專利名稱：一種智能天線發(fā)送信號的方法及智能天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信領(lǐng)域的智能天線技術(shù)，尤其涉及一種智能天線發(fā)送千 號的方法及智能天線。
目前的多天線技術(shù)主要包括智能天線技術(shù)和多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,簡稱MIMO)技術(shù)。
MIMO技術(shù)利用多天線來抑制信道衰落或提高系統(tǒng)容量，可以為系統(tǒng)提供 復(fù)用增益和空間分集增益，其中空間復(fù)用技術(shù)可以大大提高信道容量，而空間 分集可以提高信道的可靠性，降低信道誤碼率。MIMO技術(shù)能有效提高系統(tǒng)的 性能和頻譜利用率。MIMO技術(shù)主要是利用不同天線對上空間信道衰落特性的 獨立性來獲得分集增益。
目前空間信道衰落的獨立性主要可以通過兩種方式獲得 一是利用空間距 離來換取，這時要求天線間距較大，達(dá)到幾個X(X表示波長)；二是發(fā)射天線 采用不同的極化方式，如雙極化天線輻射(或接收)兩個極化相互正交的波， 從而獲得獨立的空間信道或相關(guān)性較小的空間信道。
智能天線技術(shù)已經(jīng)成為移動通信中最具有吸引力的技術(shù)之一，并在第三代 移動通信系統(tǒng)中時分同步碼分多址(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access,簡稱TD-SCDMA)系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。智能天線最核心 的技術(shù)是波束成形，它根據(jù)信號的導(dǎo)向矢量，改變天線陣列的方向圖，產(chǎn)生空 間定向波束，達(dá)到提取目標(biāo)信號、抑制或消除干擾的目的。
在目前的TD-SCDMA系統(tǒng)中，智能天線所有陣元(設(shè)有iV個陣元，iV為 整數(shù))采用相同的極化方式垂直極化，每個天線陣元間距小于等于A72,如
背景技術(shù)：
圖l所示。iV個天線陣元一起作用于來自各個方向的波束進行空間濾波，將高 增益的窄波束對準(zhǔn)服務(wù)用戶方向，零陷對準(zhǔn)干擾方向，大大提高陣列的輸出信 干比，降低了系統(tǒng)內(nèi)的干擾，同時提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
但是，現(xiàn)有智能天線系統(tǒng)天線陣列比較大，因而智能天線所承受的風(fēng)阻力 比較大，導(dǎo)致工程實現(xiàn)比較困難，且在系統(tǒng)演進時需要大規(guī)模地對天線進行改 造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種智能天線傳輸信號的方法，以達(dá)到在實現(xiàn)智能天線小型 化的同時保證信號傳輸性能的目的。該方法中的智能天線包括兩個天線陣元
組，該方法包括以下步驟
所述智能天線接收待發(fā)送信號；
所述智能天線的第一天線陣元組發(fā)送所述待發(fā)送信號，第二天線陣元組將 所述待發(fā)送信號延遲設(shè)定時間后發(fā)送。
本發(fā)明還提供了一種智能天線，以達(dá)到在實現(xiàn)智能天線小型化的同時保證 信號傳輸性能的目的。該智能天線包括第一天線陣元組和第二天線陣元組，所 述第二天線陣元組的前端連接有信號延時器；
所述第一天線陣元組，用于接收待發(fā)送信號并將所述待發(fā)送信號進行發(fā)
送；
所述信號延時器，用于將待發(fā)送信號延遲設(shè)定時間； 所述第二天線陣元組，用于將所述信號延時器延時處理后的待發(fā)送信號進 行發(fā)送。
本發(fā)明通過將智能天線的陣元分為兩組，從而減小智能天線陣列，并使其 中一個天線陣元組發(fā)送信號時相對于另外一個天線陣元組存在一定的時延，即 采用時延發(fā)送分集方式，人為地構(gòu)造額外的多徑，從而獲得額外的分集增益， 部分彌補由于每組天線數(shù)較少帶來的賦形增益減小問題，從而在保證信號發(fā)送
5性能的基礎(chǔ)上解決智能天線的小型化問題。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中TD-SCDMA系統(tǒng)基站中的天線陣列示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例一的基站中的雙極化天線分組陣列示意圖； 圖3a、圖3b和圖3c為本發(fā)明實施例一的延時發(fā)送分集示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例二的基站中的垂直化天線分組陣列示意圖； 圖5a、圖5b和圖5c為本發(fā)明實施例二的延時發(fā)送分集示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例通過將智能天線的天線陣元分為兩組，并使其中的一組天線 陣元發(fā)送信號相對于另外一組天線陣元存在一定時延，從而獲得時延發(fā)送分集 增益，達(dá)到在實現(xiàn)智能天線小型化的同時保證信號傳輸性能的目的。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進行詳細(xì)描述。
實施例一
本實施例針對現(xiàn)有的智能天線進行改造，即，保持天線陣元數(shù)目不變，將 數(shù)個天線陣元均分為兩組，每組至少包括2個天線陣元，每組中的天線陣元的 間距小于或等于V2，以減小智能天線陣列的大小，每組內(nèi)的天線陣元采用相 同的極化方式，從而使組內(nèi)的天線陣元可作為智能天線陣列 一起作波束成形， 通過智能天線陣列的波束成形使發(fā)送的信號有效地滿足系統(tǒng)覆蓋的需求。兩組 天線陣元采用不同的極化方式，如相互正交的極化方式。利用相互正交的兩組 天線陣元的空間衰落特性相互獨立或相關(guān)性較小，可以滿足MIMO應(yīng)用的相 關(guān)性需求，從而滿足更高吞吐量的要求，并且MIMO應(yīng)用還可以滿足未來系 統(tǒng)演進的需要。本實施例在其中一組天線陣元中的一端串接一個信號延時器， 使其中的一組天線陣元發(fā)送信號時相對于另外一組天線陣元存在一定時延，從 而獲得時延發(fā)送分集增益，達(dá)到在實現(xiàn)智能天線小型化的同時保證信號傳輸性能的目的。
例如，對圖1所示的智能天線進行改造，得到如圖2所示的智能天線。圖
2所示的智能天線中，將圖1所示的智能天線的iV個天線陣元分為兩組天線 陣元組21和天線陣元組22,每組中各有A/72個天線陣元，組內(nèi)的天線陣元間 距為V2。天線陣元組21內(nèi)的天線陣元采用相同的極化方式，如-45°極化；天 線陣元組22內(nèi)的天線陣元采用相同的極化方式，如+ 45°極化，使天線陣元組 21和天線陣元組22的極化相互正交。天線陣元組21和天線陣元組22分別根 據(jù)各自的信道信息作波束成形定向指向用戶設(shè)備。在天線陣元組22的一端串 接一個信號延時器，信號延時器可由軟件實現(xiàn)，如通過軟件采用設(shè)置計時器的 方式，將時刻t的信號在時刻t+3時刻發(fā)送，時延長度3可設(shè)置為與實際信道 的最大多徑時延或所有可分辨多徑對應(yīng)的最大時延相等或相近似的數(shù)值，為了 更好地獲得時間分集增益，優(yōu)選的，時延長度3可設(shè)置為大于實際信道的最大 多徑時延或所有可分辨多徑對應(yīng)的最大時延。通過該信號延時器，可實現(xiàn) MIMO技術(shù)的延時發(fā)送分集。
信號延時器可置于智能天線的加權(quán)處理單元前，或置于加權(quán)處理單元和射 頻信號轉(zhuǎn)換單元之間，或置于射頻信號轉(zhuǎn)換單元后。圖3a、圖3b和圖3c給出 了本實施例上述三種情況的延時發(fā)送分集示意圖。
在圖3a中，當(dāng)信號發(fā)送裝置1 (如基站)通過如圖2所示的智能天線向用 戶設(shè)備發(fā)送信號時，天線陣元組21前端的加權(quán)處理單元211接收信號發(fā)送裝 置l輸出的信號，根據(jù)該組陣元收到的下行信道狀態(tài)信息對信號進行加權(quán)處理 并輸出到射頻信號轉(zhuǎn)換單元212，射頻信號轉(zhuǎn)換單元212進行信號轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換 處理后的信號通過天線陣元組21的天線陣元，按照常規(guī)方式發(fā)送到用戶設(shè)備； 同時，天線陣元組22前端的信號延時器221接收信號發(fā)送裝置1輸出的信號 并進行延時處理后輸出到加權(quán)處理單元222，加權(quán)處理單元222根據(jù)該組陣元 收到的下行信道狀態(tài)信息對信號進行加權(quán)處理并輸出到射頻信號轉(zhuǎn)換單元 223,射頻信號轉(zhuǎn)換單元223進行信號轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換處理后的信號通過天線陣元組22的天線陣元按照常規(guī)方式發(fā)送到用戶設(shè)備。
在圖3b中，當(dāng)信號發(fā)送裝置1通過智能天線向用戶設(shè)備發(fā)送信號時，天 線陣元組21仍按照上述方式將信號發(fā)送到用戶設(shè)備；同時，天線陣元組22前 端的加權(quán)處理單元222接收信號發(fā)送裝置1輸出的信號并進行加權(quán)處理后輸出 到信號延時器221,信號延時器221對信號進行延時處理后輸出到射頻信號轉(zhuǎn) 換單元223,射頻信號轉(zhuǎn)換單元223進行信號轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換處理后的信號通過天 線陣元組22的天線陣元發(fā)送到用戶設(shè)備。
在圖3c中，當(dāng)信號發(fā)送裝置1通過智能天線向用戶設(shè)備發(fā)送信號時，天 線陣元組21仍按照上述方式將信號發(fā)送到用戶設(shè)備；同時，天線陣元組22前 端的加權(quán)處理單元222接收信號發(fā)送裝置1輸出的信號并進行加權(quán)處理后輸出 到射頻信號轉(zhuǎn)換單元223,射頻信號轉(zhuǎn)換單元223進行信號轉(zhuǎn)換后輸出到信號 延時器221，信號延時器221對信號進行延時處理，延時處理后的信號通過天 線陣元組22的天線陣元發(fā)送到用戶設(shè)備。
在圖3a、圖3b或圖3c所示的智能天線發(fā)送信號的過程中，用戶設(shè)備的天 線3首先接收到由天線陣元組21發(fā)送的信號，然后接收到由天線陣元組22延 遲一段時間后發(fā)送的信號。天線陣元組21和天線陣元組22發(fā)送的信息相同。
圖3a、圖3b或圖3c中的加權(quán)處理單元用于對輸出到上述智能天線的兩組 陣元的信號分別進行加權(quán)處理，其具體實現(xiàn)和作用與現(xiàn)有技術(shù)中實現(xiàn)智能天線 波束成形時所采用的加權(quán)處理單元相同。加權(quán)處理單元可以是獨立的處理單 元，也可以與智能天線的基帶處理單元集成為一體。
可以看出，通過信號延時器對發(fā)送信號的延時處理實現(xiàn)了時延發(fā)射分集， 即，利用多發(fā)射天線和對各天線發(fā)射的時域信號進行相應(yīng)的延遲處理，在接收 端看來，等效于原信號正在經(jīng)歷一個虛擬的多徑時延擴展加大的信道，即一個 頻率選擇性加劇的信道。也就是說，利用時延發(fā)射分集可獲得多徑合并增益， 以提高信號接收性能，如提高誤比特率性能。
為了最大限度地獲得時延分集增益,信號延時器所產(chǎn)生的延遲量3應(yīng)滿足^>rmax,其單位是chip碼片數(shù)，其中，r,是實際信道的最大多徑時延或所有
可分辨多徑對應(yīng)的最大時延，這樣可避免與固有的多徑信號重疊。也就是說，
發(fā)射天線的信號延遲量差至少是r,。但是在實際系統(tǒng)中，由于移動用戶設(shè)備 所處的地理位置不同，導(dǎo)致信道模型不同，同時最大多徑時延也不同，所以延 遲量一般為經(jīng)驗值。研究表明，在CDMA系統(tǒng)中，無論采用多用戶檢測還是 單獨的RAKE合并技術(shù)，都可通過多徑合并獲得分集增益，因此時延量的大小 不會影響分集增益的性能。因此，對于信號延遲量的選取只要充分考慮應(yīng)用的 具體信道環(huán)境即可，如可以選擇3>rmax+Ar,其中，Ar = l,2,...。雖然增 量Ar具體的大小可以任意選擇，但在實現(xiàn)中需要充分考慮多徑檢測窗口的長 度。
實施例二
本實施例針對現(xiàn)有的智能天線進行改造，即，保持天線陣元數(shù)目不變，將 數(shù)個天線陣元均分為兩組，每組至少包括2個天線陣元，每組中的天線陣元的 間距小于或等于以減小智能天線陣列的大小，每組內(nèi)的天線陣元采用相 同的極化方式，從而使組內(nèi)的天線陣元可作為智能天線陣列一起作波束成形， 通過智能天線陣列的波束成形使發(fā)送的信號有效地滿足系統(tǒng)覆蓋的需求。兩組 天線陣元采用相同的極化方式，如垂直極化方式。本實施例在其中一組天線陣 元中的一端串接一個信號延時器，使其中的一組天線陣元發(fā)送信號時相對于另 外一組天線陣元存在一定時延，從而獲得時延發(fā)送分集增益，達(dá)到在實現(xiàn)智能 天線小型化的同時保證信號傳輸性能的目的。
例如，對圖1所示的智能天線進行改造，得到如圖4所示的智能天線。圖 4所示的智能天線中，將圖1所示的智能天線的7V個天線陣元分為兩組天線 陣元組41和天線陣元組42,每組中各有iW2個天線陣元，組內(nèi)的天線陣元間 距為V2。天線陣元組41和天線陣元組42內(nèi)的天線陣元采用相同的極化方式， 如90。極化(即垂直極化)。天線陣元組41和天線陣元組42分別根據(jù)各自的信 道信息作波束成形定向指向用戶設(shè)備。在天線陣元組42的一端串接一個信號
9延時器，信號延時器的實現(xiàn)方式以及時延長度的設(shè)置與實施例一類似，在此不
再贅述。通過該信號延時器，可實現(xiàn)MIMO技術(shù)的延時發(fā)送分集。
同實施例一，信號延時器可置于智能天線的加權(quán)處理單元前，或置于加權(quán)
處理單元和射頻信號轉(zhuǎn)換單元之間，或置于射頻信號轉(zhuǎn)換單元后。圖5a、圖 5b和圖5c給出了本實施例上述三種情況的延時發(fā)送分集示意圖。
以圖5a為例，在圖5a中，當(dāng)信號發(fā)送裝置1 (如基站)通過如圖4所示 的智能天線向用戶設(shè)備發(fā)送信號時，天線陣元組41前端的加權(quán)處理單元411 接收信號發(fā)送裝置1輸出的信號，根據(jù)該組陣元收到的下行信道狀態(tài)信息對信 號進行加權(quán)處理并輸出到射頻信號轉(zhuǎn)換單元412進行信號轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換處理后的 信號通過天線陣元組41的天線陣元，按照常規(guī)方式發(fā)送到用戶設(shè)備；同時， 天線陣元組42前端的信號延時器421接收信號發(fā)送裝置1輸出的信號，信號 延時器421進行延時處理后發(fā)送到加權(quán)處理單元422,加權(quán)處理單元422根據(jù) 該組陣元收到的下行信道狀態(tài)信息對信號進行加權(quán)處理并輸出到射頻信號轉(zhuǎn) 換單元423進行信號轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換處理后的信號通過天線陣元組42的天線陣元， 按照常規(guī)方式發(fā)送到用戶設(shè)備。在此過程中，用戶設(shè)備的天線3首先接收到由 天線陣元組41發(fā)送的信號，然后接收到由天線陣元組42延遲一段時間后發(fā)送 的信號。天線陣元組41和天線陣元組42發(fā)送的信息相同。
圖5a、圖5b和圖5c中的加權(quán)處理單元用于對輸出到上述智能天線的兩組 陣元的信號分別進行加權(quán)處理，其具體實現(xiàn)和作用與現(xiàn)有技術(shù)中實現(xiàn)智能天線 波束成形時所采用的加權(quán)處理單元相同。加權(quán)處理單元可以是獨立的處理單 元，也可以與智能天線的基帶處理單元集成為一體。
可以看出，通過信號延時器對發(fā)送信號的延時處理實現(xiàn)了時延發(fā)射分集， 即，利用多發(fā)射天線和對各天線發(fā)射的時域信號進行相應(yīng)的延遲處理，在接收 端看來，等效于原信號正在經(jīng)歷一個虛擬的多徑時延擴展加大的信道，即一個 頻率選擇性加劇的信道。也就是說，利用時延發(fā)射分集可獲得多徑合并增益。
通過上述實施例一和實施例二兩種天線分組陣列，采用哪一種結(jié)構(gòu)可取決于對于工程實現(xiàn)和性能的折中考慮。
綜上所述，本發(fā)明實施例通過將智能天線的天線陣元分為兩組，實現(xiàn)了智
能天線的小型化，并解決了現(xiàn)有技術(shù)智能天線上行受限的問題；在下行鏈路中，
使其中一組天線陣元相對于另一組天線陣元延遲發(fā)送信號，從而實現(xiàn)時延發(fā)射 分集并獲得多徑合并增益。本發(fā)明實施例提供的上述時延發(fā)射方案，與原標(biāo)準(zhǔn) 的兼容性好，不需要改變接收機的結(jié)構(gòu)，接收機不需要知道發(fā)端是否采用了時 延發(fā)射，只需要對等效的虛擬信道響應(yīng)進行估計即可。時延發(fā)射方案實現(xiàn)起來 簡單，只需要在不同發(fā)射天線上進行相應(yīng)的時域信號延遲。本發(fā)明實施例提供
的上述時延發(fā)射方案無需保證信道衰落準(zhǔn)靜態(tài)，對CDMA系統(tǒng)具有更好的實 用性。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可 以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存 儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲 介質(zhì)包括ROM、 RAM、磁》萊或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā) 明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及 其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種智能天線發(fā)送信號的方法，所述智能天線包括第一天線陣元組和第二天線陣元組，其特征在于，包括以下步驟所述智能天線接收待發(fā)送信號；所述智能天線的第一天線陣元組發(fā)送所述待發(fā)送信號，第二天線陣元組將所述待發(fā)送信號延遲設(shè)定時間后發(fā)送。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述時間根據(jù)實際信道的最 大多徑時延或所有可分辨多徑對應(yīng)的最大時延進行_沒定。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一天線陣元組和第二 天線陣元組分別根據(jù)各自的信道信息進行波束成形定向指向用戶設(shè)備。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二天線陣元組將所述 待發(fā)送信號延遲設(shè)定時間后發(fā)送，具體為所述第二天線陣元組將所述待發(fā)送信號依次進行延時處理、加權(quán)處理和射頻信號轉(zhuǎn)換處理后進行發(fā)送；或者，所述第二天線陣元組將所述待發(fā)送信號依次進行加權(quán)處理、延時處 理和射頻信號轉(zhuǎn)換處理后進行發(fā)送；或者，所述第二天線陣元組將所述待發(fā)送信號依次進行加權(quán)處理、射頻信 號轉(zhuǎn)換處理和延時處理后進行發(fā)送。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一天線陣元組或第二天線 陣元組中的陣元間距小于等于半波長，第一天線天線陣元組或第二天線陣元組 中的陣元采用相同的;f及化方式，第一天線天線陣元組和第二天線陣元組采用相 同或相互正交的極化方式。
6、 一種智能天線，包括第一天線陣元組和第二天線陣元組，其特征在于， 所述第二天線陣元組連接有信號延時器；所述第一天線陣元組，用于接收待發(fā)送信號并將所述待發(fā)送信號進行發(fā)送；所述信號延時器，用于將待發(fā)送信號延遲設(shè)定時間；所述第二天線陣元組，用于將所述信號延時器延時處理后的待發(fā)送信號進行發(fā)送。
7、 如權(quán)利要求6所述的智能天線，其特征在于，所述信號延時器位于所 述第二天線陣元組的加權(quán)處理單元之前，所述信元延時器將待發(fā)送信號延遲設(shè) 定時間后輸出到所述加權(quán)處理單元；或者，所述信號延時器位于所述第二天線陣元組的射頻信號轉(zhuǎn)換單元之 后，所述信號延時器接收所述射頻信號轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換處理后的待發(fā)送信號，并 將待發(fā)送信號延遲設(shè)定時間；或者，所述信號延時器位于所述第二天線陣元組的加權(quán)處理單元和射頻信 號轉(zhuǎn)換單元之間，所述信元延時器接收所述加權(quán)處理單元加權(quán)處理后的待發(fā)送 信號，并將所述待發(fā)送信號延遲設(shè)定時間后輸出到所述射頻信號轉(zhuǎn)換單元。
8、 如權(quán)利要求6所述的智能天線，其特征在于，所述信號延時器的信號 延遲時間根據(jù)實際信道的最大多徑時延或所有可分辨多徑對應(yīng)的最大時延進 行設(shè)置。
9、 如權(quán)利要求6所述的智能天線，其特征在于，第一天線陣元組或第二 天線陣元組中的陣元間距小于等于半波長，第一天線天線陣元組或第二天線陣 元組中的陣元采用相同的極化方式，第一天線天線陣元組和第二天線陣元組采 用相同或相互正交的極化方式。全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能天線發(fā)送信號的方法以及一種智能天線，以達(dá)到在實現(xiàn)智能天線小型化的同時保證信號傳輸性能的目的。本發(fā)明的智能天線包括第一天線陣元組和第二天線陣元組，所述第二天線陣元組連接有信號延時器；所述信號延時器，用于將待發(fā)送信號延遲設(shè)定時間；所述第二天線陣元組用于將所述信號延時器延時處理后的待發(fā)送信號進行發(fā)送，使第二天線陣元組發(fā)送信號時相對于第一天線陣元組存在一定的時延。本發(fā)明利用時延發(fā)射分集獲得多徑合并增益，從而在實現(xiàn)智能天線小型化的同時保證信號傳輸性能。
文檔編號H01Q21/00GK101499832SQ200810057310
公開日2009年8月5日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者劉光毅, 崔春風(fēng), 徐曉東, 王啟星, 黃宇紅 申請人:中國移動通信集團公司