一种波束赋形方法技术

本发明专利技术公开了一种波束赋形方法，该方法包括以下步骤：ａ．将当前阵列天线的所有阵元划分为一个以上阵元组；ｂ．计算第一阵元组对应的子阵的波束赋形权矢量；ｃ．顺序计算每个阵元组对应子阵的波束赋形权矢量，将当前计算出的子阵的波束赋形权矢量按相邻阵元相位差抵消的原则进行相位旋转后，与已计算出的相邻子阵的波束赋形权矢量进行合并，得到当前阵列天线的波束赋形权系数。该方法能在大大降低计算量的同时，避免子阵合并后赋形方向的偏差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及波束赋形技术，尤指一种基于来波方向估计的简化的波束赋形方法。
技术介绍
阵列天线是由多个阵元按照一定分布方式构成的，主要用于在移动通信中提高包括高增益在内的天线系统性能。阵列天线中的每个阵元是相互独立的单元，每个阵元可以采用全向天线或定向天线，所有阵元的分布可以是直线型、环型、平面型或立体型。阵列天线技术是通过所有阵元之间的相互配合完成各种环境下用户信号的接收与发送，一般来说，阵列天线技术通过对接收信号的估计来计算确定发射信号在每个阵元上的加权参数或称赋形权参数，进而利用计算出的加权参数完成天线阵列信号的合并接收和/或发射。具体地说，现有阵列天线发射技术就是对所有阵元上的接收信号进行处理，确定各阵元的加权系数。这里，所述对接收信号的处理是采用各种收发波束赋形技术、接收分集技术以及闭环发射分集技术。阵列天线信号处理过程是先确定当前所用阵列天线的阵元数M，每个阵元对应一路信号；对所接收的M路信号进行处理，获得用户的特征参数估计；利用所得到的用户特征参数进行所有阵元赋形权系数的估计。可见，阵列天线信号处理的计算量是随着阵元数的增加而增加的，其中主要的计算量是对各天线赋形权系数的计算。例如M＝8阵元特征波束赋形的计算量为LM2＝64L，其中L为迭代次数；如果将8阵元分解为两个4阵元子阵的特征波束分别求解，则每个子阵的计算量将变为L42＝16L，总的计算量就下降了一半。对基于子阵获得波束赋形权系数的方法目前还没有人提出具体的实现方案，以采用8阵元的阵列天线为例，如果不考虑子阵间的相互关系，采用直接将子阵的波束赋形权系数简单合并的思路，那么可通过以下步骤实现首先，将8个阵元分解为两个4阵元组，比如将第1、第2、第3、第4阵元划分为一组，将第5、第6、第7、第8阵元划分为另一组；然后，分别计算每组4阵元对应的子阵；之后，将计算得到的两个子阵的空间协方差矩阵按照公式(1)进行合并；最后，再以公式(1)得到的整个阵列的空间协方差矩阵获得波束赋形权系数。 其中，R11(t)和R22(t)分别为两组4阵元对应的子阵。可以看出，直接合并的实现方法虽然将两个子阵分别独立进行计算，但在合并时忽略了两个子阵之间的联系，如公式(1)所示，只是简单的将两个子阵组合在一起，仅考虑了每个子阵内部阵元间的关系，而忽略了两个子阵之间阵元间的关系，造成两个子阵的辐射场在期望信号方向的相干叠加，而这个相干叠加是等增益的，不是优化的，如此会造成合并后阵列赋形方向的偏差，显然，简单的合并是不可行的，甚至会带来恶劣的影响，导致阵列天线对用户信号处理的错误。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供，能在大大降低计算量的同时，避免子阵合并后赋形方向的偏差。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的，该方法包括以下步骤 a.将当前阵列天线的所有阵元划分为一个以上阵元组；b.计算第一阵元组对应的子阵的波束赋形权矢量；c.顺序计算每个阵元组对应子阵的波束赋形权矢量，将当前计算出的子阵的波束赋形权矢量按相邻阵元相位差抵消的原则进行相位旋转后，与已计算出的相邻子阵的波束赋形权矢量进行合并，得到当前阵列天线的波束赋形权系数。上述方法中，步骤c中每完成一次合并后，该方法进一步包括判断当前计算的是否为最后一个阵元组对应的子阵，如果是，重新从第一阵元组对应的子阵开始执行步骤c；否则，执行步骤c。其中，步骤a所划分的每个阵元组包括至少两个连续的阵元。步骤a所述划分为将所有阵元等分。步骤a所划分的阵元组数大于等于2，且小于当前所用阵列天线中所有阵元数与2之商。每个阵元组对应的子阵在不同帧中计算波束赋形权矢量。其中，步骤c中所述顺序根据当前所用阵列天线的阵元排列顺序确定。步骤c中所述相邻阵元相位差抵消原则为抵消相邻两个阵元的来波相位差。这里，所述进行相位旋转及合并具体包括c1.计算当前阵元组对应子阵的波束赋形权矢量；c2.根据用户来波方向和当前阵列天线形式计算该用户的阵列响应矢量；c3.根据步骤c2的计算结果，将步骤c1得到的波束赋形权矢量按抵消相邻两个阵元的来波相位差的原则进行相位旋转，然后，将旋转后的波束赋形权矢量与当前阵元组对应子阵的前一子阵的波束赋形权矢量进行合并。上述方法中，所述当前阵列天线为8阵元均匀圆形阵列，所述划分为将8个阵元等分为2组，且在每个帧中计算一个阵元组对应子阵的波束赋形权矢量。上述方法中，所述计算波束赋形权矢量具体采用固定波束赋形算法、或迭代波束赋形算法、或特征波束赋形算法计算。本专利技术所提供的波束赋形方法，将当前所用阵列天线的所有阵元划分为一个以上阵元组，分别计算每个阵元组对应的子阵，并在计算每个子阵后，根据相邻子阵之间阵元间的关系通过相位旋转的方法将相邻子阵的权矢量进行合并，该方法具有以下的优点和特点1)由于将阵列天线的波束赋形问题有效的分解为子阵的波束赋形问题，并提出相位旋转方法有效的将几个子阵的波束赋形系数合并成整个阵列的波束赋形系数，在相邻子阵之间建立了关联关系，因此，本专利技术的方法不仅能大大降低计算量，而且同时能保证波束赋形方向的准确性。2)由于用户信号空间特征的缓变特性，可以将不同子阵的波束赋形计算分配到多个连续的子帧中分别进行，如此，可进一步使每帧的计算量再下降，比如在两个子帧中分别计算两个子阵与在一个子帧中计算两个子阵相比，计算量又会下降一半，从而进一步简化了算法，降低了计算量和复杂度。3)本专利技术的方法对任何波束赋形算法都适用，对具体求解过程也不做限制，实现起来更灵活、简单，且通用性和实用性更强。附图说明图1为本专利技术方法实现的流程图；图2为一直线阵的组成结构示意图；图3为一均匀圆形8阵元阵列天线的组成结构示意图；图4为本专利技术实现的效果图。具体实施例方式本专利技术的核心思想是将当前所用阵列天线的所有阵元划分为一个以上阵元组，每个阵元组包括两个或两个以上阵元；分别计算每个阵元组对应子阵的赋形权矢量，并在计算每个子阵的赋形权矢量后，根据相邻子阵之间相邻阵元间的关系和期望信号的角度通过相位旋转的方法将相邻子阵的赋形权矢量进行合并，得到最终的波束赋形权系数。本专利技术方法所基于的原理是对于确定方向的信号，该信号在两个相邻阵元上的信号关系是确定的，即存在因时延造成的相位差。在子阵波束赋形权系数合并时抵消这个相位差，使得对某一方向的来波信号而言，子阵之间可以采用最佳的合并方式进行接收或发射。这里，可以将所有阵元划分为两个或更多个阵元组，只要每个阵元组中包括至少两个连续的阵元，且所有阵元组中的阵元之和等于阵列天线总阵元数即可，各个阵元组中的阵元数可以相同，也可以不同，比如将8个阵元分为两组，可以每组4个阵元，也可以一组3个阵元，另一组5个阵元，通常采用等分的方式。所述计算每个子阵的赋形权矢量可以将每个子阵分配到不同帧中分别计算，比如共有两个子阵，第一帧计算第一子阵的赋形权矢量，第二帧计算第二子阵的赋形权矢量；也可以在同一帧中计算多个子阵的赋形权矢量，考虑到能有效降低计算量和复杂度，一般都采用每帧计算一个子阵赋形权矢量的方式。如图1所示，本专利技术的方法包括以下步骤步骤101将当前所用阵列天线的所有阵元划分为一个以上阵元组，其中，每个阵元组包括至少两个连续的阵元；步骤102计算第一个阵元组对应子阵的波束赋形权矢量；步骤103顺序本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波束赋形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：ａ．将当前阵列天线的所有阵元划分为一个以上阵元组；ｂ．计算第一阵元组对应的子阵的波束赋形权矢量；ｃ．顺序计算每个阵元组对应子阵的波束赋形权矢量，将当前计算出的子阵的波 束赋形权矢量按相邻阵元相位差抵消的原则进行相位旋转后，与已计算出的相邻子阵的波束赋形权矢量进行合并，得到当前阵列天线的波束赋形权系数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙长果，李峰，
申请(专利权)人：上海原动力通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]