[发明专利]基于均匀圆阵列天线的多扇区空间复用方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术的多天线空间复用，尤其涉及基于均 匀圆阵列天线的多扇区空间复用方法及其系统。

背景技术

近年来，以第三代移动通信系统为代表的无线通信技术有了突 飞猛进的发展。然而，随着移动通信用户的不断增加，以及大量新 数据业务的出现，如何利用有限的频率资源提高无线信道容量仍然 是一个有待解决的问题。特别是在一些高业务密度的热点地区(如火 车站、机场候车室、会议中心、商务建筑物)和热点时期(如车流高峰 期、节日期间、地质灾害发生时等)，移动通信的话务和数据业务量 将成倍增加，致使现有的通信系统通信不畅或通信严重受阻，因此 需要引入新的无线通信技术，进一步提高无线信道容量。

不同于传统的频分多址(FDMA，Frequency Division Multiple Access)、时分多址(TDMA，Time Division Multiple Access)和码分多 址(CDMA，Code Division Multiple Access)，小区扇区化通信系统采 用空分复用(SDMA，Space Division Multiple Access)技术，利用定向 天线形成固定波束，将小区划分为多个扇区，利用信号在传播方向 上的差别，将同频率、同时隙或同码型的信号区分开来，从而最大 限度地利用有限的频谱资源，扩展了信道容量。现有的小区扇区化 设计中，多采用均匀直线阵列天线(ULA，Uniform Linear Array)将小 区划分为3个或6个扇区。为进一步提高小区信道容量，可利用直 线阵列天线形成多个窄波束，将每一扇区分割成更多子扇区。这些 方法中所使用的直线阵列天线具有波束窄、旁瓣低以及波束形成算 法简单的优点，但由于ULA覆盖方位角有限(最多120°)，因此至少 需要3套阵列天线才能实现小区全方位覆盖，并且每个扇区都需要 一套加权电路，由此增加了基站的成本较高和系统的处理负担，也 限制了小区划分出更多的扇区。另外由于ULA产生的波束在俯角方 向具有同一的方向图，天线下方附近区域为多扇区波束的汇集处， 各扇区相邻很紧密，因此在一些人口稠密区上方架设多扇区化的天 线，则会面临因天线下方附近区域大量用户走动而产生的频繁的跨 扇区切换问题，从而势必影响到通信系统的效率。

与ULA相比，均匀圆阵列天线(UCA，Uniform Circular Array)既 能够形成覆盖全方位角的全向方向图，又可以形成指向内任意方位 的波束，并且需要的阵元数目相对较少，从而系统成本较低，处理 设备较为简单。现有的无线通信运营商多采用8阵元UCA作为全向 天线使用，从而没有发挥UCA形成多波束进行空分复用的优点。为 了改善UCA的方向图特性，人们研究出多种方向图综合方法，然而， 现有的基于UCA的多扇区空间复用方法具有如下缺陷：

第一、扇区化系统通常采用单组扇形波束组对小区进行覆盖，在 各波束边缘区域，方向图增益存在着较大的衰减，并且相邻波束在 此区域因方向图重叠导致的同频(码型)干扰较严重；

第二、现有的方法都只是针对圆阵列所在平面(即0°俯角处)上仅 关于方位角一维方向的方向图进行综合的方法。这些方法没有考虑 综合后的方向图在俯角方向的复杂特性，只适用于收发信号方向接 近0°俯角的情况。因此，各扇区相邻很紧密，同样面临因天线下方 附近区域大量用户走动而产生的频繁的跨扇区切换而导致的通信系 统效率降低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种均匀圆阵列天线的多扇区空间复用 方法及其系统，基于该方法，能够克服单组扇形波束组对小区进行 覆盖时所产生的同频干扰严重、频繁的跨扇区切换等问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于均匀圆阵列天线的多 扇区空间复用方法，包括如下步骤：确定均匀圆阵列天线的各个参 数，参数包括阵元数N、每组波束组中的波束数M、圆阵列半径R； 依据均匀圆阵列天线的阵元数N，获取全向方向图，对小区第一俯 角区域全向覆盖；依据均匀圆阵列天线的阵元数N、每组波束组中 的波束数M、圆阵列的半径R，获取两组分别包含M个波束的交叉 扇形波束组，交叉扇形波束组通过将小区的第二俯角区域划分为两 组扇区实现对小区第二俯角区域全向覆盖；将小区的信道划分为三 组，并将三组信道分别分配给第一俯角区域、由第二俯角区域所划 分的两组扇区覆盖下的用户。