CN104639222A - 一种智能天线的自适应波束成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能天线的自适应波束成形方法，具体步骤包括发射训练序列、信道估计、选择最优波束成形矩阵、反馈信息和波束成形，发射训练序列时发射端通过随机波束向各中间节点和接收端发送训练序列，中间节点信号处理器将接收到的训练序列采用放大转发的方式转发给接收端，中间节点的信道估计器根据接收到的训练序列估计出发射端到中间节点的信道矩阵，将信道矩阵的信息转发到接收端。本发明使智能天线中阵列天线方向图的主瓣指向所需的方向，并使其零陷对准干扰方向，尽可能地提高阵列输出所需信号的强度，获得足够大的信噪比，得到高精度的目标分辨力，同时降低干扰信号的强度，从而提高阵列输出的信干噪比。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种智能天线的自适应波束成形方法。
背景技术
随着全球移动通信业务的迅猛发展以及移动多媒体业务巨大的潜在需求，人们对移动通信的服务质量和内容提出了更高的要求，容量问题和频率资源问题已经成为制约移动通信发展的重要因素。在有限的通信资源条件下，由于移动用户数量的急剧增加而引起的信道容量不足、通信质量下降等问题变得十分突出。为了有效地改善通信***的性能，智能天线SA技术被引入移动通信***中来。智能天线技术采用空分多址SDMA方式，并能够与其他多址技术相结合，最大限度地利用有限的频谱资源，提高***容量，改善通信质量。智能天线为上述问题的解决带来了新的思路，被认为是无线移动通信技术的最后新疆界。
智能天线的基本思想是通过自适应阵列天线跟踪并提取各移动用户的空间信息，利用用户位置的不同，在同一信道（频段/时隙/码道）中发送和接收各用户的空间信息而不发生相互干扰。实际上它使通信资源不再局限于时间域、频率域或码域而扩展到了空间域。由于增加了一维空间域，基站阵列天线与移动用户之间的信道不仅具有传统意义上的***响应，还随着空间路径的变化而变化，因此是一种广义的时空信道。智能天线的最终目的是实时地产生多个用户的波束天线方向图，波束形成是智能天线实现的关键核心技术。对于一个完整的智能天线***，要进行的探索主要有五方面的内容：来波方向DOA估计、波束形成的优化准则、数字波束形成DBF、上行链路及下行链路相关技术研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用方便、能够自动调节滤波性能的智能天线的自适应波束成形方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种智能天线的自适应波束成形方法，具体步骤如下：
（1）发射端通过随机波束向各中间节点和接收端发送训练序列，中间节点信号处理器将接收到的训练序列采用放大转发的方式转发给接收端，中间节点的信道估计器根据接收到的训练序列估计出发射端到中间节点的信道矩阵，将信道矩阵的信息转发到接收端；
（2）接收端信道估计器根据接收到的训练序列分别估计出发射端到接收端的信道矩阵和中间节点到接收端的信道矩阵，接收机信号处理器对三个信道矩阵进行合并处理得到发射端到接收端的信道估计信号；
（3）接收端根据信号估计信号计算对应信道矢量与各随机波束内积的模值；
（4）使用发送的多个参考信号来将第一发送波束确定为优选的发送波束，生成优选的发送波束信息，向中间节点或接收端发送优选的发送波束信息，经由第一发送波束从发送节点接收传输，对收到的发送波束信息进行到达时延检测从而得到对应于该发送波束信息的参考信号，
（5）将步骤（4）中得到的发送波束信息的参考信号和发送波束信息进行处理，根据最小均方误差准则选出最优波束成形矩阵；
（6）接收端将选择出的最优波束成形矩阵的波束信息反馈到发射端；
（7）发射端根据自适应波束成形算法将最优波束成形矩阵左乘发射信号获得更新权向量，天线发射加权后的发射信号，完成波束成形。
作为本发明进一步的方案：所述自适应波束成形算法为最小均方误差算法。
作为本发明再进一步的方案：所述发射端和接收端之间还设有反馈控制模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明使智能天线中阵列天线方向图的主瓣指向所需的方向，并使其零陷对准干扰方向，尽可能地提高阵列输出所需信号的强度，获得足够大的信噪比，得到高精度的目标分辨力，同时降低干扰信号的强度，从而提高阵列输出的信干噪比；具有较强的抗干扰能力，波束形成天线能任意改变方向图，在保证接收有用信号的同时充分抑制干扰，可在较复杂的电磁环境下正常工作。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
一种智能天线的自适应波束成形方法，具体步骤如下：
（1）发射端通过随机波束向各中间节点和接收端发送训练序列，中间节点信号处理器将接收到的训练序列采用放大转发的方式转发给接收端，中间节点的信道估计器根据接收到的训练序列估计出发射端到中间节点的信道矩阵，将信道矩阵的信息转发到接收端；
（2）接收端信道估计器根据接收到的训练序列分别估计出发射端到接收端的信道矩阵和中间节点到接收端的信道矩阵，接收机信号处理器对三个信道矩阵进行合并处理得到发射端到接收端的信道估计信号；
（3）接收端根据信号估计信号计算对应信道矢量与各随机波束内积的模值；
（4）使用发送的多个参考信号来将第一发送波束确定为优选的发送波束，生成优选的发送波束信息，向中间节点或接收端发送优选的发送波束信息，经由第一发送波束从发送节点接收传输，对收到的发送波束信息进行到达时延检测从而得到对应于该发送波束信息的参考信号，
（5）将步骤（4）中得到的发送波束信息的参考信号和发送波束信息进行处理，根据最小均方误差准则选出最优波束成形矩阵；
（6）发射端和接收端之间还设有反馈控制模块，接收端将选择出的最优波束成形矩阵的波束信息通过反馈控制模块反馈到发射端；
（7）发射端根据自适应波束成形算法将最优波束成形矩阵左乘发射信号获得更新权向量，天线发射加权后的发射信号，完成波束成形，自适应波束成形算法为最小均方误差算法。
所述最小均方误差准则就是使估计误差的均方值最小化，具体地说，就是使发送波束信息和发送波束信息的参考信号之间的均方误差组最小。
本发明使智能天线中阵列天线方向图的主瓣指向所需的方向，并使其零陷对准干扰方向，尽可能地提高阵列输出所需信号的强度，获得足够大的信噪比，得到高精度的目标分辨力，同时降低干扰信号的强度，从而提高阵列输出的信干噪比；具有较强的抗干扰能力，波束形成天线能任意改变方向图，在保证接收有用信号的同时充分抑制干扰，可在较复杂的电磁环境下正常工作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种智能天线的自适应波束成形方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）发射端通过随机波束向各中间节点和接收端发送训练序列，中间节点信号处理器将接收到的训练序列采用放大转发的方式转发给接收端，中间节点的信道估计器根据接收到的训练序列估计出发射端到中间节点的信道矩阵，将信道矩阵的信息转发到接收端；
（2）接收端信道估计器根据接收到的训练序列分别估计出发射端到接收端的信道矩阵和中间节点到接收端的信道矩阵，接收机信号处理器对三个信道矩阵进行合并处理得到发射端到接收端的信道估计信号；
（3）接收端根据信号估计信号计算对应信道矢量与各随机波束内积的模值；
（4）使用发送的多个参考信号来将第一发送波束确定为优选的发送波束，生成优选的发送波束信息，向中间节点或接收端发送优选的发送波束信息，经由第一发送波束从发送节点接收传输，对收到的发送波束信息进行到达时延检测从而得到对应于该发送波束信息的参考信号，
（5）将步骤（4）中得到的发送波束信息的参考信号和发送波束信息进行处理，根据最小均方误差准则选出最优波束成形矩阵；
（6）接收端将选择出的最优波束成形矩阵的波束信息反馈到发射端；
（7）发射端根据自适应波束成形算法将最优波束成形矩阵左乘发射信号获得更新权向量，天线发射加权后的发射信号，完成波束成形。
2.根据权利要求1所述的智能天线的自适应波束成形方法，其特征在于，所述自适应波束成形算法为最小均方误差算法。
3.根据权利要求1所述的智能天线的自适应波束成形方法，其特征在于，所述发射端和接收端之间还设有反馈控制模块。
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