一种自适应波束形成方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自适应波束形成权值的方法，包括步骤：在接收多路采样信号后，根据所述多路采样信号得到空间协方差矩阵估计和多路采样信号的信噪比；根据所述信噪比获得对角加载量，并根据对角加载量对空间协方差矩阵估计进行对角加载；将训练序列进行调制以得到期望信号，并将所述多路采样信号与期望信号进行相关运算以得到相关向量；根据所述经过对角加载后的空间协方差矩阵估计和所述相关向量生成自适应波束形成权值，并根据所述自适应波束形成权值对多路采样信号进行加权求和以输出一路自适应波束信号。本发明专利技术还相应提供一种自适应波束形成装置。借此，本发明专利技术可以在形成自适应波束的过程中减少计算量，提高波束形成的稳健性，并且实现简单。

Adaptive beam forming method and device

The invention discloses a beamforming weight method, which comprises the following steps: when receiving multiple sampling signals, the sampling signals are multiplexed according to the spatial covariance matrix estimation and multi sampling signal to noise ratio; according to the ratio obtained diagonal loading is the signal-to-noise, and according to the diagonal loading of the spatial covariance matrix estimation diagonal loading; the training sequence to obtain the desired signal, and the multi-channel sampling signal and the desired signal are calculated to obtain the relevant vector; according to the spatial covariance matrix estimation after the diagonal loading and the related beamforming weight vector is generated, and the formation of the weights of the multi-channel signals are weighted sum to output a Road adaptive beam signal based on the adaptive beamforming. The invention also provides an adaptive beam forming device accordingly. Therefore, the invention can reduce the amount of calculation in the process of forming an adaptive beam, improve the robustness of beamforming, and realize the simplicity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动通讯领域，尤其涉及一种自适应波束形成方法及装置。
技术介绍
近年来，随着无线通信用户数目的迅速增长，通信系统如GSM (Global System for Mobile communication,全球移动通信系统)的抗干扰问题受到越来 越多的关注。智能天线技术可以利用信号和干扰的空间传播特性不同，进行空域滤波， 增强信号和抑制干扰等。智能天线技术采用空间分离的多根天线组成天线阵， 每个阵元的接收信号经过适当的加权求和，实现定向接收。加权求和实质是调 整各路信号的幅度和相位，使期望信号相干叠加得到增强，而干扰相消得到抑 制。 一组加权向量对应一定的波束图案。智能天线中的自适应波束形成技术则 能够根据接收信号的特征自动调节加权向量，使波束图案的主瓣对准期望信号 方向，而波束零陷(或部分零陷)对准干扰方向，从而起到抑制干扰的作用。 对于上行接收，自适应波束形成技的性能决定了智能天线系统对通信系统的改 善程度。从20世纪90年代开始，人们对自适应波束形成技术在通讯中的应用 进行了大量理论研究。然而，由于实现复杂度以及稳健性等方面的原因，实际 应用还较少。Alexander Kuchar提出的一种基于DOA的实时智能天线处理器(A Real-Time DOA-Based Smart Antenna Processor, IEEE Transaction on Vehicular Technology,Vo1.51， pp.1279-1293，Nov.2002)，该实时智能天线处理器的自适应 波束形成方法包括如下首先对接收信号进行方位估计，接着判断各方向是期 望信号还是干扰，然后根据期望信号和干扰的方向分布设计波束形成的权值， 最后根据权值进行加权求和来形成自适应波束。该技术存在如下缺陷计算量大，实现复杂和稳健性差。中国专利技术专利CN1797985A公开了一种智能天线自适应波束形成及数据4解调方法，该方法实质上是一种对角加载的最小二乘波束形成方法，其对角加 载量为噪声功率。该方法通过对角加载可以避免对奇异矩阵求逆，提高自适应 波束形成的稳健性，但是该方法需要估计空间协方差矩阵的条件数，增大了计 算量，并且利用噪声功率进行对角加载时，若为高信干噪比，其采用的对角加 载量较小，波束形成存在不稳健的问题。综上可知，现有的自适应波束形成技术方案在实际使用上，显然存在不便 与缺陷，所以有必要加以改进。
技术实现思路
针对上述的缺陷，本专利技术的第一 目的在于提供一种自适应波束形成方法， 该方法可以在形成自适应波束的过程中减少计算量，提高波束形成的稳健性， 并且实现简单。本专利技术的第二目的在于提供一种自适应波束形成装置，该装置可以在形成 自适应波束的过程中减少计算量，提高波束形成的稳健性，并且实现简单。为了实现上述第一目的，本专利技术提供一种自适应波束形成权值的方法，所 述方法包括如下步骤A、 在接收多路采样信号后，根据所述多路采样信号得到空间协方差矩阵 估计和所述多路采样信号的信噪比；B、 根据所述信噪比获得对角加载量，并根据所述对角加载量对所述空间 协方差矩阵估计进行对角加载；C、 将训练序列进行调制以得到期望信号，并将所述多路采样信号与所述 期望信号进行相关运算以得到相关向量；D、 根据所述经过对角加载后的空间协方差矩阵估计和所述相关向量生成 自适应波束形成权值，并根据所述自适应波束形成权值对所述多路采样信号进 行加权求和以输出一路自适应波束信号。根据本专利技术自适应波束形成权值的方法，所述步骤B中，根据所述信噪 比自适应获取所述对角加载量；和/或所述信噪比为所述多路采样信号的平均信噪比。根据本专利技术自适应波束形成权值的方法，所述对角加载量与平均信噪比成 线性关系或非线性关系。根据本专利技术自适应波束形成权值的方法，所述对角加载量L根据公式丄二A^SVi /V^得到，其中，N为阵元数，SNR为平均信噪比。根据本专利技术自适应波束形成权值的方法，所述步骤B中的对角加载方法 包括将所述对角加载量与一单位对角阵相乘得到对角阵，并将所述空间协方 差矩阵估计与所述对角阵的矩阵和赋予所述空间协方差矩阵估计。根据本专利技术自适应波束形成权值的方法，所述步骤D中，根据所述经过对角加载后的空间协方差矩阵估计和所述相关向量按照最小均方误差准则生 成所述自适应波束形成权值。根据本专利技术自适应波束形成权值的方法，所述自适应波束形成权值^MA^按照公式^MMM 二 (良二) —if计算，其中，(&:)为经过对角加载后的空间协方差矩阵估计，e为相关向量。为了实现上述第二目的，本专利技术提供一种自适应波束形成装置，所述装置 中包括自适应波束形成模块，所述自适应波束形成模块进一步包括空间协方差矩阵估计子模块，用于在接收多路采样信号后，根据所述多路 采样信号得到空间协方差矩阵估计；采样信号的平均信噪比计算子模块，用于在接收多路采样信号后，根据所 述多路采样信号得到所述多路采样信号的信噪比；对角加载子模块，用于根据所述信噪比获得对角加载量，并根据所述对角加载量对所述空间协方差矩阵估计进行对角加载；训练序列调制子模块，用于将训练序列进行调制和符号旋转以得到期望信号；相关向量计算子模块，用于将所述多路采样信号与所述期望信号进行相关 运算以得到相关向量；自适应波束形成子模块，用于根据所述经过对角加载后的空间协方差矩阵 估计和所述相关向量生成自适应波束形成权值；加权求和子模块，用于根据所述自适应波束形成权值对所述多路采样信号 进行加权求和以输出一路自适应波束信号。根据本专利技术的自适应波束形成装置，所述对角加载子模块用于根据所述信 噪比自适应获取所述对角加载量，和/或用于将所述对角加载量与一单位对角阵相乘得到对角阵，并将所述空间协方差矩阵估计与所述对角阵的矩阵和赋予 所述空间协方差矩阵估计以实现对所述空间协方差矩阵估计的对角加载。根据本专利技术的自适应波束形成装置，所述自适应波束形成子模块用于根据 所述经过对角加载后的空间协方差矩阵估计和所述相关向量按照最小均方误 差准则生成所述自适应波束形成权值。根据本专利技术的自适应波束形成装置，进一步包括信号预处理模块，用于在本自适应波束形成装置接收上行多路信号后，对 该多路采样信号或对其中的一路采样信号进行预处理以得到基带信号，并对该 基带信号进行采样得到采样信号；和/或均衡解调模块，用于对所述加权求和子模块输出的一路自适应波束信号进 行均衡解调。本专利技术在接收多路采样信号后，根据所述多路采样信号得到空间协方差矩 阵估计和所述多路采样信号的平均信噪比；然后根据所述平均信噪比获得对角 加载量，并根据所述对角加载量对所述空间协方差矩阵估计进行对角加载；接 着将训练序列进行调制以得到期望信号，并将所述多路采样信号与所述期望信 号进行相关运算以得到相关向量；最后根据所述经过对角加载后的空间协方差 矩阵估计和所述相关向量生成自适应波束形成权值，并根据所述自适应波束形 成权值对所述多路采样信号进行加权求和以输出一路自适应波束信号。借此， 本专利技术简化了波束形成过程，减少了计算量，实现简单，并且极大的提高了波 束形成的稳健性。附图说明图1是本专利技术提供的自适应波束形成装置模块示意图2是本专利技术优选实施例中的自适应波束形成装置处理原理图3是本专利技术提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应波束形成方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：　Ａ、在接收多路采样信号后，根据所述多路采样信号得到空间协方差矩阵估计和所述多路采样信号的信噪比；　Ｂ、根据所述信噪比获得对角加载量，并根据所述对角加载量对所述空间协方差 矩阵估计进行对角加载；　Ｃ、将训练序列进行调制以得到期望信号，并将所述多路采样信号与所述期望信号进行相关运算以得到相关向量；　Ｄ、根据所述经过对角加载后的空间协方差矩阵估计和所述相关向量生成自适应波束形成权值，并根据所述自适应波 束形成权值对所述多路采样信号进行加权求和以输出一路自适应波束信号。

【技术特征摘要】
1、一种自适应波束形成方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤A、在接收多路采样信号后，根据所述多路采样信号得到空间协方差矩阵估计和所述多路采样信号的信噪比；B、根据所述信噪比获得对角加载量，并根据所述对角加载量对所述空间协方差矩阵估计进行对角加载；C、将训练序列进行调制以得到期望信号，并将所述多路采样信号与所述期望信号进行相关运算以得到相关向量；D、根据所述经过对角加载后的空间协方差矩阵估计和所述相关向量生成自适应波束形成权值，并根据所述自适应波束形成权值对所述多路采样信号进行加权求和以输出一路自适应波束信号。2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，根据所述 信噪比自适应获取所述对角加载量；和/或所述信噪比为所述多路采样信号的平均信噪比。3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对角加载量与平均信 噪比成线性关系或非线性关系。4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对角加载量L根据公式丄二7V.SA^/V^得到，其中，N为阵元数，SNR为平均信噪比。5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中的对角加载 方法包括将所述对角加载量与一单位对角阵相乘得到对角阵，并将所述空间 协方差矩阵估计与所述对角阵的矩阵和赋予所述空间协方差矩阵估计。6、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D中，根据所述 经过对角加载后的空间协方差矩阵估计和所述相关向量按照最小均方误差准 则生成所述自适应波束形成权值。7、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述自适应波束形成权值谗mv舰按照公式^mmm = —^计算，其中，(化)为经过对角加载后的空间协方差矩阵估计，e为相关向量。8、 一种采用如权利要求1 7任一项所述方法的自适应波束形成装置，其特征在于，所述装置中包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翼鹏，卢勤博，辛胜利，李金凤，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]