阵列天线波束形成接收装置及其权值系数优化方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通信技术。本发明专利技术解决了现有智能天线接收机在弱信号或强干扰情况下会造成期望信号被噪声或被干扰淹没，因而使期望信号特征无法提取，导致接收机性能大幅度下降的缺点，以及克服算法收敛速度慢，系统复杂度高的缺点，提供了一种阵列天线波束形成接收装置及其权值系数优化方法，其技术方案可概括为：对每根天线的输入，采用模拟复数乘法器将解调出的同相信号及正交信号作为一个复数与信号处理器通过反馈计算出的两个参数作为的另一个复数进行相乘处理，并输出其相乘结果的实部及虚部信号，并将得到的实部及虚部信号分别相加后输出。本发明专利技术的有益效果是，确保良好的波束特性，大幅度提高信噪比及抗干扰能力，适用于信号接收系统。

Array antenna beamforming receiver and its weight coefficient optimization method

The invention relates to communication technology. The invention solves the problem that the existing smart antenna receiver will cause the desired signal is noise or interference situation or weak signal submerged in strong interference, so that the desired signal features can not be extracted, resulting in receiver performance is greatly reduced and overcome the disadvantages of slow convergence, the disadvantage of high complexity system, provides an array antenna beamforming receiver and its weight coefficient optimization method, the technical scheme can be summarized as: for each antenna input, the simulation of the complex multiplier another complex demodulated signal in-phase and orthogonal signals as a complex number and signal processor through feedback calculated two parameters as the multiplication processing, real and imaginary part of the output signal and the multiplication result, the real and imaginary part and will get the signal respectively after adding output. The beneficial effect of the invention is to ensure good beam characteristics, greatly improve the signal to noise ratio and anti-interference ability, and is suitable for the signal receiving system.

【技术实现步骤摘要】
阵列天线波束形成接收装置及其权值系数优化方法
本专利技术涉及通信技术，特别涉及无线信号接收技术。
技术介绍
智能天线接收机能显著提高接收信噪比，并抑制干扰，大幅度提高接收机性能，是新一代无线通信技术发展的一个重要方向，智能天线采用阵列天线实现波束形成，通过波束形成，提高期望信号的接收增益，同时降低干扰信号的接收增益，以此显著提高接收机的信干噪比。现有智能天线系统一般采用数字波束形成技术，它将每路天线接收到的信号经射频解调，得到基带信号，然后进行模数转换，得到数字信号，对每路数字信号进行算法处理后，再对多路信号进行合并，得到输出，通常采用MMSE(MinimumMeanSquaresError，最小均方差)、RLS(RecursiveLeastSquares，最小二乘递归)及LMS(LeastMeanSquares，最小均方)迭代算法。现有技术中存在的问题为：在弱信号或强干扰情况下会造成期望信号被噪声或被干扰淹没，因而使期望信号特征无法提取，导致接收机性能大幅度下降；其所采用的算法收敛速度慢，难以跟踪快速变化的信号方向；且算法复杂度高、实用性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是要克服目前智能天线接收机在弱信号或强干扰情况下会造成期望信号被噪声或被干扰淹没，因而使期望信号特征无法提取，导致接收机性能大幅度下降的缺点，以及克服算法收敛速度慢，系统复杂度高的缺点，提供一种阵列天线波束形成接收装置及其权值系数优化方法。本专利技术解决上述技术问题，采用的技术方案是，阵列天线波束形成接收装置，包括多根天线、多个射频滤波器及两个系统输出端，所述天线与射频滤波器一一对应，每一根天线都和与其对应的射频滤波器的输入端连接，其特征在于，还包括信号处理器、两个加法器、多个并行的信号放大解调模块及多个模拟复数乘法器，所述信号放大解调模块与模拟复数乘法器一一对应，且与射频滤波器一一对应，每一个射频滤波器的输出端都和与其对应的信号放大解调模块的输入端连接，每一个信号放大解调模块的同相输出端及正交输出端都分别和与其对应的模拟复数乘法器的一个复数输入端的两端一一对应连接，各模拟复数乘法器的另一个复数输入端的两端分别与信号处理器对应的两个输出端一一对应连接，各模拟复数乘法器的复数输出端的两端分别与两个加法器的各输入端一一对应连接，一个加法器输出信号的实部，另一个加法器输出信号的虚部，两个加法器的输出端即分别为两个系统输出端，产生两个并行的输出信号，即系统实部输出信号及系统虚部输出信号，构成系统输出信号，为一个复数，且信号处理器有两个输入端与两个加法器的输出端对应连接，信号处理器还有两个输入端用于输入参考信号；所述信号放大解调模块用于对输入信号进行放大后再进行解调；所述模拟复数乘法器用于将输入的同相信号及正交信号作为一个复数与输入的两个参数作为的另一个复数进行相乘处理，并输出其相乘结果的实部及虚部信号，该另一个复数为权值系数；所述信号处理器用于根据输入的参考信号及系统输出信号分别计算出对应各模拟复数乘法器的权值系数所对应的两个参数(上述记载的另一个复数的实部及虚部)，并发送给对应的模拟复数乘法器；同一时刻只计算一个模拟复数乘法器对应的权值系数所对应的两个参数，按顺序循环计算出各模拟复数乘法器的权值系数所对应的两个参数。具体的，所述信号放大解调模块包括射频放大器及射频解调器，所述射频放大器的输入端作为信号放大解调模块的输入端，射频放大器的输出端与射频解调器的输入端连接；所述射频解调器用于对输入信号进行解调，其同相输出端及正交输出端分别作为信号放大解调模块的同相输出端及正交输出端。进一步的，所述模拟复数乘法器将输入的同相信号及正交信号作为一个复数与输入的两个参数作为的另一个复数进行相乘处理，并输出其相乘结果的实部及虚部信号中，其计算公式为：Yn＝Re(snwn)Un＝Im(snwn)其中，Yn指代第n个模拟复数乘法器输出的实部信号，Un指代第n个模拟复数乘法器输出的虚部信号，sn是指第n个模拟复数乘法器输入的同相信号及正交信号所作为的一个复数，则是指第n个模拟复数乘法器输入的同相信号，是第n个模拟复数乘法器输入的正交信号，wn是指第n个模拟复数乘法器输入的权值系数，则是指第n个模拟复数乘法器输入的一个参数，是指第n个模拟复数乘法器输入的另一个参数，Re(.)是指取实部操作，Im(.)是指虚实部操作，n为大于或等于1且小于或等于M的正整数，M为模拟复数乘法器的数量，也为天线数量，为大于等于1的正整数。阵列天线波束形成接收装置的权值系数优化方法，应用于上述阵列天线波束形成接收装置，其特征在于，设系统实部输出信号为系统虚部输出信号为则系统输出信号为V＝Y+jU；设第n根天线，在第k时刻，相应的权值系数表示为设h(n)(k)为第n根天线第k时刻对应的导向函数，d(n)(k)为第n根天线第k时刻对应的步长函数；设R为参考信号，是一个复数，其实部及虚部分别由用于输入参考信号的两个输入端输入信号处理器，系统输出信号与参考信号的均方差为e＝E[|V-R|2]，则第k时刻的对应均方差为e(k)，这里，E是求均值操作，则优化方法包括以下步骤：步骤A1、随机设置权值系数的数值，且满足其中，C为一个实常数；分别设置导向函数值及步长函数值为h(1)(1)＝1，d(1)(1)＝D0，D0为一个常数，获得系统输出信号V及参考信号R；步骤A2、若k＝1，则进入步骤A3，否则进行如下计算：d(n)(k)＝h(n)(k-1)d(n)(k-1)其中，ξ为一个正实数，且0<ξ<1；步骤A3、计算权值系数，计算公式为：d(n)(k+1)＝h(n)(k)d(n)(k)根据下式调整权值系数：|w1(k)|2+|w2(k)|2+...+|wn(k+1)|2+...+|wM(k)|2＝C步骤A4、若|wn(k+1)-wn(k)|2≤ε，ε为接近于零的正实数，则进入步骤A5，否则令k→k+1并回到步骤A2；步骤A5、若n＜M，则n→n+1，回到步骤A3；若n＝M，则n→1，令k→1、h(n)(k)＝1及d(n)(k)＝D0，且回到步骤A3。阵列天线波束形成接收装置的权值系数优化方法，应用于上述阵列天线波束形成接收装置，其特征在于，设系统实部输出信号为系统虚部输出信号为则系统输出信号为V＝Y+jU；设第n根天线，在第k时刻，相应的权值系数表示为设h(n)(k)为第n根天线第k时刻对应的导向函数，d(n)(k)为第n根天线第k时刻对应的步长函数；设R为参考信号，是一个复数，其实部及虚部分别由用于输入参考信号的两个输入端输入信号处理器，为参考信号与系统输出信号的相关系数，在第k时刻的相应相关系数为r(k)，p＝E[|V|2]为系统输出信号的输出功率，在第k时刻的相应输出功率为p(k)，这里，E是求均值操作，则优化方法包括以下步骤：步骤B1、随机设置权值系数的数值，且满足其中，C为一个实常数，分别设置导向函数值及步长函数值为h(1)(1)＝1及d(1)(1)＝D0，D0为一个常数，获得系统输出信号V及参考信号R；步骤B2、若k＝1，则进入步骤B3，否则进行如下计算：d(n)(k)＝h(n)(k-1)d(n)(k-1)其中，ξ为一个正实数，且0<ξ&lt本文档来自技高网...

【技术保护点】
阵列天线波束形成接收装置，包括多根天线、多个射频滤波器及两个系统输出端，所述天线与射频滤波器一一对应，每一根天线都和与其对应的射频滤波器的输入端连接，其特征在于，还包括信号处理器、两个加法器、多个并行的信号放大解调模块及多个模拟复数乘法器，所述信号放大解调模块与模拟复数乘法器一一对应，且与射频滤波器一一对应，每一个射频滤波器的输出端都和与其对应的信号放大解调模块的输入端连接，每一个信号放大解调模块的同相输出端及正交输出端都分别和与其对应的模拟复数乘法器的一个复数输入端的两端一一对应连接，各模拟复数乘法器的另一个复数输入端的两端分别与信号处理器对应的两个输出端一一对应连接，各模拟复数乘法器的复数输出端的两端分别与两个加法器的各输入端一一对应连接，一个加法器输出信号的实部，另一个加法器输出信号的虚部，两个加法器的输出端即分别为两个系统输出端，产生两个并行的输出信号，即系统实部输出信号及系统虚部输出信号，构成系统输出信号，为一个复数，且信号处理器有两个输入端与两个加法器的输出端对应连接，信号处理器还有两个输入端用于输入参考信号；所述信号放大解调模块用于对输入信号进行放大后再进行解调；所述模拟复数乘法器用于将输入的同相信号及正交信号作为一个复数与输入的两个参数作为的另一个复数进行相乘处理，并输出其相乘结果的实部及虚部信号，该另一个复数为权值系数；所述信号处理器用于根据输入的参考信号及系统输出信号分别计算出对应各模拟复数乘法器的权值系数所对应的两个参数，并发送给对应的模拟复数乘法器；同一时刻只计算一个模拟复数乘法器对应的权值系数所对应的两个参数，按顺序循环计算出各模拟复数乘法器的权值系数所对应的两个参数。...

【技术特征摘要】
1.阵列天线波束形成接收装置，包括多根天线、多个射频滤波器及两个系统输出端，所述天线与射频滤波器一一对应，每一根天线都和与其对应的射频滤波器的输入端连接，其特征在于，还包括信号处理器、两个加法器、多个并行的信号放大解调模块及多个模拟复数乘法器，所述信号放大解调模块与模拟复数乘法器一一对应，且与射频滤波器一一对应，每一个射频滤波器的输出端都和与其对应的信号放大解调模块的输入端连接，每一个信号放大解调模块的同相输出端及正交输出端都分别和与其对应的模拟复数乘法器的一个复数输入端的两端一一对应连接，各模拟复数乘法器的另一个复数输入端的两端分别与信号处理器对应的两个输出端一一对应连接，各模拟复数乘法器的复数输出端的两端分别与两个加法器的各输入端一一对应连接，一个加法器输出信号的实部，另一个加法器输出信号的虚部，两个加法器的输出端即分别为两个系统输出端，产生两个并行的输出信号，即系统实部输出信号及系统虚部输出信号，构成系统输出信号，为一个复数，且信号处理器有两个输入端与两个加法器的输出端对应连接，信号处理器还有两个输入端用于输入参考信号；所述信号放大解调模块用于对输入信号进行放大后再进行解调；所述模拟复数乘法器用于将输入的同相信号及正交信号作为一个复数与输入的两个参数作为的另一个复数进行相乘处理，并输出其相乘结果的实部及虚部信号，该另一个复数为权值系数；所述信号处理器用于根据输入的参考信号及系统输出信号分别计算出对应各模拟复数乘法器的权值系数所对应的两个参数，并发送给对应的模拟复数乘法器；同一时刻只计算一个模拟复数乘法器对应的权值系数所对应的两个参数，按顺序循环计算出各模拟复数乘法器的权值系数所对应的两个参数。2.如权利要求1所述的阵列天线波束形成接收装置，其特征在于，所述信号放大解调模块包括射频放大器及射频解调器，所述射频放大器的输入端作为信号放大解调模块的输入端，射频放大器的输出端与射频解调器的输入端连接；所述射频解调器用于对输入信号进行解调，其同相输出端及正交输出端分别作为信号放大解调模块的同相输出端及正交输出端。3.如权利要求1或2所述的阵列天线波束形成接收装置，其特征在于，所述模拟复数乘法器将输入的同相信号及正交信号作为一个复数与输入的两个参数作为的另一个复数进行相乘处理，并输出其相乘结果的实部及虚部信号中，其计算公式为：Yn＝Re(snwn)Un＝Im(snwn)其中，Yn指代第n个模拟复数乘法器输出的实部信号，Un指代第n个模拟复数乘法器输出的虚部信号，sn是指第n个模拟复数乘法器输入的同相信号及正交信号所作为的一个复数，则是指第n个模拟复数乘法器输入的同相信号，是第n个模拟复数乘法器输入的正交信号，wn是指第n个模拟复数乘法器输入的权值系数，则是指第n个模拟复数乘法器输入的一个参数，是指第n个模拟复数乘法器输入的另一个参数，Re(.)是指取实部操作，Im(.)是指虚实部操作，n为大于或等于1且小于或等于M的正整数，M为模拟复数乘法器的数量，也为天线数量，为大于等于1的正整数。4.阵列天线波束形成接收装置的权值系数优化方法，应用于如权利要求3所述的阵列天线波束形成接收装置，其特征在于，设系统实部输出信号为系统虚部输出信号为则系统输出信号为V＝Y+jU；设第n根天线，在第k时刻，相应的权值系数表示为设h(n)(k)为第n根天线第k时刻对应的导向函数，d(n)(k)为第n根天线第k时刻对应的步长函数；设R为参考信号，是一个复数，其实部及虚部分别由用于输入参考信号的两个输入端输入信号处理器，系统输出信号与参考信号的均方差为e＝E[|V-R|2]，则第k时刻的对应均方差为e(k)，这里，E是求均值操作，则优化方法包括以下步骤：步骤A1、随机设置权值系数的数值，且满足其中，C为一个实常数；分别设置导向函数值及步长函数值为h(1)(1)＝1，d(1)(1)＝D0，D0为一个常数，获得系统输出信号V及参考信号R；步骤A2、若k＝1，则进入步骤A3，否则进行如下计算：d(n)(k)＝h(n)(k-1)d(n)(k-1)其中，ξ为一个正实数，且0<ξ<1；步骤A3、计算权值系数，计算公式为：d(n)(k+1)＝h(n)(k)d(n)(k)根据下式调整权值系数：|w1(k)|2+|w2(k)|2+...+|wn(k+1)|2+...+|wM(k)|2＝C步骤A4、若|wn(k+1)-wn(k)|2≤ε，ε为接近于零的正实数，则进入步骤A5，否则令k→k+1并回到步骤A2；步骤A5、若n＜M，则n→n+1，回到步骤A3；若n＝M，则n→1，令k→1、h(n)(k)＝1及d(n)(k)＝D0，且回到步骤A3。5.阵列天线波束形成接收装置的权值系数优化方法，应用于如权利要求3所述的阵列天线波束形成接收装置，其特征在于，设系统实部输出信号为系统虚部输出信号为则系统输出信号为V＝Y+jU；设第n根天线，在第k时刻，相应的权值系数表示为设h(n)(k)为第n根天线第k时刻对应的导向函数，d(n)(k)为第n根天线第k时刻对应的步长函数；设R为参考信号，是一个复数，其实部及虚部分别由用于输入参考信号的两个输入端输入信号处理器，为参考信号与系统输出信号的相关系数，在第k时刻的相应相关系数为r(k)，p＝E[|V|2]为系统输出信号的输出功率，在第k时刻的相应输出功率为p(k)，这里，E是求均值操作，则优化方法包括以下步骤：步骤B1、随机设置权值系数的数值，且满足其中，C为一个实常数，分别设置导向函数值及步长函数值为h(1)(1)＝1及d(1)(1)＝D0，D0为一个常数，获得系统输出信号V及参考信号R；步骤B2、若k＝1，则进入步骤B3，否则进行如下计算：d(n)(k)＝h(n)(k-1)d(n)(k-1)其中，ξ为一个正实数，且0<ξ<1；步骤B3、计算权值系数，计算公式为：d(n)(k+1)＝h(n)(k)d(n)(k)根据下式调整权值系数：|w1(k)|2+|w2(k)|2+...+|wn(k+1)|2+...+|wM(k)|2＝C步骤B4、若|wn(k+1)-wn(k)|2≤ε，ε为接近于零的正实数，则进入步骤B5，否则令k→k+1，回到步骤B2；步骤B5、若|r(k+1)-r(k)|2≤η及r(k+1)≥σ，η为一个接近于零的正实数，σ为预先指定的一个正实数，则令k→1、h(n)(k)＝1及d(n)(k)＝D0，进入步骤B6；否则继续判断，若n＜M，则n→n+1，回到步骤B3，若n＝M，则令n→1、k→1、h(n)(k)＝1及d(n)(k)＝D0，回到步骤B3；步骤B6、若k＝1，则进入步骤B7，否则进行如下计算：d(n)(k)＝h(n)(k-1)d(n)(k-1)步骤B7、计算权值系数，计算公式为：d(n)(k+1)＝h(n)(k)d(n)(k)

【专利技术属性】
技术研发人员：周渊平，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51