CN1549473B - 一种适用于宽带码分多址系统中的波束形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于宽带码分多址系统中的波束形成方法，包括：对阵列信号进行空域处理，所述阵列信号是时延对齐的基带信号X，包括：对每个帧，在第一个时隙的导频位期间，用已知的上行信道导频符号的重扩加扰符号作为参考信号r，和所述基带信号X进行互相关运算，得到互相关矩阵rxr＝E[Xr*]，计算出次最优权值，直到第一个时隙的所有导频位结束；在信息符号位和其它时隙的导频位期间，以所述次最优权值为初值，分别以解扩解扰的信息符号位的重扩加扰信号和已知导频位的重扩加扰信号为参考信号，根据最小均方误差准则进行迭代，求出自适应次最优权值W＝rxr；用所述自适应次最优权值W进行波束形成，得到Y＝W×X。本发明使系统构成简化，技术难度和运算量大大降低。
Description
技术领域
本发明涉及宽带码分多址系统，特别是涉及一种智能天线基站的自适应波束形成方法。
背景技术
宽带码分多址WCDMA是第三代通讯技术，因其与前两代通讯技术相比，具有更好的保密性、更高的传输速率等性能，所以成为通讯系统发展的潮流。由于码分多址系统是一个干扰限制系统，多址干扰的存在会严重影响系统性能，因此如何有效抑制多址干扰(MAI)是第三代移动通信研究的关键。利用有用信号和干扰信号在信号结构、空间和时间上的传播特性等方面的差异，目前提出的主要有两种多址干扰抑制技术：智能无线和多用户检测。而智能天线技术是WCDMA系统的关键技术，它有助于对抗干扰、增加系统容量和增大小区覆盖面积。智能天线目前有两种实现方式：自适应方式和预多波束方式，虽然无论从理论上还是工程实践上自适应天线的实现都比预多波束天线复杂得多，但是自适应天线会得到更好的性能。自适应方式中，对应天线权值或者说是波束形状可依据一定的空时二维自适应算法进行任意调整，从而对当前的传输环境进行最大可能匹配，相应的智能天线接收波束可以是任意指向的，这样可使波束最大指向对准期望用户，而使波束的零陷对准干扰用户，获得更高的处理增益。而在预多波束中各权值只能从预先规定好的几组值中挑选，某一时刻的智能天线工作模式只能从预先设计好的几个波束中选择，不是任意指向的，因而只可能对当前传输环境进行部分匹配，从理论角度讲不是最优的。
因此，智能天线系统中最核心的技术就是自适应波束形成技术，智能天线系统对通信系统的改善程度主要取决于自适应波束形成方法的性能，目前提出了各种不同的自适应波束形成方法，如恒模算法，但该算法是一种全盲算法，没有利用WCDMA协议所规定的导频位，是一种资源的浪费；还有其它一些波束形成算法，如码滤波和级联训练方法，在运算过程中都涉及大型矩阵相乘和求逆的运算，复杂程度和运算量过大，不易于硬件实现。目前，还没有根本解决上述问题的技术方案。
发明内容
本发明正是为了克服上述现有技术中存在的问题，而提出一种适用于宽带码分多址系统中的自适应波束形成方法，以达到减少运算量，降低运算复杂程度，同时提高处理精度和速度。
为了达到所述发明目的，本发明提供一种适用于宽带码分多址系统中的波束形成方法，它包括下列步骤：
对阵列信号进行空域处理，所述阵列信号是时延对齐的基带信号X，包括：对每个帧，
在第一个时隙的导频位期间，用已知的上行信道导频符号的重扩加扰符号作为参考信号r，和所述基带信号X进行互相关运算，得到互相关矩阵
计算出次最优权值，直到第一个时隙的所有导频位结束；
在信息符号位和其它时隙的导频位期间，以所述次最优权值为初值，分别以解扩解扰的信息符号位的重扩加扰信号和已知导频位的重扩加扰信号为参考信号，根据最小均方误差准则进行迭代，求出自适应次最优权值用所述自适应次最优权值W进行波束形成，得到Y＝W×X；
其中，根据最小均方误差准则进行迭代，求出自适应次最优权值用所述自适应次最优权值W进行波束形成，得到Y＝W×X包括：
把第一个时隙的导频位结束时的权值输入到相乘器，与所述基带信号X相乘，得到每个阵元的波束形成信号，把每个阵元的波束形成信号通过加法器合成一路信号，再把这个信号分别输入到重扩迭代模块的计算迭代误差模块和时域处理模块的解扰模块，其中，输入到重扩迭代模块的计算迭代误差模块的信号，作为计算误差时的被减向量；输入到时域处理模块的解扰模块的信号解扰后分成I路数据和Q路数据，所述Q路数据进入解扩模块；利用信道估计和补偿模块对解扩后数据进行处理，再进行判决，得到的符号比特输入到重扩迭代模块；
当当前时刻为信息符号位期间，将所述判决后得到的符号比特经过重扩、加扰后输入到重扩迭代模块的计算迭代误差模块，和先前输入的加法器信号相减，得到误差信号，输入到空域波束形成模块的计算新权值模块中；
当当前时刻为其它时隙的导频位期间，由已知的上行信道导频位的重扩加扰信号作为重扩迭代模块的计算迭代误差模块的一个输入，和先前输入的加法器信号相减，得到误差信号，输入到空域波束形成模块的计算新权值模块中；
判断用所述计算新权值模块输出的权值进行波束形成得到的迭代误差是否在收敛门限之内；如否，则返回对阵列信号进行空域处理步骤；如是，则保存所述权值作为所述自适应次最优权值W，用来进行波束形成。
本发明能够带来的积极效果是，采用本发明提供的方法实现自适应波束形成，不仅会使系统构成简化，技术难度和运算量大大降低，研发周期缩短，而且能使宽带码分多址系统智能天线基站处理的性能大大提高，方便工程实现。
本发明将结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本发明的目的，技术特征及积极效果有更深入的理解。
附图说明
图1本发明的整体流程图；
图2本发明的基于最小均方误差准则的导频位辅助解扩重扩多目标阵列算法结构图。
具体实施方式
如图1所示，流程开始，步骤101；首先，在第一个时隙的导频位期间，用已知的上行信道导频符号的重扩加扰符号作为参考信号，和时延对齐的当前信息位的阵列接收矢量X进行互相关运算，求出次最优权值，在每帧的第一个时隙的导频位期间，将导频信号扩频加扰之后的信号作为参考信号r，求阵列接收的导频信号X和参考信号r的互相关矩阵根据最小均方误差准则求出的近似解作为自适应次最优权值及用上面两步计算出来的权值
进行波束形成Y＝W×X，Y是时域处理模块22和重扩迭代模块23的输入，步骤102；对波束形成的信号进行解扰、解扩，在信息符号位和其它时隙的导频位期间，以次最优权值为初值，分别以解扰解扩的信息符号位的重扩加扰信号和已知导频位的重扩加扰信号为参考信号，进行LMS(最小均方算法)迭代，求出权值，步骤103；判断最小均方误差是否在收敛门限之内，步骤104；如果不满足，则重复执行步骤102、步骤103；如果误差满足要求，则保存该权值，用来波束形成该时隙的信号数据，步骤105；用收敛权值波束形成后，解扰解扩上行信道的I路数据，完成信息的接收，统计并输出信噪比，步骤106；最后流程结束，步骤107。
如图2所示，为本发明所提供的基于最小均方误差准则的导频位辅助解扩重扩多目标阵列自适应算法实现的原理图，该图所示为针对单个用户单条路径的波束形成，对于多路径和多用户可将其所包含的单个用户单条路径作叠加。该图的具体说明如下：阵列接收的信号经过射频前端和基带转换成为基带信号，在基带进行自适应处理。基带信号由于空间信道的影响，会产生时延扩展和角度扩展等性能的变化，首先假定阵列接收信号是时延对齐的基带信号214，接下来，我们将针对214进行算法处理。在第一个时隙的导频位期间，由已知导频位重扩加扰的信号234作为参考信号，和基带信号214一起求互相关矩阵，计算出次最优权值，直到第一个时隙的所有导频位结束；把第一个时隙的导频位结束时的权值输入到相乘器211，把每个阵元的波束形成信号通过加法器212合成一路信号，再把这个信号分解成两路信号，一路输入到重扩迭代模块23的计算迭代误差模块233，作为计算误差时的被减向量，另一路输入到时域处理模块22的解扰模块221，解扰后的数据的Q路数据进入解扩模块222，解扩出来的数据单位是比特，可利用信道估计和补偿模块223，224对解扩数据进行处理，减少信道的影响，判决225后的数据为1，-1，...的符号比特，输入到重扩迭代模块23；当当前时刻为信息位期间，由时域处理模块22输入的符号比特经过重扩模块231、加扰模块232后输入到计算迭代误差模块233，和先前输入的加法器212信号相减，得到误差信号，输入到空域波束形成模块21的计算新权值模块213中；当当前时刻为其它时隙的导频位期间，由已知导频位的重扩加扰信号235作为计算迭代误差模块233的一个输入，和先前输入的加法器212信号相减，得到误差信号，输入到空域波束形成模块21的计算新权值模块213中。输入到计算新权值模块213的信号和时延对齐的信号214，基于最小均方误差准则，迭代，求出权值，如果用这个权值进行波束形成的迭代误差满足要求，则对此波束形成的数据解扰、解扩、信道估计补偿和RAKE合并，进行输出。
Claims (2)
1.一种适用于宽带码分多址系统中的波束形成方法，所述波束形成方法，包括以下步骤：
对阵列信号进行空域处理，所述阵列信号是时延对齐的基带信号X，包括：对每个帧，
在第一个时隙的导频位期间，用已知的上行信道导频符号的重扩加扰符号作为参考信号r，和所述基带信号X进行互相关运算，得到互相关矩阵
计算出次最优权值，直到第一个时隙的所有导频位结束；
在信息符号位和其它时隙的导频位期间，以所述次最优权值为初值，分别以解扩解扰的信息符号位的重扩加扰信号和已知导频位的重扩加扰信号为参考信号，根据最小均方误差准则进行迭代，求出自适应次最优权值用所述自适应次最优权值W进行波束形成，得到Y＝W×X；
其中，根据最小均方误差准则进行迭代，求出自适应次最优权值
用所述自适应次最优权值W进行波束形成，得到Y＝W×X包括：
把第一个时隙的导频位结束时的权值输入到相乘器，与所述基带信号X相乘，得到每个阵元的波束形成信号，把每个阵元的波束形成信号通过加法器合成一路信号，再把这个信号分别输入到重扩迭代模块的计算迭代误差模块和时域处理模块的解扰模块，其中，输入到重扩迭代模块的计算迭代误差模块的信号，作为计算误差时的被减向量；输入到时域处理模块的解扰模块的信号解扰后分成I路数据和Q路数据，所述Q路数据进入解扩模块；利用信道估计和补偿模块对解扩后数据进行处理，再进行判决，得到的符号比特输入到重扩迭代模块；
当当前时刻为信息符号位期间，将所述判决后得到的符号比特经过重扩、加扰后输入到重扩迭代模块的计算迭代误差模块，和先前输入的加法器信号相减，得到误差信号，输入到空域波束形成模块的计算新权值模块中；
当当前时刻为其它时隙的导频位期间，由已知的上行信道导频位的重扩加扰信号作为重扩迭代模块的计算迭代误差模块的一个输入，和先前输入的加法器信号相减，得到误差信号，输入到空域波束形成模块的计算新权值模块中；
判断用所述计算新权值模块输出的权值进行波束形成得到的迭代误差是否在收敛门限之内；如否，则返回对阵列信号进行空域处理步骤；如是，则保存所述权值作为所述自适应次最优权值W，用来进行波束形成。
2.如权利要求1所述的一种适用于宽带码分多址系统中的波束形成方法，其特征在于所述对阵列信号进行空域处理是针对单个用户单条路径的，而多路径和多用户是所述单个用户单条路径的结果的叠加。
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