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CN107154816A - 一种宽波束的生成方法及装置 - Google Patents

一种宽波束的生成方法及装置 Download PDF

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CN107154816A
CN107154816A CN201610126106.5A CN201610126106A CN107154816A CN 107154816 A CN107154816 A CN 107154816A CN 201610126106 A CN201610126106 A CN 201610126106A CN 107154816 A CN107154816 A CN 107154816A
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CN
China
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mrow
narrow beam
angle
msubsup
target
Prior art date
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Application number
CN201610126106.5A
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郭阳
王小鹏
王衍文
刘文豪
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ZTE Corp
Original Assignee
ZTE Corp
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Publication date
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Abstract

本发明实施例公开了一种宽波束的生成方法，能够使得生成的宽波束具有在主瓣宽度内波束较为平坦、主瓣的上升沿和下降沿比较陡峭、旁瓣比较小的优势，从而提升了宽波束的性能，所述方法包括：根据窄波束的波瓣宽度、待生成宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N以及N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，所述N是大于零的正整数；根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个所述窄波束的权值；根据每个所述窄波束的权值，获取所述宽波束的权值；根据所述宽波束的权值，生成所述宽波束。本发明实施例还同时公开了一种宽波束的生成装置。

Description

一种宽波束的生成方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信领域的高频通信系统中波束赋形技术，尤其涉及一种宽波束的生成方法及装置。
背景技术
在高频通信系统中，宽波束的应用非常广泛，这是因为宽波束具有更广的覆盖范围，而且在波束训练(波束搜索跟踪等)的过程中较为节省资源，尤其是时间资源，因此在一些应用场景中，例如广播信道往往要求波束具有较大角度的覆盖范围，通常会使用到宽波束。
实际应用中，可以使用波束赋形技术来生成宽波束，波束赋形技术是一种基于天线阵列的信号预处理技术，该技术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。现有的使用波束赋形技术生成宽波束的方法通常为选用较少的阵子来直接生成与阵子数相对应的宽波束。但是由此方法所生成的宽波束的性能往往不够理想，例如生成的宽波束的主瓣宽度内波束并不平坦、主瓣的上升沿和下降沿比较平缓、旁瓣衰减较小以及存在的一些其它的不足。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种宽波束的生成方法及装置，能够使得生成的宽波束具有在主瓣宽度内波束较为平坦、主瓣的上升沿和下降沿比较陡峭、旁瓣比较小的优势，从而提升了宽波束的性能。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例一方面提供了一种宽波束的生成方法，包括：
根据窄波束的波瓣宽度、待生成宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N以及N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角 度，所述N是大于零的正整数；
根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个所述窄波束的权值；
根据每个所述窄波束的权值，获取所述宽波束的权值；
根据所述宽波束的权值，生成所述宽波束。
可选的，所述根据窄波束的波瓣宽度、待生成宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N以及N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度包括：
根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差，所述第一窄波束为所述N个窄波束中目标角度与所述宽波束的目标角度相差最大的窄波束；
根据所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差、所述第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差、所述宽波束的目标角度以及所述N，确定所述N个窄波束中每个窄波束的目标角度。
可选的，所述根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差包括：
根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度和制约条件，确定所述N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差；
所述制约条件为
其中，所述i∈{2,3,...,N}，表示所述N个窄波束中第i个窄波束，为所述宽波束的目标角度，为所述宽波束的3dB波瓣宽度，表示第i个所述窄波束的目标角度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的1dB波瓣宽度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的3dB波瓣宽度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的10dB波瓣宽度。
可选的，所述根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个所述窄波束的权值包括：
根据公式(1)，确定第i个所述窄波束的权值Wi；
所述公式(1)为：
其中，M为阵子数目，φi为第i个所述窄波束的整体移相参数，αm(θi)为所述θi的函数，表示所述M个阵子中第m个阵子的移相参数，所述m∈{1,2,...,M}，所述θi为第i个所述窄波束的目标角度。
可选的，根据公式(2)，确定所述φi，所述公式(2)为
可选的，当i为奇数时，所述φi为0；当i为偶数时，所述φi为π。
可选的，所述根据每个所述窄波束的权值，获取所述宽波束的权值包括：
获取每个所述窄波束的权值之和作为所述宽波束的权值。
本发明实施例另一方面提供了一种宽波束的生成装置，包括：
第一确定单元，用于根据窄波束的波瓣宽度、待生成宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N以及N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，所述N是大于零的正整数；
第二确定单元，用于根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个所述窄波束的权值；
获取单元，用于根据每个所述窄波束的权值，获取所述宽波束的权值；
生成单元，用于根据所述宽波束的权值，生成所述宽波束。
可选的，所述第一确定单元具体用于：
根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差，所述第一窄波束为所述N个窄波束中目标角度与所述宽波束的目标角度相差最大的窄波束；
根据所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差、所述第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差、所述宽波束的目标角度以及所述N，确定所述N个窄波束中每个窄波束的目标角度。
可选的，所述第一确定单元具体用于：
根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度和制约条件，确定所述N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差；
所述制约条件为
其中，所述i∈{2,3,...,N}，表示所述N个窄波束中第i个窄波束，为所述宽波束的目标角度，为所述宽波束的3dB波瓣宽度，表示第i个所 述窄波束的目标角度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的1dB波瓣宽度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的3dB波瓣宽度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的10dB波瓣宽度。
可选的，所述第二确定单元具体用于：
根据公式(1)，确定第i个所述窄波束的权值Wi；
所述公式(1)为：
其中，M为阵子数目，φi为第i个所述窄波束的整体移相参数，αm(θi)为所述θi的函数，表示所述M个阵子中第m个阵子的移相参数，所述m∈{1,2,...,M}，所述θi为第i个所述窄波束的目标角度。
可选的，所述第二确定单元具体用于：
根据公式(2)，确定所述φi，所述公式(2)为
可选的，所述第二确定单元具体用于：
当i为奇数时，所述φi为0；当i为偶数时，所述φi为π。
可选的，所述获取单元具体用于：
获取每个所述窄波束的权值之和作为所述宽波束的权值。
本发明实施例提供了一种宽波束的生成方法及装置，所述宽波束的生成方法包括：根据窄波束的波瓣宽度、待生成宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N以及N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，所述N是大于零的正整数；根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个所述窄波束的权值；根据每个所述窄波束的权值，获取所述宽波束的权值；根据所述宽波束的权值，生成所述宽波束。相较于现有技术，所述方法基于一组窄波束，根据该组窄波束中每个窄波束的权值，获取待生成宽波束的权值，然后通过该权值生成宽波束，从而使得生成的宽波束具有在主瓣宽度内波束较为平坦、主瓣的上升沿和下降沿比较陡峭、旁瓣比较小的优势， 继而提升了该宽波束的性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种宽波束的生成方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种确定窄波束目标角度的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种天线阵列的示意图1；
图4为本发明实施例提供的一种宽波束的性能对比示意图1；
图5为本发明实施例提供的一种宽波束的性能对比示意图2；
图6为本发明实施例提供的一种宽波束的性能对比示意图3；
图7为本发明实施例提供的一种宽波束的性能对比示意图4；
图8为本发明实施例提供的一种天线阵列的示意图2；
图9为本发明实施例提供的一种宽波束的3D辐射示意图1；
图10为本发明实施例提供的一种宽波束的3D辐射示意图2；
图11为本发明实施例提供的一种宽波束的3D辐射示意图3；
图12为本发明实施例提供的一种宽波束的性能对比示意图5；
图13为本发明实施例提供的一种宽波束的性能对比示意图6；
图14为本发明实施例提供的一种宽波束的生成装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种宽波束的生成方法，如图1所示，所述宽波束的生成方法包括：
步骤101、根据窄波束的波瓣宽度、待生成宽波束的波瓣宽度以及该宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N以及N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度。
这里，N是大于零的正整数。
波束的波瓣宽度表示波束辐射形成的扇面所张开的角度。波束在每个增益处都会对应一个确定的张开角度，在实际应用中，通常取波束在3dB增益处所对应的张开角度作为波束的波瓣宽度。波束的目标角度表示波束辐射形成的扇面所张开的角度范围内的中心方向，可以使用空间向量进行表示。
具体的，可以首先根据窄波束的波瓣宽度、该宽波束的波瓣宽度以及该宽波束的目标角度，确定窄波束的个数N、N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差，该第一窄波束为N个窄波束中目标角度与宽波束的目标角度相差最大的窄波束；然后根据N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差、宽波束的目标角度以及N，确定N个窄波束中每个窄波束的目标角度。
步骤102、根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个窄波束的权值。
N个窄波束中的每个窄波束的目标角度与权值一一对应，因此可以根据窄波束的目标角度，唯一确定该窄波束的权值。
步骤103、根据每个窄波束的权值，获取宽波束的权值；
示例的，可以根据每个窄波束的权值，获取N个窄波束的权值之和作为宽波束的权值；也可以获取N个窄波束的加权权值之和作为宽波束的权值。
步骤104、根据宽波束的权值，生成宽波束。
在实际应用中，当波束的权值确定时，可以唯一确定生成的波束，因此，可以根据宽波束的权值，生成宽波束。
这样一来，所述方法基于一组窄波束，根据该组窄波束中每个窄波束的权值，获取待生成宽波束的权值，然后通过该权值生成宽波束，从而使得生成的宽波束具有在主瓣宽度内波束较为平坦、主瓣的上升沿和下降沿比较陡峭、旁瓣比较小的优势，继而提升了该宽波束的性能。
可选的，在根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述 宽波束的目标角度，确定所述N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差时，可以根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度和制约条件，确定所述N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差。所述制约条件可以为
其中，所述i∈{2,3,...,N}，表示所述N个窄波束中第i个窄波束，为所述宽波束的目标角度，为所述宽波束的3dB波瓣宽度，表示第i个所述窄波束的目标角度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的1dB波瓣宽度， 表示所述N个窄波束中每个窄波束的3dB波瓣宽度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的10dB波瓣宽度。
在实际应用中，通常使用表示窄波束的kdB波瓣宽度，所述k为实数。
所述制约条件限制了窄波束的波瓣宽度、该宽波束的波瓣宽度、该宽波束的目标角度、N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差以及窄波束的个数N均需满足的取值范围，因此可以确定出多组结果，每组结果中均包括N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差以及窄波束的个数N。实际应用中，可以选择任意一组结果和宽波束的目标角度来确定N个窄波束中每个窄波束的目标角度。示例的，如图2所示，假设窄波束个数为4个，即N为4，A表示4个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差，B表示第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差，向量a表示待生成宽波束的目标角度，其中，第一窄 波束为第1个窄波束或第4个窄波束。由图2可知，当A、B、向量a以及窄波束的个数4个确定时，可以唯一确定每个窄波束的目标角度，也就是第1个窄波束的目标角度为向量b、第2个窄波束的目标角度为向量c、第3个窄波束的目标角度为向量d、第4个窄波束的目标角度为向量e。也可以根据预设规则选择至少一组结果和宽波束的目标角度，确定至少一组窄波束的目标角度。所述预设规则为初始化时确定的N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差以及窄波束的个数N的取值规则，所述取值规则可以根据经验数据确定。
可选的，在根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个所述窄波束的权值时，可以根据公式(1)，确定第i个所述窄波束的权值Wi，公式(1)为：其中，M为阵子数目，φi为第i个窄波束的整体移相参数，αm(θi)为θi的函数，表示M个阵子中第m个阵子的移相参数，其中，m∈{1,2,...,M}，θi为第i个窄波束的目标角度。所述第i个所述窄波束为所述每个窄波束中的任意一个。同样的，可以按照上述方法依次计算每个窄波束的权值。
具体的，若已确定出多组窄波束的目标角度，可以依次按照每组窄波束的目标角度，分别计算每组窄波束的目标角度对应的窄波束的权值，计算方法与上述方法相同。
可选的，可以根据公式(2)，确定上述φi，公式(2)为
可选的，当i为奇数时，上述φi为0；当i为偶数时，上述φi为π。
可选的，在根据每个窄波束的权值，获取宽波束的权值时，可以获取每个所述窄波束的权值之和作为所述宽波束的权值。
示例的，若获取到多组窄波束的权值，可以依次根据每组窄波束的权值获取对应的宽波束的权值，并根据每个宽波束的权值生成宽波束。由于根据每组窄波束的权值获取对应的宽波束的权值不同，因此生成的宽波束也不同，实际应用中可以选择效果最好的宽波束进行应用。
本发明实施例提供了一种宽波束的生成方法，包括：根据窄波束的波瓣宽度、待生成宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N以及N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，所述N是大于零的正整数；根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个所述窄波束的权值；根据每个所述窄波束的权值，获取所述宽波束的权值；根据所述宽波束的权值，生成所述宽波束。相较于现有技术，所述方法基于一组窄波束，根据该组窄波束中每个窄波束的权值，获取待生成宽波束的权值，然后通过该权值生成宽波束，从而使得生成的宽波束具有在主瓣宽度内波束较为平坦、主瓣的上升沿和下降沿比较陡峭、旁瓣比较小的优势，继而提升了该宽波束的性能。
实施例二
本发明实施例提供了一种宽波束的生成方法，假设天线阵列为线阵，由32个阵子组成，其中每个阵子都是一个点源，如图3所示，该线阵放置于y轴上。待生成宽波束的水平3dB波瓣宽度约为30°，该宽波束的目标角度为在XOY平面内与x轴的夹角为0°。值得说明的是，实际应用中，波束的波瓣宽度通常指该波束的3dB波瓣宽度，因此本实施例中，波束的波瓣宽度取该波束的3dB波瓣宽度进行说明。
首先，根据天线阵列的阵子数32，可以通过测试实验，获取窄波束的3dB波瓣宽度约为3°左右，该窄波束为根据天线阵列的阵子数32所能确定的最窄的、增益最大的波束。
然后，根据窄波束的3dB波瓣宽度3、待生成宽波束的水平3dB波瓣宽度30°、所述宽波束的目标角度在水平面内与x轴的夹角为0°和制约条件，确定多组结果，每组结果包括N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差以及窄波束个数N。本实施例中以按照预设规则选择出第一结果为例进行说明，其中，第一结果中窄波束个数为8个，8个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差为4°、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差为14°。
继而，根据窄波束个数8个、8个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差4°、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差14°以及宽波束的目标角度在水平面内与x轴的夹角0°，确定8个窄波束的目标角度依次为：-14°，-10°，-6°，-2°，2°，6°，10°，14°，具体的确定方法如图2所示，此处不再赘述。
接着，依次获取每个窄波束的权值，以获取第i个窄波束的权值为例进行说明，第i个窄波束为8个窄波束中的任意一个，i∈{1,2,...,8}。具体的，可以根据公式(1)确定第i个窄波束的权值，所述公式(1)为：
其中，所述为了根据公式(1)计算第i个窄波束的权值，需要首先根据第i个窄波束的目标角度，确定第i个窄波束的整体移相参数φi以及向量Ai。示例的，获取整体移相参数φi可以有两种方案，在第一种方案中，可以根据公式(2)获取该φi，所述公式(2)为其中，α1(θi)表示M个阵子中第1个阵子的移相参数，αM(θi)表示M个阵子中第M个阵子的移相参数，本实施例中α1(θi)+αM(θi)＝0·2πΔdsin((-18+4i)°)+31·2πΔdsin((-18+4i)°)，此时，其中，Δd为用波长归一化的天线间距，本实施例中取0.5。实际应用中，也可以采用第二种方案获取整体移相参数φi，在第二种方案中，若i为奇数，φi为0；若i为偶数，φi为π。由于本发明实施例中α1(θi)＝0·2πΔdsin((-18+4i)°)，α2(θi)＝1·2πΔdsin((-18+4i)°)，…，αm(θi)＝(m-1)·2πΔdsin((-18+4i)°)，…，αM(θi)＝31·2πΔdsin((-18+4i)°)，所以Ai＝[ej0·2πΔdsin((-18+4i)°),ej1·2πΔdsin((-18+4i)°),...,ej(m -1)·2πΔdsin((-18+4i)°),...,ej31·2πΔdsin((-18+4i)°)]其中，Δd为用波长归一化的天线间距，本实施例中取0.5。然后，根据第i个窄波束的整体移相参数φi以及向量Ai，获取第i个窄波束的权值。继而，根据获 取第i个窄波束的权值的方法，依次获取8个窄波束的权值。
接着，计算8个窄波束的权值之和，可以将该权值之和作为待生成宽波束的权值。
最后，根据待生成宽波束的权值，生成宽波束。
此外，如图4所示，图4描述了现有技术的宽波束水平方向辐射曲线201与本发明实施例采用第一种方案生成的宽波束水平方向辐射曲线202，其中，X轴表示水平角度，Y轴表示阵列增益，图4的现有技术采用4个天线阵子，具体放置方式可以参考图3所示，生成所述待生成宽波束。由图4可知，第一种方案所生成的宽波束相比于现有技术所生成的宽波束，在主瓣宽度内更为平坦、主瓣的上升沿和下降沿更为陡峭、旁瓣更加小，因此具有更加优良的性能。
如图5所示，图5描述了现有技术的宽波束水平方向辐射曲线201与本发明实施例采用第二种方案生成的宽波束水平方向辐射曲线203，其中，X轴表示水平角度，Y轴表示阵列增益，图5的现有技术与图4的现有技术相同，此处不再赘述。由图5可知，第二种方案所生成的宽波束相比于现有技术所生成的宽波束，在主瓣宽度内更为平坦、主瓣的上升沿和下降沿更为陡峭、旁瓣更加小，因此具有更加优良的性能。
实施例三
本发明实施例提供了一种宽波束的生成方法，假设天线阵列为线阵，由64个阵子组成，其中每个阵子都是一个点源，该线阵放置于y轴上，具体放置方式可以参考图3所示。待生成宽波束的水平3dB波瓣宽度约为15°，该宽波束的目标角度为在XOY平面内与x轴的夹角为30°。值得说明的是，实际应用中，波束的波瓣宽度通常指该波束的3dB波瓣宽度，因此本实施例中，波束的波瓣宽度取该波束的3dB波瓣宽度进行说明。
首先，根据天线阵列的阵子数64，可以通过测试实验，获取窄波束的3dB波瓣宽度约为1.5°左右，该窄波束为根据天线阵列的阵子数64所能确定的最窄的、增益最大的波束。
然后，根据窄波束的3dB波瓣宽度1.5°、待生成宽波束的水平3dB波瓣 宽度15°、所述宽波束的目标角度在水平面内与x轴的夹角为30°和制约条件，确定多组结果，每组结果包括N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差以及窄波束个数N。本实施例中以按照预设规则选择出第二结果为例进行说明，其中，第二结果中窄波束个数为8个、8个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差为2°、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差为7°。
继而，根据窄波束个数8个、8个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差2°、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差7°以及宽波束的目标角度在水平面内与x轴的夹角30°，确定8个窄波束的目标角度依次为：23°，25°，27°，29°，31°，33°，35°，37°，具体的确定方法如图2所示，此处不再赘述。
接着，依次获取每个窄波束的权值，以获取第i个窄波束的权值为例进行说明，第i个窄波束为8个窄波束中的任意一个，i∈{1,2,...,8}。具体的，可以根据公式(1)确定第i个窄波束的权值，所述公式(1)为：
其中，所述为了根据公式(1)计算第i个窄波束的权值，需要首先根据第i个窄波束的目标角度，确定第i个窄波束的整体移相参数φi以及向量Ai。示例的，获取整体移相参数φi可以有两种方案，在第一种方案中，可以根据公式(2)获取该φi，所述公式(2)为其中，α1(θi)表示M个阵子中第1个阵子的移相参数，αM(θi)表示M个阵子中第M个阵子的移相参数，本实施例中α1(θi)+αM(θi)＝0·2πΔdsin((21+2i)°)+63·2πΔdsin((21+2i)°)，此时， 其中，Δd为用波长归一化的天线间距，本实施例中取0.5。实际应用中，也可以采用第二种方案获取整体移相参数φi，在第二种方案 中，若i为奇数，φi为0；若i为偶数，φi为π。由于本发明实施例中α1(θi)＝0·2πΔdsin((21+2i)°)，α2(θi)＝1·2πΔdsin((21+2i)°)，…，αm(θi)＝(m-1)·2πΔdsin((21+2i)°)，…，αM(θi)＝63·2πΔdsin((21+2i)°)，所以Ai＝[ej0 ·2πΔdsin((-18+4i)°),ej1·2πΔdsin((-18+4i)°),...,ej(m-1)·2πΔdsin((-18+4i)°),...,ej31·2πΔdsin((-18+4i)°)]其中，Δd为用波长归一化的天线间距，本实施例中取0.5。然后，根据第i个窄波束的整体移相参数φi以及向量Ai，获取第i个窄波束的权值。继而，根据获取第i个窄波束的权值的方法，依次获取8个窄波束的权值。
接着，计算8个窄波束的权值之和，可以将该权值之和作为待生成宽波束的权值。
最后，根据待生成宽波束的权值，生成宽波束。
此外，如图6所示，图6描述了现有技术的宽波束水平方向辐射曲线301与本发明实施例采用第一种方案生成的宽波束水平方向辐射曲线302，其中，X轴表示水平角度，Y轴表示阵列增益，图6的现有技术采用8个天线阵子，具体放置方式可以参考图3所示，生成所述待生成宽波束。由图6可知，第一种方案所生成的宽波束相比于现有技术所生成的宽波束，在主瓣宽度内更为平坦、主瓣的上升沿和下降沿更为陡峭、旁瓣更加小，因此具有更加优良的性能。
如图7所示，图7描述了现有技术的宽波束水平方向辐射曲线301与本发明实施例采用第二种方案生成的宽波束水平方向辐射曲线303，其中，X轴表示水平角度，Y轴表示阵列增益，图7的现有技术与图6的现有技术相同，此处不再赘述。由图7可知，第二种方案所生成的宽波束相比于现有技术所生成的宽波束，在主瓣宽度内更为平坦、主瓣的上升沿和下降沿更为陡峭、旁瓣更加小，因此具有更加优良的性能。
实施例四
本发明实施例提供了一种宽波束的生成方法，假设天线阵列为矩形阵列，阵列尺寸为16*8，其中16代表垂直维度，8代表水平维度，如图8所示，矩形阵列放置在YOZ平面，每个阵子都是一个点源。待生成宽波束的垂直3dB波 瓣宽度约为30°，该宽波束的目标角度可以由向量确定，与XOY平面的夹角为10°，在XOY平面的投影与x轴的夹角为20°。值得说明的是实际应用中，波束的波瓣宽度通常指该波束的3dB波瓣宽度，因此本实施例中，波束的波瓣宽度取该波束的3dB波瓣宽度进行说明。
首先，根据天线阵列的垂直维度16，可以通过测试实验，获取窄波束的3dB波瓣宽度约为7°左右，该窄波束为根据天线阵列的垂直维度16所能确定的最窄的、增益最大的波束。
然后，根据窄波束的3dB波瓣宽度7°、待生成宽波束的水平3dB波瓣宽度30°、所述宽波束的目标角度向量和制约条件，确定多组结果，每组结果包括N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差以及窄波束个数N。本实施例中以按照预设规则选择出第三结果为例进行说明，其中，第三结果中窄波束个数为4个、4个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差为9°、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差为13.5°。
继而，根据窄波束个数4个、4个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差9°、第一窄波束的目标角度与宽波束的目标角度之间的角度差13.5°以及宽波束的目标角度向量确定4个窄波束的目标角度所对应的向量依次为：向量向量向量向量所述向量向量向量向量在XOY平面的投影与x轴的夹角都为20°，所述向量向量向量向量与XOY平面的夹角依次为-3.5°、5.5°、14.5°、23.5°，具体的确定方法如图2所示，此处不再赘述。
接着，依次获取每个窄波束的权值，以获取第i个窄波束的权值为例进行说明，第i个窄波束为4个窄波束中的任意一个，i∈{1,2,...,8}。具体的，可以根据公式(1)确定第i个窄波束的权值，所述公式(1)为：
其中，所述为了根据公式(1)计算第 i个窄波束的权值，需要首先根据第i个窄波束的目标角度，确定第i个窄波束的整体移相参数φi以及向量Ai。具体的，本实施例中，向量Ai为1*128的行向量，为了确定Ai可以首先定义16*8的矩阵Bi，其中， 表示矩阵Bi的第m行第n列元素，△dH表示用波长归一化的水平天线间距，本实施例中取0.5，△dV表示用波长归一化的垂直天线间距，本实施例中取0.5。然后，根据矩阵Bi，获取向量Ai。示例的，可以将16*8的矩阵Bi按列转化为1*128的向量Ai，按列转化的方法就是将矩阵Bi的元素依次从左至右按列读取为一行元素，然后将该行元素作为向量Ai的元素。获取整体移相参数φi可以有两种方案，在第一种方案中，可以根据公式(2)获取该φi，所述公式(2)为 其中，α1(θi)表示M个阵子中第1个阵子的移相参数，αM(θi)表示M个阵子中第M个阵子的移相参数，本实施例中 此时， 其中，△dH表示用波长归一化的水平天线间距，本实施例中取0.5，△dV表示用波长归一化的垂直天线间距，本实施例中取0.5。实际应用中，也可以采用第二种方案获取整体移相参数φi，在第二种方案中，若i为奇数，φi为0；若i为偶数，φi为π。然后，根据第i个窄波束的整体移相参数φi以及向量Ai，获取第i个窄波束的权值。继而，根据获取第i个窄波束的权值的方法，依次获取4个窄波束的权值。
接着，计算4个窄波束的权值之和，可以将该权值之和作为待生成宽波束的权值。
最后，根据待生成宽波束的权值，生成宽波束。
此外，如图9所示，图9描述了本发明实施例采用第一种方案生成的宽波 束3D辐射图，其中，Az 0表示水平0°，EI 0表示垂直0°，EI 90表示垂直90°。如图10所示，图10描述了本发明实施例采用第二种方案生成的宽波束3D辐射图，其中，Az 0表示水平0°，EI 0表示垂直0°，EI 90表示垂直90°。如图11所示，图11描述了现有技术的宽波束3D辐射图，其中，Az 0表示水平0°，EI 0表示垂直0°，EI 90表示垂直90°，图11的现有技术采用矩形阵列，阵列尺寸为4*8，其中4代表垂直维度，8代表水平维度，具体放置方式可以参考图8所示，生成所述待生成宽波束。由图9与图11可知，本发明实施例采用第一种方案生成的宽波束相比于现有技术的宽波束，具有更为优良的性能；由图10与图11可知，本发明实施例采用第二种方案生成的宽波束相比于现有技术的宽波束，具有更为优良的性能。
为了更进一步的了解第一种方案和第二种方案与现有技术的区别，本发明实施例中参考不同方案的辐射曲线进行说明：
如图12所示，图12描述了现有技术的宽波束垂直方向辐射曲线401与本发明实施例采用第一种方案生成的宽波束水平方向辐射曲线402，其中，X轴表示垂直角度，Y轴表示阵列增益，图12的现有技术与图11的现有技术相同。由图12可知，第一种方案所生成的宽波束相比于现有技术所生成的宽波束，在主瓣宽度内更为平坦、主瓣的上升沿和下降沿更为陡峭、旁瓣更加小，因此具有更加优良的性能。
如图13所示，图13描述了现有技术的宽波束垂直方向辐射曲线401与本发明实施例采用第二种方案生成的宽波束水平方向辐射曲线403，其中，X轴表示垂直角度，Y轴表示阵列增益，图13的现有技术与图11的现有技术相同。由图13可知，第二种方案所生成的宽波束相比于现有技术所生成的宽波束，在主瓣宽度内更为平坦、主瓣的上升沿和下降沿更为陡峭、旁瓣更加小，因此具有更加优良的性能。
实施例五
本发明实施例提供一种宽波束的生成装置50，如图14所示，所述宽波束的生成装置50包括：
第一确定单元501，用于根据窄波束的波瓣宽度、待生成宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N以及N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，所述N是大于零的正整数。
第二确定单元502，用于根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个所述窄波束的权值。
获取单元503，用于根据每个所述窄波束的权值，获取所述宽波束的权值。
生成单元504，用于根据所述宽波束的权值，生成所述宽波束。
这样一来，所述方法基于一组窄波束，根据该组窄波束中每个窄波束的权值，获取待生成宽波束的权值，然后通过该权值生成宽波束，从而使得生成的宽波束具有在主瓣宽度内波束较为平坦、主瓣的上升沿和下降沿比较陡峭、旁瓣比较小的优势，继而提升了该宽波束的性能。
可选的，所述第一确定单元501具体用于：根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差，所述第一窄波束为所述N个窄波束中目标角度与所述宽波束的目标角度相差最大的窄波束；根据所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差、所述第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差、所述宽波束的目标角度以及所述N，确定所述N个窄波束中每个窄波束的目标角度。
可选的，所述第一确定单元501具体用于：根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度和制约条件，确定所述N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差；
所述制约条件为
其中，所述i∈{2,3,...,N}，表示所述N个窄波束中第i个窄波束，为所述宽波束的目标角度，为所述宽波束的3dB波瓣宽度，表示第i个所述窄波束的目标角度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的1dB波瓣宽度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的3dB波瓣宽度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的10dB波瓣宽度。
可选的，所述第二确定单元502具体用于：根据公式(1)，确定第i个所述窄波束的权值Wi；所述公式(1)为：其中，M为阵子数目，φi为第i个所述窄波束的整体移相参数，αm(θi)为所述θi的函数，表示所述M个阵子中第m个阵子的移相参数，所述m∈{1,2,...,M}，所述θi为第i个所述窄波束的目标角度。
可选的，所述第二确定单元502具体用于：可以根据公式(2)，确定所述φi，所述公式(2)为
可选的，所述第二确定单元502具体用于：当i为奇数时，所述φi为0；当i为偶数时，所述φi为π。
可选的，所述获取单元503具体用于：获取每个所述窄波束的权值之和作为所述宽波束的权值。
需要说明的是，第一，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
第二，在实际应用中，所述第一确定单元501、第二确定单元502、获取单元503均可由位于宽波束的生成装置50中的中央处理器(Central Processing Unit， CPU)、微处理器(Micro Processor Unit，MPU)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、或现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等实现。生成单元504可由位于宽波束的生成装置50中的天线以及天线的驱动电路实现。
本发明实施例提供一种宽波束的生成装置，包括：第一确定单元，用于根据窄波束的波瓣宽度、待生成宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N以及N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，所述N是大于零的正整数。第二确定单元，用于根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个所述窄波束的权值。获取单元，用于根据每个所述窄波束的权值，获取所述宽波束的权值。生成单元，用于根据所述宽波束的权值，生成所述宽波束。相较于现有技术，所述方法基于一组窄波束，根据该组窄波束中每个窄波束的权值，获取待生成宽波束的权值，然后通过该权值生成宽波束，从而使得生成的宽波束具有在主瓣宽度内波束较为平坦、主瓣的上升沿和下降沿比较陡峭、旁瓣比较小的优势，继而提升了该宽波束的性能。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备 以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种宽波束的生成方法，其特征在于，所述方法包括：
根据窄波束的波瓣宽度、待生成宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N以及N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，所述N是大于零的正整数；
根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个所述窄波束的权值；
根据每个所述窄波束的权值，获取所述宽波束的权值；
根据所述宽波束的权值，生成所述宽波束。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据窄波束的波瓣宽度、待生成宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N以及N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度包括：
根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差，所述第一窄波束为所述N个窄波束中目标角度与所述宽波束的目标角度相差最大的窄波束；
根据所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差、所述第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差、所述宽波束的目标角度以及所述N，确定所述N个窄波束中每个窄波束的目标角度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差包括：
根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度和制约条件，确定所述N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差；
所述制约条件为
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其中，所述i∈{2,3,...,N}，表示所述N个窄波束中第i个窄波束，为所述宽波束的目标角度，为所述宽波束的3dB波瓣宽度，表示第i个所述窄波束的目标角度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的1dB波瓣宽度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的3dB波瓣宽度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的10dB波瓣宽度。
4.根据权利要求1-3任意一种所述的方法，其特征在于，所述根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个所述窄波束的权值包括：
根据公式(1)，确定第i个所述窄波束的权值Wi；
所述公式(1)为：
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其中，M为阵子数目，φi为第i个所述窄波束的整体移相参数，αm(θi)为所述θi的函数，表示所述M个阵子中第m个阵子的移相参数，所述m∈{1,2,...,M}，所述θi为第i个所述窄波束的目标角度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据公式(2)，确定所述φi，所述公式(2)为
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当i为奇数时，所述φi为0；当i为偶数时，所述φi为π。
7.根据权利要求1-3任意一种所述的方法，其特征在于，所述根据每个所述窄波束的权值，获取所述宽波束的权值包括：
获取每个所述窄波束的权值之和作为所述宽波束的权值。
8.一种宽波束的生成装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定单元，用于根据窄波束的波瓣宽度、待生成宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N以及N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，所述N是大于零的正整数；
第二确定单元，用于根据N个所述窄波束中的每个窄波束的目标角度，确定每个所述窄波束的权值；
获取单元，用于根据每个所述窄波束的权值，获取所述宽波束的权值；
生成单元，用于根据所述宽波束的权值，生成所述宽波束。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一确定单元具体用于：
根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度，确定所述窄波束的个数N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差，所述第一窄波束为所述N个窄波束中目标角度与所述宽波束的目标角度相差最大的窄波束；
根据所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差、所述第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差、所述宽波束的目标角度以及所述N，确定所述N个窄波束中每个窄波束的目标角度。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一确定单元具体用于：
根据所述窄波束的波瓣宽度、所述宽波束的波瓣宽度以及所述宽波束的目标角度和制约条件，确定所述N、所述N个窄波束中相邻两个窄波束的目标角度之间的角度差以及第一窄波束的目标角度与所述宽波束的目标角度之间的角度差；
所述制约条件为
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其中，所述i∈{2,3,...,N}，表示所述N个窄波束中第i个窄波束，为所述宽波束的目标角度，为所述宽波束的3dB波瓣宽度，表示第i个所述窄波束的目标角度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的1dB波瓣宽度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的3dB波瓣宽度，表示所述N个窄波束中每个窄波束的10dB波瓣宽度。
11.根据权利要求8-10任意一种所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元具体用于：
根据公式(1)，确定第i个所述窄波束的权值Wi；
所述公式(1)为：
<mrow> <msub> <mi>W</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <msub> <mi>j&amp;phi;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </msup> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <msub> <mi>j&amp;alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msup> <mo>,</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <msub> <mi>j&amp;alpha;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msup> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <msub> <mi>j&amp;alpha;</mi> <mi>m</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msup> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <msub> <mi>j&amp;alpha;</mi> <mi>M</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msup> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>,</mo> </mrow>
其中，M为阵子数目，φi为第i个所述窄波束的整体移相参数，αm(θi)为所述θi的函数，表示所述M个阵子中第m个阵子的移相参数，所述m∈{1,2,...,M}，所述θi为第i个所述窄波束的目标角度。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元具体用于：
根据公式(2)，确定所述φi，所述公式(2)为
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元具体用于：
当i为奇数时，所述φi为0；当i为偶数时，所述φi为π。
14.根据权利要求8-10任意一种所述的装置，其特征在于，所述获取单元具体用于：
获取每个所述窄波束的权值之和作为所述宽波束的权值。
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