[发明专利]无线通信系统的多业务波束赋形装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，具体来说，涉及一种无线通信系统的多业务波束赋形装置，尤其涉及同步的码分多址(CDMA)通信系统中采用智能天线技术的专用信道多业务波束赋形装置。

背景技术

智能天线利用信号传输的空间特性和数字信号处理技术，可以实现上行链路波达角(DOA)的估计以及下行波束赋形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖、改善通信质量、降低发射功率和提高无线数据传输速率的目的。

在一定的用户移动速度条件下，对于采用时分双工(TDD)方式的同步CDMA通信系统，其上、下信道满足对称要求，若采用智能天线，则可以根据天线阵列对应的信道估计实现各个用户的上行DOA估计，进而完成下行波束赋形，较好地解决抗多径干扰和抗多址干扰等问题。

然而实际的无线信道环境十分复杂，即使用户处于静止状态，其多径、角度扩展等影响仍可能较为严重；在随机接入过程中，通过单次上行导频码而获取的用户方位角的信息通常存在较大误差；对于非连续发射(DTX)、高速下行链路分组接入(HSDPA)模式，某一用户的上、下行时隙的时间间隔可能较大；在信道环境变化或用户切向移动速度较快时，上行估计的波达角可能难以对应下行赋形方向等。上述情况均明显地、直接地影响到下行波束赋形的性能。

针对上述的问题，现有技术中提供了一种FDD系统中天线阵列对下行专用信道信号发射的方法及装置，在该解决方案中提出了一种在FDD系统中天线阵列对下行专用信道信号发射的方法和装置，所述天线阵列由至少2个天线构成，该方法主要是利用从上行信号得到的空间相关矩阵R计算出幅度加权值|R(：，m)|，对下行专用信道信号发射的波束权值w＝a(θ)进行幅度加权，也就是将a(θ)与|R(：，m)|进行数次点乘并经过归一化后作为下行专用信道信号发射的波束权值w。这样可以使专用信道响应与公共信道响应的相关性增大，以解决在FDD通信系统中应用智能天线固定多波束算法，下行采用公共导频作相位参考时系统性能下降的问题。

综上所述，上述相关技术中存在以下问题：波束方向过于单一，在上下行时隙间信道发生变化时无法跟踪，造成智能天线系统的稳健性下降；基于对上行链路波达角(DOA)的估计，在估计出现误差的情况下性能难以保证，而且计算过程较为复杂，不利于工程实现。

因此，人们需要一种无线通信系统的多业务波束赋形装置，以解决上述相关技术中的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种无线通信系统的多业务波束赋形装置，以解决由波束方向过于单一而造成智能天线系统的稳定性下降等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种无线通信系统的多业务波束赋形装置，其包括：矩阵计算模块，用于取天线阵列的上行链路信道的信道估计矩阵中功率最大的L条径，分别计算各自的径相关矩阵，其中，1≤L≤W，W表示信道估计窗长；特征向量求解模块，用于对径相关矩阵进行最大信干比的特征值分解以求得特征向量作为波束赋形权值；以及波束赋形模块，用于对波束赋形权值进行归一化操作，天线阵列使用其操作结果对下行专用信道信号发射赋形。

根据本发明，特征向量求解模块还包括：第一计算模块，用于使径相关矩阵加权求和计算信号空间协方差矩阵；第二计算模块，用于使信号空间协方差矩阵与干扰相关矩阵计算基于最大信干比准则的待分解矩阵R；以及选择模块，用于选择矩阵R的最大特征值所对应的特征向量作为波束赋形权值。

此外，信道估计矩阵通过从基站端取得上行链路信道估计数据，对其进行信道后处理以滤除噪声干扰而取得。

根据本发明，矩阵计算模块还用于：分别计算信道估计矩阵中各列的功率和，并进行排序，然后取信道估计矩阵中功率最大的L列作为L条径。

根据本发明的实施例，相关矩阵包括信号空间协方差矩阵以及干扰相关矩阵，信号空间协方差矩阵通过对信道估计矩阵采用各径功率排序、分别计算径相关矩阵，加权求和而取得；干扰相关矩阵从噪声径中取得。

另外，根据本发明，选择模块还用于：对矩阵R进行特征值分解，取得特征值矩阵，以及特征向量矩阵，其中，特征值矩阵的对角线元素即为矩阵R的特征值序列，并与特征向量矩阵中的特征向量一一对应，从中选择矩阵R的最大特征值所对应的特征向量。

根据本发明，矩阵R的最大特征值所对应的特征向量，其大小为Ka×1，其中Ka为天线阵元数目。并且，针对TD-SCDMA通信系统，第k个用户经过信道后处理的信道估计矩阵表示为：