通信基站及其波束赋形方法技术

本发明专利技术涉及移动通信领域，公开了一种通信基站及其波束赋形方法。本发明专利技术中，该通信基站的波束赋形方法包括以下步骤：基站接收来自移动终端的基于卫星导航系统的第一定位信息；根据第一定位信息向卫星导航系统的地基增强系统发送差分定位请求；根据地基增强系统返回的差分改正值对第一定位信息进行差分解算，得到第二定位信息；根据第二定位信息和基站天线的已知位置信息计算基站在三维空间上与移动终端的方位角，通过基站的天线在该方位角上向移动终端形成定向波束。该通信基站的波束赋形方法能够改善无线通信的链路质量，提高小区吞吐量。

Communication base station and its beamforming method

The invention relates to the field of mobile communication, and discloses a communication base station and a beamforming method thereof. In the invention, the beam forming method of the communication base station comprises the following steps: the base station receives the first positioning information of the satellite navigation system based on the mobile terminal; transmits the differential positioning request to the ground enhancement system of the satellite navigation system based on the first positioning information; and transmits the differential positioning request to the ground enhancement system of the satellite navigation system based on the differential correction value pair returned by the ground enhancement system The first positioning information is differentially decomposed to obtain the second positioning information; the azimuth angle between the base station and the mobile terminal in three-dimensional space is calculated according to the second positioning information and the known position information of the base station antenna, and the directional beam is formed from the antenna of the base station to the mobile terminal in that azimuth. The beamforming method can improve the link quality and cell throughput of wireless communication.

【技术实现步骤摘要】
通信基站及其波束赋形方法
本专利技术涉及移动通信和卫星导航领域，特别涉及移动通信中的波束赋形技术。
技术介绍
波束赋形(Beamforming，BF)是一种基于天线阵列的信号预处理技术。波束赋形通过调整天线阵列中每个阵元的加权系数产生具有指向性的波束，从而能够获得明显的阵列增益。因此，波束赋形技术在扩大覆盖范围、改善边缘吞吐量以及干扰抑止等方面都有很大的优势。由于波束赋形带来的空间选择性，使得波束赋形与SDMA之间具有紧密的联系。实际系统中应用的波束赋形技术可能具有不同的目标，如侧重链路质量改善(覆盖范围扩展、用户吞吐量提高)或者针对多用户问题(如小区吞吐量与干扰消除/避免)。现有技术中，基于卫星定位技术的波束赋形方法，由于移动终端的定位精度较低，水平存在5～10米误差、高程存在10～20米误差，导致三维空间上基站天线与移动终端的方位角测算不准确，方位角测算值与实际值偏差较大，不利于波束赋形算法的应用，不利用于窄细波束的形成。此外，现有差分定位技术一般在移动终端侧进行高精度定位解算，存在高功耗的问题，移动终端还需要获取实时差分数据，存在高流量的问题。因此，目前亟需一种基于差分定位增强技术的基站波束赋形方法，能够改进现有波束赋形和差分定位技术，达到移动终端和基站天线只存在厘米级误差的定位精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通信基站及其波束赋形方法，能够改善无线通信的链路质量，提高小区吞吐量。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式公开了一种通信基站的波束赋形方法，包括以下步骤：基站接收来自移动终端的基于卫星导航系统的第一定位信息；根据第一定位信息向卫星导航系统的地基增强系统发送差分定位请求；根据地基增强系统返回的差分改正值对第一定位信息进行差分解算，得到第二定位信息；根据第二定位信息和预先设定的基站的天线位置信息计算基站在三维空间上与移动终端的方位角，通过基站的天线在该方位角上向所述移动终端形成定向波束。本专利技术的实施方式还公开了一种通信基站，包括：第一定位信息接收单元，用于接收来自移动终端的基于卫星导航系统的第一定位信息；差分定位请求单元，用于根据第一定位信息接收单元接收到的第一定位信息向卫星导航系统的地基增强系统发送差分定位请求；差分解算单元，用于根据差分定位请求单元得到的地基增强系统返回的差分改正值对第一定位信息接收单元接收到的第一定位信息进行差分解算，得到第二定位信息；方位角计算单元，用于根据差分解算单元得到的第二定位信息和预先设定的基站的天线位置信息计算基站在三维空间上与移动终端的方位角；波束赋形单元，用于通过基站的天线在方位角计算单元计算出的方位角上向移动终端形成定向波束。本专利技术实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：移动终端将初步定位信息发送给基站，基站向地基增强系统发送差分定位请求，基站根据接收到的差分改正值进行差分解算得到高精度定位信息，并计算移动终端的方位角，通过天线形成高增益窄细波束，从而大大改善了无线通信的链路质量(覆盖范围扩展、用户吞吐量提高)，进一步提高了小区吞吐量，进一步消除和避免了干扰。进一步地，将差分数据解算从移动终端转移至基站，有效地降低了移动终端的功耗和数据流量。进一步地，利用卫星导航和惯性导航融合定位技术，降低了移动终端获取卫星定位的频率，进一步减少了移动终端的耗电量。附图说明图1是本专利技术第一实施方式中一种通信基站的波束赋形方法的流程示意图；图2是本专利技术第一实施方式中一种通信基站的波束赋形方法的流程示意图；图3是本专利技术第一实施方式中一种方位角测算示意图；图4是本专利技术第二实施方式中一种通信基站的结构示意图。具体实施方式在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步地详细描述。本专利技术第一实施方式涉及一种通信基站的波束赋形方法。图1是该通信基站的波束赋形方法的流程示意图。具体地说，如图1所示，该通信基站的波束赋形方法包括以下步骤：在步骤101中，基站接收来自移动终端的基于卫星导航系统的第一定位信息。需要说明的是，在本专利技术的各实施方式中，移动终端，也可以称为终端，包括智能手机，平板电脑，笔记本电脑，定制的带有无线通信功能的手持终端、车载终端、无人机，等等。卫星导航系统包括全球定位系统(GlobalPositionSystem，简称“GPS”)，格洛纳斯系统，北斗卫星导航系统，伽利略系统等等。此后进入步骤102，根据第一定位信息向卫星导航系统的地基增强系统发送差分定位请求。此外，可以理解，地基增强系统用于基于地面的连续运行参考站系统(ContinuousOperationalReferenceSystem，简称“CORS”)提供卫星导航系统的差分服务。此后进入步骤103，根据地基增强系统返回的差分改正值对第一定位信息进行差分解算，得到第二定位信息。在本实施方式中，优选地，步骤103，也就是，差分解算的步骤由基站执行。现有技术中差分解算通常是在移动终端中进行，也有在地基增强系统的数据中心进行的，从未有在基站进行的。将差分数据解算从移动终端转移至基站，有效地降低了移动终端的功耗和数据流量。进一步地，优选地，在步骤103之后还包括以下步骤：基站将第二定位信息发送给移动终端。此后进入步骤104，根据第二定位信息和基站天线的已知位置信息计算基站在三维空间上与移动终端的方位角。此后进入步骤105，通过基站的天线在该方位角上向移动终端形成定向波束。进一步地，优选地，步骤105之后还包括以下步骤：判断移动终端是否处于移动状态。在本实施方式中，优选地，判断移动终端是否处于移动状态的步骤中，移动终端根据内置的惯性导航器件实时监测是否处于移动状态。如果移动终端处于移动状态，该移动终端获取陀螺仪和加速度计的测量数据，根据所获得的测量数据进行惯性导航，得到第三定位信息。移动终端判断当前惯性导航的累积误差是否小于预先设定的阈值，如果是则将第三定位信息发送给基站，否则获取基于卫星导航系统的卫星定位信息，根据所获得的卫星定位信息和当前惯性导航信息进行卡尔曼滤波得到第四定位信息，将第四定位信息发送给基站。基站根据收到的定位信息，重新计算三维空间上与移动终端的方位角，实时更新波束赋形的权向量，在移动终端方向生成跟踪波束。此外，可以理解，在一个实施方式中，不但根据移动终端的当前位置，而且根据移动终端的移动速度和移动方向来确定定向波束的方向。例如，如果移动终端为静止状态(或移动速度小于一个门限)，设置的定向波束可以使得移动终端位于波束的中心线上，如果移动终端处于运动状态，则可以计算垂直于移动终端和基站连线的方向上的移动终端速度分量，根据该速度分量设置定向波束，使得移动终端不在波束的中心线上，而是在该速度分量的前进方向上有更多的波束覆盖面积。这样可以减少波束调整的次数。在另一个实施方式中，如果移动终端处于运动状态，则可以计算垂直于移动终端和基站连线的方向上的移动终端速度分量，如果该速度分量越大，则定向波束可以越宽。这样也可以减少波束调整的次数。如果该速度分量过大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通信基站的波束赋形方法，其特征在于，包括以下步骤：基站接收来自移动终端的基于卫星导航系统的第一定位信息；根据所述第一定位信息向所述卫星导航系统的地基增强系统发送差分定位请求；根据所述地基增强系统返回的差分改正值对所述第一定位信息进行差分解算，得到第二定位信息；根据所述第二定位信息和预先设定的所述基站的天线位置信息计算所述基站在三维空间上与所述移动终端的方位角，通过所述基站的天线在该方位角上向所述移动终端形成定向波束。

【技术特征摘要】
1.一种通信基站的波束赋形方法，其特征在于，包括以下步骤：基站接收来自移动终端的基于卫星导航系统的第一定位信息；根据所述第一定位信息向所述卫星导航系统的地基增强系统发送差分定位请求；根据所述地基增强系统返回的差分改正值对所述第一定位信息进行差分解算，得到第二定位信息；根据所述第二定位信息和预先设定的所述基站的天线位置信息计算所述基站在三维空间上与所述移动终端的方位角，通过所述基站的天线在该方位角上向所述移动终端形成定向波束。2.根据权利要求1所述的通信基站的波束赋形方法，其特征在于，所述差分解算的步骤由所述基站执行。3.根据权利要求1所述的通信基站的波束赋形方法，其特征在于，在所述差分解算的步骤之后还包括以下步骤：所述基站将所述第二定位信息发送给所述移动终端。4.根据权利要求1所述的通信基站的波束赋形方法，其特征在于，所述通过所述基站的天线在该方位角上形成定向波束的步骤之后还包括以下步骤：判断所述移动终端是否处于移动状态；如果所述移动终端处于移动状态，该移动终端获取陀螺仪和加速度计的测量数据，根据所获得的测量数据进行惯性导航，得到第三定位信息；所述移动终端判断当前惯性导航的累积误差是否小于预先设定的阈值，如果是则将第三定位信息发送给所述基站，否则获取基于卫星导航系统的卫星定位信息，根据所获得的卫星定位信息和当前惯性导航信息进行卡尔曼滤波得到第四定位信息，将第四定位信息发送给所述基站；所述基站根据收到的定位信息，重新计算三维空间上与所述移动终端的方位角，实时更新波束赋形的权向量，在所述移动终端方向生成跟踪波束。5.根据权利要求4所述的通信基站的波束赋形方法，其特征在于，所述判断所述移动终端是否处于移动状态的步骤中，所述移动终端根据内置的惯性导航器件实时监测是否处于移动状态。6.一种通信基站，其特征在于，包括：第一定位信息接收单元，用于接收来自移动终端的基于卫星导航系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈渊暐，
申请(专利权)人：千寻位置网络有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31