[發(fā)明專利]一種基于移動目標(biāo)DOA的零陷擴(kuò)展3D-MIMO波束賦形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710556742.6
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107181519B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡欣;李博;王衛(wèi)東;劉帥軍;崔高峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/08
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文利

本發(fā)明公開了一種基于移動目標(biāo)DOA的零陷擴(kuò)展3D?MIMO波束賦形方法，屬于干擾抑制領(lǐng)域。首先在現(xiàn)有3D?MIMO波束賦形的基礎(chǔ)上，針對通信的基站與某移動終端，在xy平面上構(gòu)造M×N個(gè)陣元的天線陣；并分別計(jì)算每個(gè)陣因子的權(quán)值；確定目標(biāo)移動終端與干擾移動終端與基站之間的DOA信息；然后根據(jù)DOA信息重新調(diào)整每個(gè)陣因子的權(quán)值；最后通過對期望方向和非期望方向周圍的角度區(qū)域施加約束，在非期望方向上進(jìn)行零陷擴(kuò)展，同時(shí)在期望方向上無失真。解決了用戶移動性場景下零陷寬度較窄時(shí)干擾抑制能力下降的問題，提高了系統(tǒng)的魯棒性，從而有效抑制位置變化的干擾，并使期望信號得到較好的接近無失真相應(yīng)，有效提高了頻譜效率以滿足更高的速率要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于干擾抑制領(lǐng)域，具體是一種基于移動目標(biāo)DOA的零陷擴(kuò)展3D-MIMO波束賦形方法。

背景技術(shù)

根據(jù)《5G愿景與需求白皮書》描述，5G支持的廣域覆蓋場景將為用戶提供高達(dá)10Mbit/s的體驗(yàn)密度，支持熱點(diǎn)區(qū)域的數(shù)據(jù)流量密度可達(dá)10Gbit/s體驗(yàn)速率和10Tbit/km2數(shù)據(jù)密度。但是，傳統(tǒng)的MIMO天線不僅數(shù)量少，控制能力差，而且其空間復(fù)用，空間分集和波束賦形等功能的低性能和側(cè)重性的應(yīng)用，也為5G所不能接受。

3D-MIMO技術(shù)是5G的關(guān)鍵技術(shù)之一，在2D-MIMO技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了垂直方向的空間自由度，能夠提高系統(tǒng)容量、增加頻譜效率、有效降低小區(qū)間干擾。從LTE Rel-11標(biāo)準(zhǔn)化的初始階段就有公司開始推動3D-MIMO波束賦形技術(shù)，而在Rel-12的準(zhǔn)備階段已經(jīng)有越來越多的運(yùn)營商和設(shè)備制造商企業(yè)表現(xiàn)出對3D-MIMO波束賦形技術(shù)的熱情。

智能天線的工作原理主要包括兩個(gè)過程，首先是天線系統(tǒng)對來自移動終端發(fā)射的多徑信號的波達(dá)方向(DOA)進(jìn)行估計(jì)，算出移動終端與基站的距離、下傾角和方位角后進(jìn)行空間濾波，從而抑制其它終端對基站的干擾；其次是基站根據(jù)DOA信息，調(diào)整天線各振子上信號的幅度和相位的權(quán)值，對智能天線發(fā)送的信號進(jìn)行數(shù)字波束賦形，使基站發(fā)射信號的主瓣能夠以較小的波瓣角和較高的功率密度，沿著移動終端電波信號的波達(dá)方向送回移動終端，從而使智能天線發(fā)射的電磁波的主瓣方向?qū)?zhǔn)期望用戶，零瓣方向?qū)?zhǔn)干擾源。

顯然，智能天線的核心是波束賦形的產(chǎn)生和賦形波束的定位，既要產(chǎn)生功率密度極高、輻射距離更遠(yuǎn)的賦形波束，也要使賦形波束能夠準(zhǔn)確定位用戶終端。

MIMO天線的波束賦形是一種基于天線陣列的信號預(yù)處理技術(shù)，它是通過調(diào)整天線陣列中每個(gè)陣元的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生具有指向性的波束，從而獲得明顯的陣列增益。若能根據(jù)信道條件適當(dāng)控制每個(gè)陣元的加權(quán)系數(shù)，同樣可以獲得在增強(qiáng)期望方向信號強(qiáng)度的同時(shí)，盡可能降低對非期望方向的干擾。如果加權(quán)系數(shù)是通過終端的DOA參數(shù)預(yù)處理得到，則波束賦形就可以指向終端用戶。然而現(xiàn)有波束賦形技術(shù)都是基于用戶靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)信號估計(jì)的DOA信息來進(jìn)行調(diào)整，而在用戶移動性場景中，波束賦形性能將嚴(yán)重降低。

3D-MIMO波束賦形系統(tǒng)需要一套方案來決定權(quán)重，從而調(diào)整波束指向，使得波束指向理想用戶終端，而在非理想用戶的方向形成零陷以減輕干擾。這樣可以增加信干噪比，并且使來自其它旁瓣的干擾有所減輕。因此需要一套權(quán)重決定方法，來分別構(gòu)建水平和垂直陣列的權(quán)值，最小化陣列模式向量和單位向量的均方誤差，這里單位向量表示理想方向的陣列模式，零向量表示非理想方向的陣列模式。由于矩形平面陣列可以看成M個(gè)N維的線陣列，這樣M-N維陣列的權(quán)重可以分別從水平陣列和垂直陣列的權(quán)重得到。

波束導(dǎo)向和零陷方法主要依靠角度域信息進(jìn)行賦形權(quán)值生成，當(dāng)用戶移動的時(shí)候，由于用戶終端位置的不確定性可能影響波達(dá)方向DOA估計(jì)的準(zhǔn)確性，從而降低波束賦形技術(shù)的干擾抑制性能。傳統(tǒng)的波束賦形方法形成的零陷較窄，在信號波達(dá)方向估計(jì)準(zhǔn)確時(shí)可以很好地抑制干擾信號。但實(shí)際中由于信號DOA變化，會導(dǎo)致干擾來向與零陷位置失準(zhǔn)以及期望信號導(dǎo)向適量失配，使得波束賦形輸出的信號中含有未被抑制的干擾信號。導(dǎo)向矢量失配會導(dǎo)致波束賦形性能下降。

發(fā)明內(nèi)容