[发明专利]一种用于均匀矩形阵列的全方向波束赋形方法

说明书

本发明属于公共信号传输技术领域，具体为一种均匀矩形阵列下基于互补序列的全方向波束赋形设计方法。本发明方法包括：对于M根天线组成的均匀矩形大规模天线阵列组成的基站端，将流入待发送的数据流进行空时块编码，利用4个波束赋形向量W对空时块编码进行波束赋形，得到发送信号X=WB，是基站端待广播发送给各个用户的公共信号,且每一个波束赋形向量可以分组成P个对应矩形阵列P行天线的长为Q的向量：最后确定波束赋形矩阵设计方案。本发明能在各个方向达到完全平滑的波束图，并且具有低复杂度和有闭式解的优秀特性；且设计方案中的码字本身具有恒模特性，使整个波束赋形方案可以仅仅使用模拟域波束赋形架构高效实现，有效提升硬件效率。

技术领域

本发明属于公共信号传输技术领域，具体涉及全方向波束赋形设计方法。

背景技术

大规模天线是实现5G商用的关键技术之一，天线规模增大之后为了便于产品化，其实现更倾向于使用均匀矩形阵列。对于部署均匀矩形阵列的基站端，实现公共信号的全方向传输与全小区覆盖是提升整体网络性能的关键因素之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对均匀矩形阵列能够实现公共信号全方向传输的全方向波束赋形设计方法。

本发明提供的均匀矩形阵列下的全方向波束赋形设计方法，具体步骤为：

第一步，对于一个M根天线组成的均匀矩形大规模天线阵列组成的基站端，将流入待发送的数据流进行空时块编码，空时块编码所用矩阵为4×N，具体如下：

M＝P×Q，P、Q为天线阵列的行和列；参见图1所示；

第二步，利用4个波束赋形向量W＝[w₁,w₂,…,w₄](也就是一个M×4维的波束赋形矩阵)对得到的空时块编码进行波束赋形，得到发送信号如下：

X＝WB   (2)

其中，是基站端待广播发送给各个用户的公共信号,且每一个波束赋形向量w_k可以分组成P个对应举行阵列P行天线的长为Q的向量：w_k＝[w_k,1^T,w_k,2^T,…,w_k,P^T]^T,k＝1,2,3,4，其中w_k,p＝[w_k,p1,w_k,p2,…,w_k,pQ]^T；

第三步，上述第一步中均匀矩形阵列的导向矢量矩阵及其矢量化后的导向矢量定义如下：

其中，和θ是如图1所示均匀矩形阵列下空间某一发射方向与x-轴和z-轴形成的夹角，d_y和d_x分别表示均匀矩形阵列相邻天线在y-轴和x-轴上的间距，λ表示发射信号波长，操作vec表示矩阵列向量化；由此可得到系统有效的阵列响应：

再进一步结合空时块编码，根据参考文献[1]，可以得到用户端接收信号处理后的信号噪声比(SNR)为：

其中，E_S是发送信号的能量，σ²是噪声能量，代表输入信噪比；

第四步，为了使发送波束图达到全平，设计波束赋形矩阵达到如下目标：

定义，将其分成P×P个子矩阵如下：

其中：