响应矢量做赋形接收得到的接收信号功率可以表示为

于是可以找到使上式最大的角度，即

公式3和公式5是智能天线波束赋形的两种基本方法。分别成为特征波束赋形(缩写为EBB算法)和固定波束赋形(缩写为GOB算法)。

现有的波束赋形方法均只适用于单一的小间距阵列天线，当***中采用了多个阵列结构的天线***之后，多个阵列之间往往具有较大独立性，此时由于多个阵列之间的相位关系不再随入射角度而确定，因此现有的固定波束赋形算法已不再适用。而特征波束赋形此时也存在一些问题，例如，在高速下，由于信道的快衰落影响，信道的时间相关性减弱了，而在实现中，赋形必然存在一定时间的延迟，这样上下行信道之间就不再对称，从而导致赋形性能恶化。此外，有用实际实现中，天线发射功率有一定上限，当多个阵列天线之间具有较强独立性时，多个阵列接收信号往往很不均衡，从而在下行发射时，功率分配也会很不均衡，而当其中部分天线发射功率达到最大时，其他天线发射功率很可能还比较小，从而导致功率受限，带来赋形损失。

通过以上分析可知，在多阵列***中，由于各个阵列之间的独立性，传统的波束赋形方法无法很好的实现性能优化。

发明内容

为了解决在多阵列***中，由于各个阵列之间的独立性，传统的波束赋形方法无法很好的实现性能优化的问题，本发明实施例提供了一种波束赋形方法，应用于多阵列天线***，包括：

计算得到多阵列天线***中各个天线的信道估计结果

  $\mathrm{ka}=1...K_a^n,$ n＝1...N，这里N表示阵列总个数N大于1，

为第n个阵列中天线单元总个数；

根据

求得各个天线阵列的联合信道空间协方差矩阵R；

求得R的最大特征值对应的赋形矢量w_ebb作为赋形矢量；

对w_ebb进行只有幅度变化的变换；

利用w_ebb变换后的赋形矢量进行赋形发射。

同时本发明实施例还提供一种波束赋形方法，应用于多阵列天线***，包括：

计算得到多阵列天线***中各个天线的信道估计结果  $\mathrm{ka}=1...K_a^n,$ n＝1...N，这里N表示阵列总个数N大于1，

为第n个阵列中天线单元总个数；

根据

得到对应于各个天线阵的信道空间协方差矩阵R_n；

根据R_n通过GOB算法，得到各个天线阵应用GOB算法得到的赋形矢量 $w_{\mathrm{gob}}^n,n=1...N;$

根据

和权利要求3所述的w_n求得各天线阵之间的相位差值

n＝1...N；

根据

和

得到各天线阵总的GOB赋形矢量w_gob，具体公式为：

利用w_gob进行赋形发送。

同时本发明实施例还提供一种波束赋形方法，应用于多阵列天线***，包括：

根据权1所述的w_ebb和R得到p_ebb，具体公式为： $p_{\mathrm{ebb}}=\left|w_{\mathrm{ebb}}^{H}R{w}_{\mathrm{ebb}}\right|,$ p_ebb表示利用w_ebb变换后的赋形矢量赋形后终端接收信号功率；

根据权1所述的R和权8所述的得到p_gob，具体公式为： $p_{\mathrm{gob}}=\left|w_{\mathrm{gob}}^{H}R{w}_{\mathrm{gob}}\right|,$ p_gob表示利用w_gob进行赋形后终端接收信号功率；

如果p_gob<p_ebb则选用变换w_ebb作为赋形矢量，否则选用w_gob作为赋形矢量。

同时本发明实施例还提供一种波束赋形装置，应用于多阵列天线***，包括：

计算模块：用于计算得到多阵列天线***中各个天线的信道估计结果

  $\mathrm{ka}=1...K_a^n,$ n＝1...N，这里N表示阵列总个数N大于1，

为第n个阵列中天线单元总个数；

R获取模块：用于根据计算模块得到的

求得各个天线阵列的联合信道空间协方差矩阵R；

w_ebb获取模块：用于求得R获取模块求得的R的最大特征值对应的赋形矢量w_ebb作为赋形矢量；

变换模块：用于对w_ebb获取模块得到的w_ebb进行只有幅度变化的变换；

变换赋形发射模块：用于利用变换模块对w_ebb变换后的赋形矢量进行赋形发射。

同时本发明实施例还提供一种波束赋形装置，应用于多阵列天线***，包括：

计算模块：用于计算得到多阵列天线***中各个天线的信道估计结果

  $\mathrm{ka}=1...K_a^n,$ n＝1...N，这里N表示阵列总个数N大于1，

为第n个阵列中天线单元总个数；

R_n获取模块：用于根据计算模块得到的

得到对应于各个天线阵的信道空间协方差矩阵R_n；

获取模块：用于根据R_n获取模块得到的R_n通过GOB算法，得到各个天线阵应用GOB算法得到的赋形矢量 $w_{\mathrm{gob}}^n,n=1...N;$

获取模块：用于根据

获取模块得到的和权利要求3所述的w_n求得各天线阵之间的相位差值

n＝1...N；

w_gob一获取模块：用于根据获取模块得到的

和

获取模块得到

得到各天线阵总的  GOB赋形矢量w_gob，具体公式为：

w_gob赋形发射模块：用于利用w_gob获取模块得到的w_gob进行赋形发送。

同时本发明实施例还提供一种波束赋形装置，应用于多阵列天线***，包括：

p_ebb获取模块：用于根据权1所述的w_ebb和R得到p_ebb，具体公式为： $p_{\mathrm{ebb}}=\left|w_{\mathrm{ebb}}^{H}R{w}_{\mathrm{ebb}}\right|,$ ，p_ebb表示利用w_ebb变换后的赋形矢量赋形后终端接收信号功率；

p_gob获取模块：用于根据权1所述的R和权8所述的

得到p_gob，具体公式为： $p_{\mathrm{gob}}=\left|w_{\mathrm{gob}}^{H}R{w}_{\mathrm{gob}}\right|,$ ，p_gob表示利用w_gob进行赋形后终端接收信号功率；

比较模块：用于如果p_gob获取模块得到的p_gob<p_ebb获取模块得到的p_ebb则选用变换w_ebb作为赋形矢量，否则选用w_gob作为赋形矢量。

由上述本发明提供的具体实施方案可以看出，正是由于利用了各个天线阵列间的关系，对各个天线阵列进行联合波束赋形处理，使得在多阵列***中波束赋形时性能优化明显。

附图说明

图1为现有技术中双极化阵列天线示意图；

图2为现有技术中两个天线阵列的示意图；

图3为本发明提供的第一实施例方法流程图；

图4为本发明提供的联合赋形示意图；

图5为本发明提供的第二实施例方法流程图；

图6为本发明提供的第四实施例装置结构图；

图7为本发明提供的第五实施例装置结构图；

图8为本发明提供的第六实施例装置结构图。

具体实施方式

本发明提供的第一实施例是一种波束赋形方法，实施例一主要是基于传统的特征波束赋形算法，并解决其在多阵列天线***中上下行信道不对称导致各天线(阵列)发射功率不平衡时以及功率受限导致赋形增益损失的问题。具体步骤如图3所示：

步骤11：计算得到多阵列天线***中各个天线单元的信道估计结果 $h_{\mathrm{ka}}^n,\mathrm{ka}=1...K_a^n,$ n＝1...N。

设各天线接收信号从发射端到接收端所经历的信道冲击响应为：

$h_{\mathrm{ka}}^n=[h_{(\mathrm{ka},n)}^1,h_{(\mathrm{ka},n)}^2,...,h_{(\mathrm{ka},n)}^W],\mathrm{ka}=1...K_a^n,n=1..N---\left(6\right)$

这里N表示阵列总个数N大于1，

为第n个阵列中天线单元总个数，W为分配给用户的信道估计窗长：

步骤12：根据求得各天线阵列的联合信道空间协方差矩阵R，并求R最大特征值对应的特征矢量w_ebb作为赋形矢量。

将各个天线信道估计写成N个信道矩阵，每个阵列组各天线的信道估计结果写为一个信道矩阵为：

$H_n={[h_1^T,h_2^T,...h_{K_a^n}^T]}^T,n=1...N---\left(7\right)$

先根据各天线阵列信道矩阵(即各阵列组各天线的信道估计结果H_n)得到一个联合信道矩阵

$H={[H_1^T,H_2^T,...H_N^T]}^T---\left(8\right)$

通过(8)中得到的H求得各天线阵的联合信道空间协方差矩阵为

R＝HH^H                       (9)

其中由通过公式(7)、(8)和(9)得到R只是为了说明本实施例的一个优选方案，根据求得各天线阵列的联合信道空间协方差矩阵R还可以采用其它的方法，这对于本领域技术人员来说属于公知技术，此处不再赘述。

随后求得各天线阵列的联合信道空间协方差矩阵R最大特征值对应的特征矢量w_ebb作为赋形矢量，这里w_ebb可以写为：

$w_{\mathrm{ebb}}={[w_1^T,w_2^T,...w_N^T]}^T---\left(10\right)$

步骤13：对赋形矢量(即赋形矢量)w_ebb进行变换。

这里对w_ebb进行变换主要是由于各个阵列的独立性，导致按照w_ebb进行赋形发送时，各阵列发射功率不均衡，其中有些阵列发射功率较大，其他阵列发射功率较小。此时由于上下行信道的不一致性，会导致利用上行接收的功率比例对下行进行赋形，功率分配不是最优的，此外当部分单元发射功率达到最大时，也会产生功率受限。此时对w_ebb进行变换主要有两类：

按阵列进行变换，即将各个阵列作为一个整体进行变换。通过w_ebb得到w_n，其中w_n，n＝1...N为对应于阵列n的赋形矢量。变换公式如下，其中α_n为阵列变换系数，

为变换后的赋形矢量：

${\hat{w}}_n={\mathrm{\&alpha;}}_n{w}_n,n=1...N---\left(11\right)$

这里对w_n进行变换只有幅度的变化，而保留其相位关系。并且对于同一阵列内，保持各天线发射功率的比例，如原变换前同一阵列内有4个天线单元，被分配的发射功率为6瓦，它们发射功率的比例为2:2:1:1(即有2个天线单元为2瓦，另两个天线为1瓦)，变换后虽然该阵列被分配的发射功率改变为9瓦，它们发射功率的比例还为2:2:1:1(即有2个天线单元为3瓦，另两个天线为1.5瓦)。此时变换系数可取：

${\mathrm{\&alpha;}}_n=\sqrt{\frac{w_n^H{w}_n}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_n^H{w}_n}},n=1...N$

此外，当根据w_n为各阵列中天线单元分配的功率大于天线单元最大发射功率时，则可以通过变换使其按照天线单元最大发射功率发射，同时将超过发射功率部分的功率，重新分配给其他阵列天线单元。此时，对w_n进行变换也只有幅度的变化，而保留其相位关系。重新分配原则可以按照最大比原则，如：超过发射功率部分的功率为1瓦，其他阵列一个天线单元被分配的功率小于该天线单元最大发射功率0.8瓦，则将1瓦中的0.8瓦重新分配给该单元，剩余的0.2瓦也是采用同样的方法分配。也可以按照等比原则，如：超过发射功率部分的功率为1瓦，其它阵列中共有4个天线单元，则每个天线单元被重新分配给0.25瓦，且保证各天线发射功率都不超过该天线单元最大发射功率。

按天线进行变换。即各个天线单元独自进行变换。根据w_ebb得到各个天线单元的赋形矢量 $w_n^{\left(k_a\right)},k_a=1...K_a^n,$ n＝1...N，

为第n个阵列中天线单元总个数，对进行幅度的变换得到变换后的赋形矢量

变换公式如下，其中β_n为阵列变换系数：

${{\hat{w}}_n}^{\left(k_a\right)}={\mathrm{\&beta;}}_n^{\left(k_a\right)}{w}_n^{\left(k_a\right)},k_a=1...K_a^n,n=1...N---\left(12\right)$

这里对w_n进行变换只有幅度的变化，而保留其相位关系。此时变换系数可取：

${\mathrm{\&beta;}}_n^{\left(k_a\right)}=\sqrt{\frac{{\left|w_n^{\left(k_a\right)}\right|}^2}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_n^H{w}_n}},k_a=1...K_a^n,n=1...N---\left(13\right)$

此外，当根据w_n为各阵列中天线单元分配的功率大于天线单元最大发射功率时，则可以通过变换使其按照单元最大发射功率发射，同时将超过发射功率部分的功率，重新分配给其他组天线单元。此时，对w_n进行变换也只有幅度的变化，而保留其相位关系。重新分配原则可以按照最大比原则，也可以按照等比原则，且保证各天线发射功率都不超过其单元最大发射功率。

步骤14：利用变换后的赋形矢量

或

进行赋形发射，如图4。

本发明提供的第二实施例是一种波束赋形方法，实施例二主要是基于现有技术的固定波束赋形方法。当***采用多阵列结构时，如果阵列之间相关性很小，实际上传统的固定波束赋形方法不再具有适用性，这是在特定入射角度下，由于列之间的相位关系不再是固定不变的。即无法对多个阵列联合构造一个阵列响应矢量，但各个阵列组内依然可以采用固定波束赋形算法，得到其对应的赋形矢量，这里通过类似特征波束赋形的方法，计算得到各个组间的相位关系，并借助这个相位关系，进行多阵列的固定波束赋形。如图5所示，实现步骤如下：

步骤21：计算对应于各个天线阵列的信道估计结果，同实施例一中步骤11。

步骤22：根据各个天线阵列的信道估计结果，得到对应于各个天线阵的信道空间协方差矩阵，并应用GOB算法，对各个天线阵分别求得波束赋形矢量 $w_{\mathrm{gob}}^n,n=1...N.$

设各个天线阵的信道空间协方差矩阵为：

$R_n=H_n{H}_n^H,n=1...N---\left(14\right)$

则应用各个天线阵的阵列响应矢量

做赋形接收得到的接收信号功率分别可以表示为：

于是，对每个天线分别找到使上式最大的角度，即：

从而可以得到各个天线阵应用GOB算法得到的赋形矢量 $w_{\mathrm{gob}}^n,n=1...N.$

步骤23：根据

求得各天线阵之间的相位差值。

首先求得各天线阵的联合信道空间协方差矩阵，并求其最大特征值对应的特征向量。同于实现方案，设得到了赋形矢量为w_ebb可以写为：

$w_{\mathrm{ebb}}={[w_1^T,w_2^T,...w_N^T]}^T---\left(17\right)$

随后得到：

即为各个天线阵之间的相位差值。这里arg(·)表示求复数相角。

步骤24：利用对应于各个天线阵的赋形系数 $w_{\mathrm{gob}}^n,n=1...N$ 和n＝1...N得到总的GOB赋形矢量：

步骤25：利用总的赋形矢量w_gob进行赋形发送，如图4。

本发明提供的第三实施例是一种波束赋形方法，对于以上两种实现方案，在实际中，还可以进行自适应的切换，例如当采用如上两种方案分别得到了利用EBB算法进行赋形的赋形矢量w_ebb(参见公式(17))和赋形矢量w_gob(参见公式(19))后，可以再根据各天线阵的联合信道空间协方差矩阵R(参见公式(9))计算采用两种赋形方法后终端接收信号功率：

$p_{\mathrm{gob}}=\left|w_{\mathrm{gob}}^{H}R{w}_{\mathrm{gob}}\right|---\left(20\right)$

$p_{\mathrm{ebb}}=\left|w_{\mathrm{ebb}}^{H}R{w}_{\mathrm{ebb}}\right|---\left(21\right)$

并进行判断，如果p_gob<p_ebb则选用w_ebb作为赋形矢量，否则选用w_gob作为赋形矢量。

此外，本发明中的赋形算法只描述了多个阵列联合赋形的情况，实际中还可以根据具体信道环境，在多阵列联合赋形同各个阵列分别赋形，并采用一定的分集发射算法之间进行切换。

需要说明的是，为了实现联合赋形，***的上下行信道之间认为是对称的，这就必须消除因为射频通道导致的上下行信道不一致性。即认为多个天线阵列之间已经实现了实时校准，消除了射频通道的上下行不一致性。

本发明提供的第四实施例是一种波束赋形装置，应用于多阵列天线***，其结构如图6所示，包括：

计算模块31：用于计算得到多阵列天线***中各个天线的信道估计结果 $h_{\mathrm{ka}}^n,\mathrm{ka}=1...K_a^n,$ n＝1...N，这里N表示阵列总个数N大于1，

为第n个阵列中天线单元总个数；

R获取模块32：用于根据计算模块31得到的求得各个天线阵列的联合信道空间协方差矩阵R；

w_ebb获取模块33：用于求得R获取模块32求得的R的最大特征值对应的特征矢量w_ebb作为赋形矢量；

变换模块34：用于对w_ebb获取模块33得到的w_ebb进行只有幅度变化的变换；

变换赋形发射模块35：用于利用变换模块34对w_ebb变换后的赋形矢量进行赋形发射。

进一步，所述变换模块34包括：

阵列变换模块341：用于对w_ebb按阵列进行只有幅度变化的变换。

进一步，所述变换模块34包括：

天线变换模块342：用于对w_ebb按天线进行只有幅度变化的变换。

进一步该装置还包括：

分配模块36：用于当根据变换模块34对w_ebb变换后的赋形矢量分配的功率大于天线单元最大发射功率时，按照天线单元最大发射功率发射，同时将超过天线单元最大发射功率部分的功率，重新分配给其他阵列天线单元。

本发明提供的第五实施例是一种波束赋形装置，应用于多阵列天线***，其结构如图7所示，包括：

计算模块31：用于计算得到多阵列天线***中各个天线的信道估计结果 $h_{\mathrm{ka}}^n,\mathrm{ka}=1...K_a^n,$ n＝1...N，这里N表示阵列总个数N大于1，

为第n个阵列中天线单元总个数；

R_n获取模块42：用于根据计算模块31得到的得到对应于各个天线阵的信道空间协方差矩阵R_n；

获取模块43：用于根据R_n获取模块42得到的R_n通过GOB算法，得到各个天线阵应用GOB算法得到的赋形矢量

，n＝1...N；

获取模块44：用于根据获取模块43得到的

和权利要求3所述的w_n求得各天线阵之间的相位差值

w_gob获取模块45：用于根据

获取模块43得到的

和

获取模块44得到

得到各天线阵总的GOB赋形矢量w_gob，具体公式为：

w_gob赋形发射模块46：用于利用w_gob获取模块45得到的w_gob进行赋形发送。

本发明提供的第六实施例是一种波束赋形装置应用于多阵列天线***，其结构如图8所示，包括：

p_ebb获取模块51：用于根据前述的w_ebb和R得到p_ebb，具体公式为： $p_{\mathrm{ebb}}=\left|w_{\mathrm{ebb}}^{H}R{w}_{\mathrm{ebb}}\right|,$ p_ebb表示利用w_ebb变换后的赋形矢量赋形后终端接收信号功率；

p_gob获取模块52：用于根据前述的R和前述的

得到p_gob，具体公式为： $p_{\mathrm{gob}}=\left|w_{\mathrm{gob}}^{H}R{w}_{\mathrm{gob}}\right|,$ p_gob表示利用w_gob进行赋形后终端接收信号功率；

比较模块53：用于如果p_gob获取模块52得到的p_gob<p_ebb获取模块51得到的p_ebb则选用变换w_ebb作为赋形矢量，否则选用w_gob作为赋形矢量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1、一种波束赋形方法，其特征在于，应用于多阵列天线***，包括：计算得到多阵列天线***中各个天线的信道估计结果 $h_{\mathrm{ka}}^n,\mathrm{ka}=1...K_a^n,n=1...N,$ 这里N表示阵列总个数N大于1，

为第n个阵列中天线单元总个数；

根据

求得各个天线阵列的联合信道空间协方差矩阵R；

求得R的最大特征值对应的特征矢量w_ebb作为赋形矢量；

对w_ebb进行只有幅度变化的变换；

利用w_ebb变换后的赋形矢量进行赋形发射。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，对w_ebb按阵列进行只有幅度变化的变换。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对w_ebb按阵列进行只有幅度变化的变换具体为：

根据w_ebb得到天线阵列的赋形矢量w_n，对w_n进行幅度的变换得到变换后的赋形矢量具体公式为： ${\hat{w}}_n={\mathrm{\&alpha;}}_n{w}_n,n=1...N,$ 其中 ${\mathrm{\&alpha;}}_n=\sqrt{\frac{w_n^H{w}_n}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_n^H{w}_n}},n=1...N.$

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，对w_ebb按天线进行只有幅度变化的变换。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对w_ebb按天线进行只有幅度变化的变换具体为：

根据w_ebb得到各个天线单元的赋形矢量 $w_n^{\left(k_a\right)},k_a=1...K_a^n,n=1...N,$

为第n个阵列中天线单元总个数，对

进行幅度的变换得到变换后的赋形矢量

具体公式为： ${{\hat{w}}_n}^{\left(k_a\right)}={\mathrm{\&beta;}}_n^{\left(k_a\right)}{w}_n^{\left(k_a\right)},k_a=1...K_a^n,n=1...N,$ ${\mathrm{\&beta;}}_n^{\left(k_a\right)}=\sqrt{\frac{{\left|w_n^{\left(k_a\right)}\right|}^2}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_n^H{w}_n}},k_a=1...K_a^n,n=1...N.$

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，当根据w_ebb变换后的赋形矢量分配的功率大于天线单元最大发射功率时，按照天线单元最大发射功率发射，同时将超过天线单元最大发射功率部分的功率，重新分配给其他阵列天线单元，保证各天线发射功率都不超过该天线单元最大发射功率。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，按照最大比原则或按照等比原则进行重新分配。

8、一种波束赋形方法，其特征在于，应用于多阵列天线***，包括：

计算得到多阵列天线***中各个天线的信道估计结果 $h_{\mathrm{ka}}^n,\mathrm{ka}=1...K_a^n,n=1...N,$ 这里N表示阵列总个数N大于1，为第n个阵列中天线单元总个数；

根据

得到对应于各个天线阵的信道空间协方差矩阵R_n；

根据R_n通过GOB算法，得到各个天线阵应用GOB算法得到的赋形矢量 $w_{\mathrm{gob}}^n,n=1...N;$

根据

和权利要求3所述的w_n求得各天线阵之间的相位差值

根据

和

得到各天线阵总的GOB赋形矢量w_gob，具体公式为：

利用w_gob进行赋形发送。

9、一种波束赋形方法，其特征在于，应用于多阵列天线***，包括：

根据权1所述的w_ebb和R得到p_ebb，具体公式为： $p_{\mathrm{ebb}}=\left|w_{\mathrm{ebb}}^H{\mathrm{Rw}}_{\mathrm{ebb}}\right|,$ p_ebb表示利用w_ebb变换后的赋形矢量赋形后终端接收信号功率；

根据权1所述的R和权8所述的得到p_gob，具体公式为： $p_{\mathrm{gob}}=\left|w_{\mathrm{gob}}^H{\mathrm{Rw}}_{\mathrm{gob}}\right|,$ p_gob表示利用w_gob进行赋形后终端接收信号功率；

如果p_gob<p_ebb则选用变换w_ebb作为赋形矢量，否则选用w_gob作为赋形矢量。

10、一种波束赋形装置，其特征在于，应用于多阵列天线***，包括：

计算模块：用于计算得到多阵列天线***中各个天线的信道估计结果 $h_{\mathrm{ka}}^n,\mathrm{ka}=1...K_a^n,n=1...N,$ 这里N表示阵列总个数N大于1，

为第n个阵列中天线单元总个数；

R获取模块：用于根据计算模块得到的

求得各个天线阵列的联合信道空间协方差矩阵R；

w_ebb获取模块：用于求得R获取模块求得的R的最大特征值对应的赋形矢量w_ebb作为赋形矢量；

变换模块：用于对w_ebb获取模块得到的w_ebb进行只有幅度变化的变换；

变换赋形发射模块：用于利用变换模块对w_ebb变换后的赋形矢量进行赋形发射。

11、如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述变换模块包括：

阵列变换模块：用于对w_ebb按阵列进行只有幅度变化的变换。

12、如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述变换模块包括：

天线变换模块：用于对w_ebb按天线进行只有幅度变化的变换。

13、如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括：

分配模块：用于当根据w_ebb变换后的赋形矢量分配的功率大于天线单元最大发射功率时，按照天线单元最大发射功率发射，同时将超过天线单元最大发射功率部分的功率，重新分配给其他阵列天线单元。

14、一种波束赋形装置，其特征在于，应用于多阵列天线***，包括：

计算模块：用于计算得到多阵列天线***中各个天线的信道估计结果 $h_{\mathrm{ka}}^n,\mathrm{ka}=1...K_a^n,n=1...N,$ 这里N表示阵列总个数N大于1，

为第n个阵列中天线单元总个数；

R_n获取模块：用于根据计算模块得到的

得到对应于各个天线阵的信道空间协方差矩阵R_n；

获取模块：用于根据R_n获取模块得到的R_n通过GOB算法，得到各个天线阵应用GOB算法得到的赋形矢量 $w_{\mathrm{gob}}^n,n=1...N;$

获取模块：用于根据

获取模块得到的

和权利要求3所述的w_n求得各天线阵之间的相位差值

w_gob获取模块：用于根据

获取模块得到的

和

获取模块得到

得到各天线阵总的GOB赋形矢量w_gob，具体公式为：

w_gob赋形发射模块：用于利用w_gob获取模块得到的w_gob进行赋形发送。

15、一种波束赋形装置，其特征在于，应用于多阵列天线***，包括：

p_ebb获取模块：用于根据权1所述的w_ebb和R得到p_ebb，具体公式为： $p_{\mathrm{ebb}}=\left|w_{\mathrm{ebb}}^H{\mathrm{Rw}}_{\mathrm{ebb}}\right|,$ p_ebb表示利用w_ebb变换后的赋形矢量赋形后终端接收信号功率；

p_gob获取模块：用于根据权1所述的R和权8所述的

得到p_gob，具体公式为： $p_{\mathrm{gob}}=\left|w_{\mathrm{gob}}^H{\mathrm{Rw}}_{\mathrm{gob}}\right|,$ p_gob表示利用w_gob进行赋形后终端接收信号功率；

比较模块：用于如果p_gob获取模块得到的p_gob<p_ebb获取模块得到的p_ebb则选用变换w_ebb作为赋形矢量，否则选用w_gob作为赋形矢量。

Images