一种宽带信号空间分集合成方法技术

本发明专利技术公开了一种宽带信号空间分集合成方法，本发明专利技术采用基于权值算法的合成增益方法，利用各路信号之间的相关性和各路信号噪声的相互独立性，以信噪比最大的那路信号的噪声功率为基准，取加权值令各路信号的噪声功率一致，从而获得合成信号，该方法可以实时估计信噪比并更新信号加权值，简化了信号加权值运算的复杂度，从而提高了数据的处理速度，因此该算法更适应于较高数据速率的情况。本发明专利技术由于是在宽带信号解调后判决前进行的合成，能够有效提高接收信号的信噪比，同时可降低单个接收天线的口径，提高接收信号的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带信号空间分集合成方法
本专利技术涉及一种宽带信号空间分集合成方法，尤其涉及一种用于空间通信的宽带信号空间分集合成方法，属于通信

技术介绍
宽带信号的空间分集合成技术关键技术是多路信号的合成方法，美国的SignalCorpsEngineering实验室和Washington大学于1951年提出了空间分集、极化分集、频率分集等几种分集接收方式，由于当时计算机和数字电路还没有诞生，所以当时的分集技术具有很大的局限性，当时的分集只是在射频段和中频段进行，并且只是用于地面的广播通信系统中。但是当时已经提出空间分集是利用场强随空间的随机变化实现的，空间距离越大，多径传播的差异就越大，所接收场强的相关性就越小。两副天线之间的距离应该大于一定的值才能使两路信道的相关性较小，以保证较好的分集效果。但是由于当时技术的局限性只能通过模拟电路对两路信号的相位进行微调后对两路信号进行合并。随着近几十年来计算机技术与数字电路技术的飞速发展，目前的分集合并技术可以在射频段、中频段也可以在基带进行。RyszardJ.Katulski提出了三种分集增益的表达形式：选择合并增益、等增益合并增益、最大比合并增益。其中等增益合并即将各通道的信号以同样的权值进行合并，不能最大限度的降低噪声功率；选择式合并即选出信噪比最大的信号直接输出，没有利用信噪比较低的通道的有效信号；最大比合成增益往往采用LMS等算法，利用LMS算法即使输出的噪声功率最小，算法较复杂，并且该算法需要有收敛的过程，收敛速度会受到初值和步进值的影响。Xing-Peng，MaoJon和W.Mark利用相干检测和最大比合并技术得出：平均SNR与估计相位有关，而与幅度无关，合并技术只能获得分集增益，而极化本身所带来的增益是由极化向量本身得到的。NingKong在对极化分集的研究中提出了广义选择合并，此合并方式的上限是最大比合并，下限是传统的选择合并。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种宽带信号空间分集合成方法，简化了信号加权值运算的复杂度，且提高了运算速度。本专利技术的技术解决方案是：一种宽带信号空间分集合成方法，步骤如下：(1)首先在FPGA中设定2～4个通道作为信号合成的输入通道，每个通道分别配置一个信噪比估计模块，并设各个通道的初始加权系数wi为1，i＝2～4：(2)经过位同步和时差消除后的宽带信号进入步骤(1)设定的输入通道内，每个信噪比估计模块分别对输入的宽带信号进行采集，当采集到宽带信号的帧长等于设定的帧长值时，每个信噪比估计模块分别对采集的宽带信号进行信噪比估计运算，并将信噪比估计运算的结果送入权值运算模块；(3)权值运算模块将信噪比最大的宽带信号作为基准，对各通道的加权系数wi重新进行运算以使所有路宽带信号的噪声功率相同，其中信噪比最大的宽带信号对应通道的加权系数为1；(4)实时更新各通道的加权系数wi，由信号合成模块对加权后的各通道宽带信号进行合成输出。步骤(2)对采集的宽带信号进行信噪比估计运算的方法为：设输入的宽带信号Xi(n)为：Xi(n)＝Si(n)+Ni(n)，其中Si(n)为各路宽带信号的有效数据，Ni(n)为各路宽带信号的高斯白噪声，i＝2～4；(1)将各路宽带信号的有效数据Si(n)进行划分，分出大于零和小于零的有效数据，针对大于零和小于零的有效数据分别求出其均值Ei和方差(2)利用分别求出大于零和小于零有效数据的信噪比；(3)对步骤(2)得到的大于零和小于零有效数据的信噪比进行求平均运算，得到每一路宽带信号的信噪比。步骤(3)对各通道的加权系数wi重新进行运算的方法为：利用计算出各通道的加权系数wi，其中为信噪比最大的宽带信号的有效数据方差，为各路宽带信号的有效数据方差，信噪比最大的宽带信号对应通道的加权系数wi为1，i＝2～4。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：相比等增益合并、选择式合并和最大比合成，本专利技术采用基于权值算法的合成增益方法，利用各路信号之间的相关性和各路信号噪声的相互独立性，以信噪比最大的那路信号的噪声功率为基准，取加权值令各路信号的噪声功率一致，从而获得合成信号，该方法可以实时估计信噪比并更新信号加权值，简化了信号加权值运算的复杂度，从而提高了数据的处理速度，因此该算法更适应于较高数据速率的情况。本专利技术由于是在宽带信号解调后判决前进行的合成，能够有效提高接收信号的信噪比，同时可降低单个接收天线的口径，提高接收信号的可靠性。附图说明图1为本专利技术的实现原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步的详细描述。在对某一卫星进行空间通信时，地面信道通常采用多个天线进行接收，通常为2到4个，各通道信号之间有很强的相关性，噪声也是相互独立的。如图1所示，该方法的具体实现步骤如下：(1)首先在FPGA中设定2～4个通道作为信号合成的输入通道，每个通道分别配置一个信噪比估计模块，并设各个通道的初始系数wi为1，i＝2～4；(2)经过位同步和时差消除后的宽带信号(该宽带信号为经解调输出的基带信号)进入步骤(1)设定的输入通道内，每个信噪比估计模块分别对输入的宽带信号进行采集，当采集到宽带信号的帧长等于设定的帧长值时，每个信噪比估计模块分别对采集的宽带信号进行信噪比估计运算，并将信噪比估计运算的结果送入权值运算模块；(3)权值运算模块将信噪比最大的宽带信号作为基准，对各通道的加权系数wi重新进行运算以使所有路宽带信号的噪声功率相同，其中信噪比最大的宽带信号对应通道的加权系数为1；利用步骤(2)中得到的最大信噪比宽带信号的噪声功率和各路信号的噪声功率，对各路宽带信号进行缩放，其噪声功率等同于基准，可计算出各路信号的加权值wi。(4)实时更新各通道的加权系数wi，由信号合成模块对加权后的各通道宽带信号进行合成输出。步骤(2)对采集的宽带信号进行信噪比估计运算的方法为：设输入的宽带信号Xi(n)为：Xi(n)＝Si(n)+Ni(n)，其中Si(n)为各路宽带信号的有效数据，Ni(n)为各路宽带信号的高斯白噪声，i＝2～4；(1)将各路宽带信号的有效数据Si(n)进行划分，分出大于零和小于零的有效数据，针对大于零和小于零的有效数据分别求出其均值Ei和方差(2)利用分别求出大于零和小于零有效数据的信噪比；(3)对步骤(2)得到的大于零和小于零有效数据的信噪比进行求平均运算，得到每一路宽带信号的信噪比。同时求的平均值，即计算出各路宽信号的方差，即为噪声功率。步骤(3)对各通道的加权系数wi重新进行运算的方法为：利用计算出各通道的加权系数wi，也就是使各路宽带信号的方差(即噪声功率)等于信噪比最大的宽带信号的方差(噪声功率)，其中为信噪比最大的宽带信号的有效数据方差，为各路宽带信号的有效数据方差，信噪比最大的宽带信号对应通道的加权系数wi为1，i＝2～4。采用统计信号均值和方差的方法计算多路输入信号的信噪比(SNR)，根据求出的SNR，找出SNR最大的信号，以其噪声功率作基准，令其加权系数为1；对各路信号进行缩放，令其噪声功率等于信噪比最大的信号的噪声功率，根据信号的相关性和噪声的相互独立性，计算出其他各路信号的加权值wi。以两幅天线接收同一路卫星信号并合成为例，两路信号依次经过载波同步、位同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带信号空间分集合成方法，其特征在于步骤如下：(1)首先在FPGA中设定2～4个通道作为信号合成的输入通道，每个通道分别配置一个信噪比估计模块，并设各个通道的初始加权系数Wi为1，i＝2～4：(2)经过位同步和时差消除后的宽带信号进入步骤(1)设定的输入通道内，每个信噪比估计模块分别对输入的宽带信号进行采集，当采集到宽带信号的帧长等于设定的帧长值时，每个信噪比估计模块分别对采集的宽带信号进行信噪比估计运算，并将信噪比估计运算的结果送入权值运算模块；(3)权值运算模块将信噪比最大的宽带信号作为基准，对各通道的加权系数Wl重新进行运算以使所有路宽带信号的噪声功率相同，其中信噪比最大的宽带信号对应通道的加权系数为1；(4)实时更新各通道的加权系数Wi，由信号合成模块对加权后的各通道宽带信号进行合成输出。

【技术特征摘要】
1.一种宽带信号空间分集合成方法，其特征在于步骤如下：(1)首先在FPGA中设定2～4个通道作为信号合成的输入通道，每个通道分别配置一个信噪比估计模块，并设各个通道的加权系数wi为1，i＝2～4；(2)经过位同步和时差消除后的宽带信号进入步骤(1)设定的输入通道内，每个信噪比估计模块分别对输入的宽带信号进行采集，当采集到宽带信号的帧长等于设定的帧长值时，每个信噪比估计模块分别对采集的宽带信号进行信噪比估计运算，并将信噪比估计运算的结果送入权值运算模块；所述对采集的宽带信号进行信噪比估计运算的方法为：设输入的宽带信号Xi(n)为：Xi(n)＝Si(n)+Ni(n)，其中Si(n)为各路宽带信号的有效数据，Ni(n)为各路宽带信号的高斯白噪声，i＝2～4；(2.1)将各路宽带信号的有效数据Si(n)进行划分，分出大于零和小于零的有效数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：高超垒，魏耀都，战勇杰，宋振宇，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11