自動糾正振幅和相位誤差的波束成型方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種自動糾正振幅和相位誤差的波束成型方法及裝置。該方法包括步驟：第一裝置通過天線陣列接收一目標第二裝置傳送的第一信號。第一裝置根據接收的信號計算得到一協方差矩陣，根據計算出的協方差矩陣生成一用于自動糾正所述天線陣列相位誤差及幅度誤差并使指向目標第二裝置的天線增益最大化的第一波束成型權值矩陣。所述第一裝置通過對所述第一波束成型權值矩陣應用一屏蔽窗口或一聯合優化算法生成一用于降低來自其他第二裝置干擾影響的改進的第二波束成型權值矩陣。根據所述第二波束成型權值矩陣對所述天線陣列進行調整以生成一用于與所述目標第二裝置進行通信的優化后的天線波束成型圖。

Beam forming method and device for correcting amplitude and phase error automatically

The invention relates to a beam forming method and device for automatically correcting amplitude and phase errors. The method comprises the steps that a first device receives a first signal transmitted by a target second device via an antenna array. The first device is calculated by a covariance matrix according to the received signal, according to the calculated covariance matrix is used to generate a automatic correction of the antenna array phase error and amplitude error and the maximum second points to the target device antenna gain the first beamforming weight matrix. The first device through a beamforming weight matrix is used to reduce the second improvement from the other second device interference to the first beam forming weight matrix application window or a shield a joint optimization algorithm. The antenna array is adjusted according to the second beam forming weight matrix to generate an optimized antenna beam forming pattern for communicating with the target second device.

【技術實現步驟摘要】
自動糾正振幅和相位誤差的波束成型方法及裝置
本專利技術涉及多輸入輸出系統(Multiple-inputmultipleoutput,MIMO)領域，尤其涉及一種通過使用天線陣列提高波束成型性能的系統及方法。
技術介紹
波束成型是無線通信系統中常采用的通信技術。在波束成型的技術中，天線陣列能夠形成波束并通過所述波束接收來自目標裝置的信號或者將信號發送給目標裝置。通過天線陣列巧妙地結合使得天線陣列指向其他的裝置。波束成型裝置，例如基站、移動站、遠程無線頭端(remoteradiohead，RRH)或其他接收及發送裝置，控制來自每一天線元件發送/接收的信號的相位及幅度形成一輻射方向圖。該輻射方向圖形成一指向目標裝置的波束并通過該波束傳播信號，而不是波束成型技術中在各個方向上傳送信號。當采用波束成型技術的波束成型裝置在一多用戶系統中傳送或接收信號時，該輻射方向圖典型地包括一主瓣和一或多個旁瓣兩種類型。當該主瓣輻射方向圖指向目標裝置，該些旁瓣通常在各個方向進行信號的傳輸，從而導致波束成型裝置與其他有源裝置相互干擾而降低了通信系統的整體效率。
技術實現思路
鑒于以上內容，有必要提供一種自動糾正振幅和相位誤差的波束成型方法及裝置，用以解決波束成型裝置與其他有源裝置相互干擾而降低通信系統的整體效率的問題。本專利技術提供一種自動糾正振幅和相位誤差的波束成型方法，該方法包括步驟：具有天線陣元的第一裝置接收第二裝置發送的第一信號；所述第一裝置根據接收的第一信號生成一與第二裝置相對應的第一波束成型權值矩陣；所述第一裝置通過應用一屏蔽窗口生成一第二波束成型權值矩陣，所述屏蔽窗口基于所述第二裝置及與所述第二裝置鄰近的一第三裝置之間的間距配置而成及所述第一裝置根據所述第二波束成型權值矩陣控制天線陣元形成一朝向該第二裝置的電波信號。本專利技術提供一種自動糾正振幅和相位誤差的波束成型方法，該方法包括步驟：具有天線陣元的第一裝置接收多個第二裝置中每個第二裝置發送的一接收信號；所述第一裝置根據接收的每一第二裝置發送的接收信號分別生成一與所述第二裝置相對應的第一波束成型權值矩陣；所述第一裝置通過計算出的多個第一波束成型權值矩陣生成一第二波束成型權值矩陣及所述第一裝置根據所述第二波束成型權值矩陣控制天線陣元形成一朝向一目標第二裝置的電波信號。本專利技術提供一種具有多入多出系統的波束成型裝置，該裝置包括一天線陣元，用于接收一移動裝置發送的第一信號；一處理器，連接所述天線陣元，該處理單元用于接收所述移動裝置發送的第一信號、根據接收的第一信號生成一與移動裝置相對應的第一波束成型權值矩陣、通過應用一屏蔽窗口生成一第二波束成型權值矩陣及根據所述第二波束成型權值矩陣控制天線陣元形成一朝向所述移動裝置的電波信號，其中所述屏蔽窗口基于所述移動裝置及與所述移動裝置鄰近的一第二裝置之間的間距配置而成。本專利技術提供一種自動糾正振幅和相位誤差的波束成型方法及裝置。所述方法和裝置能夠自動補償或糾正不確定的幅度誤差及相位誤差對天線陣列中的天線元件的影響，因而能夠有效及準確地提高信號發送及接收的效率。附圖說明圖1為本專利技術一實施方式中通信系統的示意圖。圖2為本專利技術一實施方式中應用在圖1中的通信系統中的天線陣列的示意圖。圖3為本專利技術一實施方式中波束成型方法的流程圖。圖4為本專利技術另一實施方式中通信系統的示意圖。圖5A及5B為本專利技術一實施方式中移動用戶終端的波束成型方向圖的示意圖。圖6為本專利技術一實施方式中基站結構的模塊圖。圖7為本專利技術另一實施方式中的通信系統的示意圖。圖8為本專利技術另一實施方式中波束成型方法的流程圖。圖9A及9B為本專利技術另一實施方式中應用在兩個移動用戶終端的波束成型輻射方向圖的示意圖。圖10A及10B為其他實施方式中應用在四個移動用戶終端的波束成型輻射方向圖的示意圖。圖11為本專利技術另一實施方式中波束成型方法的流程圖。圖12A及12B為應用在兩個移動用戶終端中采用迫零算法的波束成型方向圖的示意圖。圖13A及13B為應用在四個移動用戶終端中采用迫零算法的波束成型方向圖的示意圖。具體實施方式請參考圖1，所示為本專利技術一實施方式中多輸入多輸出(MIMO)通信系統的示意圖。該多輸入多輸出通信系統1包括固定站10及移動裝置22、24、26。例如，該固定站10可以為一個基站、中繼器或者一個遠程無線頭(RRH)。該固定站10裝配有多個天線101。所述多個天線101組成一個陣列的形式，例如，可以構成一個天線陣列。在本實施方式中，根據本申請的需求，裝配在固定站10的天線的數量可以在2到256個之間。隨著天線數量的增加，該多輸入多輸出通信系統1向一特定方向傳送波束的能量也會增大。每一移動裝置22、24、26裝配有至少一個天線。同樣地，根據本申請中移動裝置的需求，移動裝置22、24、26可以裝配有一個、兩個或更多的天線。例如，所述移動裝置22、24、26可以為智能手機或一移動車輛，所述智能手機可以安裝1-8個天線，所述移動車輛可以安裝1-32個天線。在本實施方式中，該多輸入多輸出系統1可以是一個時分復用(TimeDivisionDuplex,TDD)傳送系統，該傳送系統的上行頻帶及下行頻帶位于相同的頻帶上。所述固定站10的天線進行波束成型的操作后產生具有電磁能量的波束221、241、261。該些波束221、241、261可以具有相同或不同的頻率。該些波束221、241、261分別對應指向移動裝置22、24、26。如果所有的移動裝置22、24、26使用相同的頻率，該些移動裝置22、24、26中的每一移動裝置與固定站10之間的數據通信會受到來自鄰近移動裝置的干擾，其干擾程度取決于相鄰移動裝置之間的分離角度(如方位角)的大小。例如，在固定站10及移動裝置24之間建立的作為數據傳輸信道的波束241能夠被波束221、261的旁瓣影響。本實施方式中，對固定站10進行相應的設定操作并形成在特定方向的波束221、241、261能夠減少相鄰移動裝置旁瓣輻射效應的影響，從而提高多輸入輸出通信系統1的帶寬效率及優化多輸入輸出通信系統1的網絡效率，進而使更多的移動裝置能夠分享相同的頻率帶寬。為了簡化說明，忽略了圖1中旁瓣能量的存在。所述旁瓣能量的功率遠遠小于主瓣能量的功率。所述旁瓣可以位于主瓣的左邊，也可以位于主瓣的右邊。圖2為本專利技術一實施方式中天線陣列的排列示意圖。所述天線陣列應用在所述固定站10中，用于實現波束的成型。在本實施方式中，天線陣列200是一個16×4的天線陣列，包括A1-A64共64個天線元件。軸線(即天線陣列200的最大值增益的軸線)正對y軸的正向。所述天線陣列200中任意兩個鄰近天線元件之間沿x軸方向的空間可以用dx表示。所述天線陣列200中任意兩個鄰近天線元件之間沿z軸方向的空間可以用dz表示。一個入射信號角度φ用于測量入射信號的方位角。入射信號角度φ表示在x-y平面上天線陣列相對于x軸正向的轉向角。仰角θ為一相對于z軸向下傾斜的角度。在實際使用中，固定站10中的天線陣列200可以是任意M×N陣列天線，例如，根據固定站10的使用需求，天線陣列200可以是64×1,8×8等等陣列天線，但不限于此。請一并參考圖3及圖4。圖3示出了一種運行在圖1的多輸入多輸出通信系統1中的波束成型方法。在本實施方式中，所述本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種自動糾正振幅和相位誤差的波束成型方法，其特征在于，該方法包括步驟：具有天線陣元的第一裝置接收第二裝置發送的第一信號；所述第一裝置根據接收的第一信號生成一與第二裝置相對應的第一波束成型權值矩陣；所述第一裝置通過應用一屏蔽窗口生成一第二波束成型權值矩陣，所述屏蔽窗口基于所述第二裝置及與所述第二裝置鄰近的一第三裝置之間的間距配置而成；及所述第一裝置根據所述第二波束成型權值矩陣控制所述天線陣元形成一朝向該第二裝置的電波信號。

【技術特征摘要】
2015.12.04 US 62/2629301.一種自動糾正振幅和相位誤差的波束成型方法，其特征在于，該方法包括步驟：具有天線陣元的第一裝置接收第二裝置發送的第一信號；所述第一裝置根據接收的第一信號生成一與第二裝置相對應的第一波束成型權值矩陣；所述第一裝置通過應用一屏蔽窗口生成一第二波束成型權值矩陣，所述屏蔽窗口基于所述第二裝置及與所述第二裝置鄰近的一第三裝置之間的間距配置而成；及所述第一裝置根據所述第二波束成型權值矩陣控制所述天線陣元形成一朝向該第二裝置的電波信號。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法在計算所述第二波束成型權值矩陣的步驟包括：通過建立一切比雪夫窗口以生成所述屏蔽窗口，其中，所述切比雪夫窗口基于所述第一裝置及第二裝置之間的信道條件配置而成；及將所述屏蔽窗口應用到第一波束成型權值矩陣中以生成所述第二波束成型權值矩陣。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法在計算所述第二波束成型權值矩陣的步驟包括：通過生成一有限脈沖響應濾波器生成一屏蔽窗口，其中，所述有限脈沖響應濾波器基于所述第一裝置及第二裝置之間的信道條件配置；及將所述屏蔽窗口應用到所述第一波束成型權值矩陣中生成所述第二波束成型權值矩陣。4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法在計算所述第一波束成型權值矩陣的步驟包括：根據所述第一信號計算一協方差矩陣；及將所述協方差矩陣進行子空間分解后生成所述第一波束成型權值矩陣。5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法在計算所述第一波束成型權值矩陣的步驟包括：根據所述第一信號計算一協方差矩陣；計算所述第一信號中的噪聲方差；從所述協方差矩陣中的交叉關聯向量中去除所述噪聲方差以糾正所述交叉關聯向量；及通過糾正后的所述交叉關聯向量生成所述第一波束成型權值矩陣。6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法在步驟“生成所述第一波束成型權值矩陣”之前包括：所述第一裝置接收所述第三裝置產生的第二信號。7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，該方法在步驟“生成所述第一波束成型權值矩陣”之后包括：所述第一裝置根據接收的第一信號生成一與第二裝置相對應的第一波束成型權值矩陣，及根據接收的第二信號生成一與第三裝置相對應的另一第一波束成型權值矩陣；所述第一裝置通過應用一第一屏蔽窗口產生一第二波束成型權值矩陣，及通過應用一第二屏蔽窗口產生另一第二波束成型權值矩陣；第一波束成型權值矩陣基于所述第二裝置及鄰近所述第二裝置的第三裝置之間的間距配置而成；及所述第二屏蔽窗口基于所述第三裝置及一鄰近所述第三裝置的第四裝置之間的間距，以及基于所述第二裝置及鄰近所述第二裝置的第三裝置之間的間距配置而成；及所述第一裝置根據所述第二波束成型權值矩陣生成一朝向所述第二裝置的第一電波信號，及根據所述的另一第二波束成型權值矩陣生成一朝向所述第三裝置的第二電波信號。8.一種具有多入多出系統的波束成型裝...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊超欽，余明哲，吳建德，該謙，
申請(專利權)人：鴻海精密工業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：中國臺灣,71