本发明专利技术公开了一种模数混合多波束接收阵列的接收方法，在第一维度方向采用模拟多波束形成，再在第二维度方向采用数字多波束形成。产生的多波束被用来同时接收多个来自不同方向的需要信源，抑制多个来自不同方向的干扰源，并通过数字信号处理的方法实现接收最优化。多波束控制器动态划分多个主波束和多个辅助波束，用来帮助搜索和跟踪需要信源和干扰源位置的变化信息，并对波束指向做实时更新。并对波束指向做实时更新。并对波束指向做实时更新。
【技术实现步骤摘要】
一种模数混合多波束形成及其在接收阵列中的接收方法
[0001]本专利技术涉及模数混合多波束接收阵列的接收方法，如利用射频频率 的无线通信技术，移动通信技术，卫星通信技术等，也可用于相控阵雷达 的接收方法与雷达探测相关的应用场合。
[0002]这里射频指的是包括超高频/微波/毫米波/太赫兹等无线电频率。
技术介绍
[0003]传统的模拟射频相控阵只能形成单波束，故其接收机在搜索扫描上 速度慢，信噪比低，探测距离近。用模拟射频相控阵单波束技术做二维成 像，有灵敏度低、目标单一、抗干扰能力差等缺点。
[0004]数字多波束射频相控阵接收机，克服了模拟射频相控阵的局限，可 以同时生成二维波束信号，是一种理论上的理想相控阵接收系统。但是在 实际中只能在低频窄带系统中实现，其原因为在宽带的情况下，需要满足 耐奎斯特取样定理的高速的模数转换器(ADC)，很难做到体积小耗电低。 在较高的应用频率上，如微波和毫米波甚至到太赫兹的频率，由于天线的 间距大致在半个波长左右，因此难以在狭小的面积和空间内将所有的从射 频器件到模数转换器，到数字接口电路都集成在一起。另外由于在ADC 之前没有做空间滤波，为了不被干扰信号影响，需要较大的动态范围和较 多的量化电平数，故而大大提高了对ADC设计的要求。较大动态范围的 ADC和较多的量化电平数，意味着功耗较大。大的功耗带来较大的电流脉 冲，造成干扰脉冲电压较高，使得ADC的设计更加困难。
[0005]数字多波束射频相控阵接收机的较大功耗造成散热问题，而器件过 热时可能导致器件损坏。较大的动态范围和较多的量化电平数，同时要求 较多的独立供电网络，意味着更多的封装引脚，要求更大的芯片封装，也 给系统的设计和集成造成巨大的挑战。
[0006]数字多波束射频相控阵接收机最麻烦的问题是大量的数字传输的连 线和由此产生的电磁干扰问题。每个接收通道必须有两个ADC，一个M行 N列的阵列需要2MN个ADC和高速接口。当阵列的单元数很大，这些高速 的信号线很难直接连到中心处理主机中去，尤其在毫米波或者是更高的频 率。这是因为在相控阵的实现方法中，天线之间的距离是半个波长，在此 狭小的面积里要放置所有的元器件和高速数字连线，造成极大的挑战。由 此而来的电磁干扰噪声，耦合到阵列的天线中去，将直接降低阵列的灵敏 度。
[0007]数字多波束射频相控阵接收机的方法是形成多个指向用户的波束使 得天线阵列在特定方向上的发射/接收信号相干叠加，而其他方向的信号 则相互抵消。
[0008]数字多波束形成的另一种方式是Massive MIMO的方式。Massive MIMO 可被视为更广泛意义上的波束形成的一种形式。Massive指天线阵列中的 大量天线单元数量；MIMO指多输入多输出系统。与数字多波束射频相控 阵接收机的方法相似，在Massive MIMO天线阵列中的每个天线与一个接 收通道相连接，接收通道则提供数字接口，即将天线上接收到的射频信号 下变频到基带信号，然后进行低通滤波，经过ADC变换器直接数字化，所 有的移相调幅都放到数字化后进行处理。Massive MIMO在实际系统中， 天线与用户终端，以及
反向传输的数据经过了周围环境的滤波。信号可能 会被建筑物和其他障碍物反射，这些反射会有相关的延迟、衰减和抵达方 向。天线与用户终端之间甚至可能没有直接路径。这些都通过数字化直接 求解，使得后面的运算量极大。
[0009]Massive MIMO如果采用相控阵式的紧凑集成方式，同样具有数字多 波束射频相控阵接收机的缺点。Massive MIMO如果采用非相控阵式的分 散分布方式，则需要更大的面积或空间，而且后面需要的数字信号处理部 分的功耗随着阵列单元数的增加而暴增，系统的实现更加庞大，成本大幅 度上升。
技术实现思路
[0010]本专利技术针对上述的技术问题，专利技术一种模数混合多波束接收阵列的 接收方法，在模数混合多波束接收阵列中生成主波束，方法如下：a)先形成第一维度的m列模拟K个多波束正交基带信号，步骤如下：n行 m列具有天线的模拟多波束接收单元202的接收阵列201，将并行的天线 接收到的射频信号转换成多波束移相调幅的基带信号320；模拟并行接口 总线203按列按波束的顺序连接多波束移相调幅的基带信号320，完成空 间域的一维波束形成，再对其做频域低通滤波，形成第一维度的m列模拟 K个多波束正交基带信号；b)形成二维波束栅网110，步骤如下：模拟数字信号混合处理单元204将 第一维度的m列模拟K个多波束正交基带信号进一步做频域低通滤波，以 去除在做模数变换时的混叠噪声和带外干扰；模拟数字信号混合处理单元 204对做过频域低通滤波的m列模拟K个多波束正交基带信号做模数转换， 形成并行多波束基带IQ信号409；第二维度多波束信号形成单元410对 并行多波束基带IQ信号409再做空间域的第二维度的波束形成，生成二 维波束栅网110；c)然后找到需要接收的需要信源和干扰源，并定义主波束，步骤如下：对 二维波束栅网110的交叉点做幅度检测；当交叉点做幅度超过分割阈值时， 将其定义为主波束。此处的“需要信源”或“需要信号”，分别指所需要 接收的有用信源或有用信号。
[0011]上述形成二维波束栅网110的过程可分解为L个时间上可分的子过 程，在每个子过程中产生一个二维K行波束子栅网，m列LxK行二维波束 栅网110的一个部分，然后存储在不同时间上产生的波束子栅网，合成为 二维波束栅网110。
[0012]利用多波束分析方法对所检测到的多个有效信源101/102和多个 干扰源103/104二维波束栅网上的空间量化，并把在二维波束栅网110 上大于分割阈值611的信源和干扰源设定为主波束。
[0013]利用多波束分析方法对主波束进行信号分析和分类，划分为信源主 波束120和干扰主波束121。
[0014]利用多波束分析方法对信源主波束120进行信号分析，划分出同源 信源主波束122和异源信源主波束123。
[0015]利用优化算法对所有独立信源主波束124，在多波束跟踪和干扰源消 除单元412中，进行信号同源信源主波束合并，并抑制来自异源信源主波 束123和干扰主波束121。
[0016]产生模拟多波束的方法是通过在模拟基带信号域上的并行移相和调 幅来实现。
[0017]产生模拟多波束的方法是通过在模拟射频信号域上的并行移相和调 幅来实现。
[0018]产生模拟多波束的方法是在通过改变本振信号的相位在下变频器中 实现。
[0019]可以对分割阈值611做动态调整，以控制主波束的数量，增加或降 低优化算法的复杂度，在接收信号质量和所需要的最小功耗之间做动态平 衡。
[0020]本专利技术的方法中可在一种模数混合多波束接收阵列系统200应用， 它包括n行m列具有天线的模拟多波束接收单元202的接收阵列201,m 列正交差分的模拟并行接口总线203,模拟数字信号混合处理单元204,数 字信号处理单元205,数字控制信号接口206本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模数混合多波束接收阵列的接收方法，其特征在于，在模数混合多波束接收阵列中生成主波束，方法如下：a)先形成第一维度的m列K个模拟多波束正交基带信号，步骤如下：n行m列具有天线的模拟多波束接收单元的接收阵列，将并行的天线接收到的射频信号转换成多波束移相调幅的基带信号；模拟并行接口总线按列按波束的顺序，连接多波束移相调幅的基带信号，完成空间域的一维波束形成，再对其做频域低通滤波，形成第一维度的m列K个模拟多波束正交基带信号；b)形成二维波束栅网，步骤如下：模拟数字信号混合处理单元，将第一维度的m列K个模拟多波束正交基带信号进一步做频域低通滤波，以去除在做模数变换时的混叠噪声和带外干扰；模拟数字信号混合处理单元，对做过频域低通滤波的m列K个模拟多波束正交基带信号做模数转换，形成并行多波束基带IQ信号；第二维度多波束信号形成单元，对并行多波束基带IQ信号再做空间域的第二维度波束形成，生成二维波束栅网；c)然后找到需要接收的需要信源和干扰源，并定义主波束，步骤如下：对二维波束栅网的交叉点做幅度检测；当交叉点的幅度超过分割阈值时，将其定义为主波束。2.根据权利要求1所述模数混合多波束接收阵列的接收方法，其特征在于，上述形成二维波束栅网的过程可分解为L个时间上可分的子过程，在每个子过程中产生一个二维K行波束子栅网，m列L
×
K行二维波束栅网的一个部分，然后存储在不同时间上产生的波束子栅网，合成为二维波束栅网。3.根据权利要求1所述模数混合多波束接收阵列...
【专利技术属性】
技术研发人员：穆丰浩，徐立，
申请(专利权)人：徐立，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。