專利名稱：一種采用智能天線實現(xiàn)接收分集的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在無線通信系統(tǒng)中采用智能天線時的基帶接收分集處理方法及裝置。
背景技術(shù)：
移動通信環(huán)境下的電波傳播具有自由空間傳播損耗、陰影衰落以及多徑衰落等特點，其中多徑衰落對無線信道上傳輸?shù)男盘栍泻車?yán)重的影響，尤其是在高速無線通信系統(tǒng)中，傳輸信號的符號周期遠(yuǎn)小于多徑延時擴(kuò)展，這種情況下的延時擴(kuò)展會造成嚴(yán)重的符號間干擾(ISI)，在頻域表現(xiàn)為頻率選擇性衰落，使無線通信系統(tǒng)的性能受到嚴(yán)重惡化。
為了抵抗多徑衰落，通?？梢栽跓o線通信系統(tǒng)的接收端或發(fā)射端或接收與發(fā)射端采用分集技術(shù)。采用分集技術(shù)的基本原理是經(jīng)歷具有不同衰落特性的多徑信道的多徑信號，他們同時處于深衰落的概率是很小的，如果能分離出各多徑分量并進(jìn)行適當(dāng)合并，則可以大大提高無線鏈路的可靠性，最終提高無線通信系統(tǒng)的性能。
常見的分集技術(shù)包括時間分集、頻率分集、空間分集等。這三種分集方法分別利用多徑信號在時間、頻率、空間域上經(jīng)歷的信道具有不相關(guān)的衰落特性，在這三個域上分別提取出各多徑分量，然后利用各種合并技術(shù)對各多徑分量進(jìn)行合并。比如在CDMA系統(tǒng)中廣泛采用的rake接收機(jī)技術(shù)，就是采用了時間分集技術(shù)。而對于非CDMA系統(tǒng)，則不容易從時間域分離提取出各多徑分量，通常可以采用空間分集技術(shù)。
空間分集的常見形式就是天線分集，即在接收端或發(fā)射端采用多根天線。常見的天線分集又可以分為兩大類，一種是采用陣列天線，這種天線利用了多徑分量的角度信息，即利用到達(dá)陣列天線的各多徑分量的波達(dá)角不同，采用波束形成技術(shù)提取各多徑分量。這種天線對陣列的形狀(如線形、環(huán)形等)要求較高，且各陣元的間距較小，才能保證各陣元接收的信號是強(qiáng)相干的。所謂強(qiáng)相干即對于從某個波達(dá)角入射到陣列的同一信號，各陣元接收的信號只是相位不同，幅度是相同的。而各天線接收的信號的相位與天線陣列的形狀、間距及波達(dá)角有關(guān)。當(dāng)天線陣列的形狀及間距確定后，就只與波達(dá)角有關(guān)，選擇合適的加權(quán)向量對各個天線陣元接收的信號進(jìn)行加權(quán)合并后，即可提取出某個波達(dá)角方向的信號。利用這種陣列天線進(jìn)行分集處理的技術(shù)稱之為角度分集技術(shù)。另一種天線分集采用的天線陣列，對陣列的形狀沒有嚴(yán)格要求，但是要求天線陣元之間的距離足夠遠(yuǎn)，以保證各天線接收或發(fā)射的信號經(jīng)歷的信道是相互獨立的。這種天線陣列不需要利用多徑分量的角度信息，而是利用多個天線接收信號之間的獨立性，通過一定的合并原則將各個天線接收的信號進(jìn)行合并，從而獲得分集增益。
對于利用智能天線實現(xiàn)角度分集的技術(shù)，關(guān)鍵是如何利用陣列信號處理技術(shù)提取出各多徑分量，然后進(jìn)行合并處理。常見的處理方法有以下幾種一種方法是先利用波達(dá)角(DOA)估計技術(shù)估計出各多徑分量的波達(dá)角，然后根據(jù)估計出的波達(dá)角計算出相應(yīng)的波束形成權(quán)向量，利用波束形成技術(shù)分別提取出各多徑分量，然后進(jìn)行合并。這種方法對DOA估計的精度要求非常高，DOA估計的誤差對系統(tǒng)的性能影響比較大。
另一種方法是利用自適應(yīng)波束形成處理的方法，利用多個自適應(yīng)波束形成處理模塊，每個模塊提取和跟蹤一個多徑分量，然后進(jìn)行合并。這種方法能獲得較好的性能，但其計算復(fù)雜度隨天線陣元的增加及需提取的多徑分量數(shù)的增加而變得非常復(fù)雜。
還有一種方法是利用波束空間波束形成技術(shù)，即先對陣元接收的信號進(jìn)行固定多波束形成處理，然后依據(jù)波束的質(zhì)量指標(biāo)和一個門限值選擇出一個或多個波束信號，然后再對波束信號進(jìn)行合并或自適應(yīng)處理。這種方法可以降低第二種方法的計算復(fù)雜度，但其性能受波束選擇的方法的影響較大，且不容易分離出各多徑分量。
綜上所述，現(xiàn)有的采用智能天線實現(xiàn)接收分集的方法存在以下不足之處1.對于采用DOA估計的接收分集技術(shù)，對DOA估計誤差太敏感；2.對于利用自適應(yīng)波束形成處理實現(xiàn)接收分集的方法，其計算復(fù)雜度太高；3.對于利用基于波束空間波束形成處理實現(xiàn)接收分集的方法，目前的波束選擇原則不容易分離出多徑分量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用智能天線實現(xiàn)接收分集的方法，該方法在基帶對接收的信號進(jìn)行固定多波束形成處理，通過將波束信號與期望用戶的參考信號做相關(guān)來估計出多徑分量，并為估計出的每個多徑分量選擇相鄰的兩個波束，通過自適應(yīng)算法從兩個相鄰的波束中提取出各多徑分量，最后利用合并方法將各多徑分量合并為一路信號。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種實現(xiàn)上述方法的接收分集裝置。
本發(fā)明方法是這樣實現(xiàn)的一種采用智能天線實現(xiàn)接收分集的方法，包括以下步驟，a天線陣列接收無線信號，并將射頻信號轉(zhuǎn)換為待處理的基帶數(shù)字信號；b對步驟a的輸出信號，由固定多波束形成模塊進(jìn)行接收處理，輸出多個波束信號；c從步驟b輸出的多個波束信號中，通過相關(guān)運算估計出多個多徑分量的相對延時及其所在的波束，并為每個多徑分量選擇相鄰的兩個波束信號；d從步驟c為每個多徑分量選出的相鄰的兩個波束信號中，分別利用自適應(yīng)信號處理方法提取出各多徑分量；e對步驟d輸出的多徑分量進(jìn)行延遲校正后，通過合并算法將各多徑分量合并為一路信號。
步驟b所述由固定多波束形成模塊進(jìn)行接收處理的過程如下b1根據(jù)波束寬度φBW確定需生成的波束個數(shù)N，N＝2×(360/φBW)，所述波束寬度φBW由所選擇的天線陣列的類型及天線陣元個數(shù)決定，可以通過仿真實驗獲得；根據(jù)波束寬度φBW確定各波束的方向θk及相應(yīng)的波束形成權(quán)向量Wk，θk＝k×(φBW/2)，其中k＝1，2，...，N；Wk＝a(θk)，其中a(θk)是與方向θk相對應(yīng)的陣列導(dǎo)引矢量，由方向θk、天線陣列的類型及陣元的間距確定；b2根據(jù)步驟b1確定的各波束形成權(quán)向量Wk，分別對步驟a輸入的基帶數(shù)字信號進(jìn)行波束形成處理，輸出多個波束信號。
步驟c所述估計多個多徑分量的相對延時及其所在波束的方法如下c11對步驟b輸出的所有波束信號先分別與期望用戶的參考信號做相關(guān)運算，輸出相關(guān)值；然后在所有波束的相關(guān)值中搜索出最大相關(guān)峰值，該最大峰值所對應(yīng)的波束作為是包含估計出的第一徑分量的波束信號之一，最大峰值所對應(yīng)的相對延時作為估計出的第一徑分量的相對延時；c12在所有波束相關(guān)值中，在除了與估計出的第一徑分量的延時值之外的其他延時范圍內(nèi)，再次搜索出最大相關(guān)峰值，該最大峰值所對應(yīng)的波束作為是包含估計出的第二徑分量的波束信號之一，最大峰值所對應(yīng)的相對延時作為估計出的第二徑分量的相對延時；c13用同樣的方法估計出其他多徑分量的相對延時及包含該多徑分量的波束信號之一。
步驟c所述為每個多徑分量選擇相鄰的兩個波束信號的方法如下c21為每個多徑分量選擇的兩個相鄰的波束信號之一，即是步驟c11到c13中確定的包含估計出的各多徑分量的波束信號；c22為每個多徑分量選擇的另一個波束信號，從與步驟c21中確定的波束信號的兩個相鄰的波束信號中選擇，選擇的原則是比較這兩個波束在該多徑分量的相對延時處的相關(guān)值，選擇相關(guān)值較大的一個波束信號。
步驟d中對不同多徑分量做自適應(yīng)處理時，根據(jù)步驟c中估計出的不同多徑的相對延時選擇參考信號，對期望用戶的參考信號做相應(yīng)延時。所述的自適應(yīng)處理算法可以采用最小均方誤差算法(LMS)、迭代最小二乘算法(RLS)、采樣矩陣求逆算法(SMI)等。比如在訓(xùn)練序列比較短的情況下，可以采用收斂速度比較快的RLS、SMI算法等。
在提取出各多徑分量之后，經(jīng)過適當(dāng)延時校正，可以采用各種合并技術(shù)如選擇合并、等增益合并、最大比合并等，將他們合并為一路信號，送到后級處理單元做下一步處理。
本發(fā)明的一種接收分集裝置通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種接收分集裝置，包括天線陣列，多個下變頻及A/D模塊，固定多波束形成模塊，波束選擇模塊，多個自適應(yīng)波束形成模塊，延遲校正與合并模塊；天線陣列的每個天線陣元接收到的無線信號分別通過一個下變頻及A/D模塊轉(zhuǎn)換為基帶數(shù)字信號后送到固定多波束形成模塊，下變頻及A/D模塊的個數(shù)與天線陣列的陣元個數(shù)一致；所述固定多波束形成模塊包括多個波束形成器單元及波束形成權(quán)向量產(chǎn)生單元，所述的每個波束形成器單元分別對輸入的多路基帶數(shù)字信號進(jìn)行加權(quán)合并處理，產(chǎn)生多個波束信號，送到波束選擇模塊；所述波束形成權(quán)向量產(chǎn)生單元為每個波束形成器單元產(chǎn)生加權(quán)向量；所述波束選擇模塊還包括多個相關(guān)器單元，多徑估計單元及波束選擇單元，其中相關(guān)器單元的個數(shù)與輸入的波束個數(shù)一致；所述每個相關(guān)器單元分別對一路波束信號與期望用戶的參考信號做相關(guān)運算，輸出相關(guān)運算的值到多徑估計單元；所述多徑估計單元估計出多個多徑分量；所述波束選擇單元為每個多徑分量選擇相鄰的兩個波束信號；所述每個自適應(yīng)波束形成模塊從為每個多徑分量選出的相鄰的兩個波束信號中，分別提取出各多徑分量，輸出到延時校正與合并模塊；所述自適應(yīng)波束形成模塊的個數(shù)與希望提取的多徑個數(shù)一致；提取的多徑個數(shù)根據(jù)實際應(yīng)用的環(huán)境和要求確定，考慮到復(fù)雜度及對性能的改善程度，提取的多徑個數(shù)不超過4徑；所述延遲校正與合并模塊先對輸入的多徑分量進(jìn)行延遲校正，將校正后的各多徑分量合并為一路信號。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法有以下優(yōu)點1.比較容易根據(jù)實際需要形成和修改固定多波束形成網(wǎng)絡(luò)；2.在進(jìn)行波束選擇時，能準(zhǔn)確估計出多徑分量，并為每個多徑分量選擇波束；3.在利用自適應(yīng)算法提取各多徑分量時，由于每個自適應(yīng)處理模塊只需對兩個波束信號進(jìn)行處理，大大降低了自適應(yīng)處理的復(fù)雜度；4.與基于陣元空間的自適應(yīng)波束形成算法相比，本發(fā)明在進(jìn)行自適應(yīng)處理之前先利用固定多波束形成網(wǎng)絡(luò)對陣元信號進(jìn)行預(yù)處理，可以進(jìn)一步提供輸出信噪比(SNR)，從而提高系統(tǒng)性能。


圖1本發(fā)明設(shè)計的在OFDM系統(tǒng)中采用智能天線實現(xiàn)接收分集的框圖；圖2本發(fā)明實施例1波束選擇的示意圖；圖3圖1中自適應(yīng)波束形成處理模塊的構(gòu)成框圖；圖4利用全自適應(yīng)波束形成方法實現(xiàn)接收分集的框圖；圖5本發(fā)明方法與全自適應(yīng)波束形成方法實現(xiàn)接收分集時的誤碼率性能仿真圖。
具體實施例方式
為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實施例以及比較實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實施例表述的范圍。
實施例1下面以采用8陣元環(huán)形陣列天線的基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的OFDM無線通信系統(tǒng)為例，說明本發(fā)明的具體實施方式
。
在基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的OFDM無線通信系統(tǒng)中，訓(xùn)練序列分為短訓(xùn)練序列和長訓(xùn)練序列，其中短訓(xùn)練序列為包含10個相同的短訓(xùn)序列符號，每個符號的周期都是16；長訓(xùn)練序列為2個相同的長訓(xùn)序列符號，每個符號周期為64。在本發(fā)明的具體實施方式
中，在前5個短訓(xùn)符號時間內(nèi)進(jìn)行相關(guān)運算，并估計多徑分量的延遲及為每個多徑分量選擇相鄰的兩個波束信號。在后5個短訓(xùn)符號時間內(nèi)做自適應(yīng)波束形成處理，用于計算自適應(yīng)波束形成的權(quán)向量。而兩個長訓(xùn)練序列符號用于進(jìn)行信道估計。在有效數(shù)據(jù)符號期間，保持為每個多徑分量選擇的波束及自適應(yīng)波束形成的權(quán)向量不變，直到下一幀數(shù)據(jù)開始時，才重新選擇波束及計算波束形成權(quán)向量。
下面結(jié)合附圖對本實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖1所示，采用8陣元環(huán)形天線時，M＝8。8個天線陣元11-1，11-2，…，11-M等接收到OFDM無線信號，分別通過8個下變頻及A/D電路12-1，12-2，…，12-M等變換為8路基帶數(shù)字信號，如圖中X1，X2，…，XM所示。在固定多波束形成模塊20中，分別利用各固定方向的波束形成權(quán)向量Wk對輸入的8路基帶數(shù)字信號X1，X2，…，XM進(jìn)行加權(quán)合并，形成多個波束信號Y1，Y2，…，YN。對于8陣元環(huán)形陣列天線，其波束寬度約為40度，因此需形成的波束信號個數(shù)N＝2×(360/20)＝18，各波束的方向分別為θk＝20×k，k＝1，2，…，18。波束形成權(quán)向量Wk＝a(θk)，a(θk)為各波束方向的導(dǎo)引矢量，對于圓形等間距陣列(UCA)，a(θk)＝[ej1，ej2，...，ejM1]T，其中 R為圓環(huán)形陣列的半徑。
固定多波束形成模塊13生成的18個波束信號，一方面送入波束選擇模塊14-1中，另一方面送入相關(guān)運算、多徑延時估計及波束選擇機(jī)制模塊14-2中進(jìn)行相關(guān)運算、多徑估計運算及生成波束選擇控制信號，控制波束選擇模塊14-1為每個多徑分量選擇相鄰的兩個波束。
模塊14-2的各項功能是這樣實現(xiàn)的在前5個短訓(xùn)序列符號期間，將18個波束信號Y1，Y2，…，YN分別與期望用戶的參考短訓(xùn)符號做相關(guān)運算，相關(guān)運算周期為16(因此相對延時可劃分為0，1，…，15)。為了提高多徑估計的準(zhǔn)確性，對5個相關(guān)周期內(nèi)的相關(guān)值按符號周期求平均，18個波束信號在16個相對延時處的相關(guān)值可以構(gòu)成一個18×16的相關(guān)值矩陣，其中每一行是一個波束信號在不同相對延遲時的相關(guān)值。在這個相關(guān)值矩陣內(nèi)，搜索出最大相關(guān)峰值，其對應(yīng)的相對延遲值及所在的波束作為選擇的第一個多徑分量的相對延遲值及包含該多徑分量的波束信號之一；在所有波束信號的剩下的相對延時值范圍內(nèi)，再次搜索出最大相關(guān)峰值，其對應(yīng)的相對延遲值及所在的波束作為選擇的第二個多徑分量的相對延遲值及包含該多徑分量的波束信號之一；用同樣的方法可以估計出其他多徑分量的相對延遲值及包含該多徑分量的波束信號之一。如圖1所示為提取3個多徑分量的情形。
在估計出3個多徑分量的相對延時及包含各多徑分量的波束信號之一后，需要按如下方式為每個多徑分量選擇兩個相鄰的波束對于每個多徑分量，前一步估計出的包含該多徑分量的波束信號即作為選出的第一個波束；第二個波束從與選擇出的第一個波束左右相鄰的兩個波束中選擇，具體是比較這兩個波束在該多徑分量的相對延時值處的相關(guān)值的大小，選擇相關(guān)值大的一個波束。
如圖2所示，本實施例每個多徑分量選擇相鄰的兩個波束。假設(shè)多徑分量在0～360度波達(dá)角范圍內(nèi)隨機(jī)分布，圖2中表示出了3個多徑分量21、22、23。在每隔1/2波束寬度方向上形成一個波束信號，這樣所有波束可以覆蓋整個360度的波達(dá)角范圍。從圖2可以看出，每個多徑分量都包含在兩個相鄰的波束信號內(nèi)。實際的波束方向圖具有旁瓣，為了更清楚說明該算法思想而未畫出其旁瓣。為了選擇出這兩個相鄰的波束，通過將波束信號與期望用戶的參考信號做相關(guān)運算。如圖2所示，為3個多徑分量21、22、23選擇出的相鄰波束信號分別為21-1、21-2，22-1、22-2及23-1、23-2。
模塊14-2為每個多徑分量選出包含該多徑分量的兩個相鄰的波束后，控制波束選擇模塊14-1實現(xiàn)波束信號選擇，輸出到后面的自適應(yīng)波束形成處理模塊。波束選擇模塊14-1可以看成是一個切換開關(guān)矩陣，其功能是從輸入的18個波束中，分別為3個多徑分量選擇兩個相鄰的波束信號。功能的實現(xiàn)靠模塊14-2輸出的控制信號。
波束選擇模塊14-1為3個多徑分量分別選出兩個相鄰的波束信號后，分別送到后面的3個自適應(yīng)波束形成模塊15-1，15-2和15-3中。這3個模塊分別通過自適應(yīng)算法從輸入的兩個信號中提取出各多徑分量。
圖3給出了自適應(yīng)波束形成處理模塊結(jié)構(gòu)框圖。在自適應(yīng)權(quán)向量生成模塊34中，利用一定的自適應(yīng)算法計算出加權(quán)權(quán)值w1和w2。輸入的兩路信號分別通過乘法器31和32與相應(yīng)的權(quán)值相乘后，再通過加法器33合并，即可將多徑分量從輸入的兩個波束信號中提取出來。計算權(quán)向量的常見的自適應(yīng)算法有最小均方誤差算法(LMS)、迭代最小二乘算法(RLS)、采樣矩陣求逆算法(SMI)等。在本實施例中，由于訓(xùn)練序列較短，只有5個短訓(xùn)符號，共80個采樣數(shù)據(jù)，因此可以選用收斂速度較快的SMI算法。
在圖1中，自適應(yīng)波束形成模塊15-1、15-2和15-3分別提取出的3多徑分量，送入延時校正與合并模塊16中。在模塊16中，先對3個多徑分量進(jìn)行延時校正，然后通過等增益合并算法將這3個多徑分量合并為一路信號輸出。該合并算法也可采用最大比合并算法等算法。
合并后的信號由FFT及解調(diào)解碼模塊17做下一步處理。
比較實施例比較實施例的實現(xiàn)框圖如圖4所示。比較實施例與前面所述根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的實施例1的最大區(qū)別是估計多徑分量的方法及提取每個多徑分量的方法不同。具體為比較實施例中直接從所有陣元的基帶數(shù)字信號中估計多徑分量，并將估計出的各多徑分量的延時信息分配到多個自適應(yīng)波束形成模塊中。每個自適應(yīng)波束形成模塊通過自適應(yīng)處理算法從所有陣元的基帶數(shù)字信號中提取出各多徑分量。
如圖4所示，8個天線陣元41-1，41-2，…，41-M接收到無線信號后，通過8個下變頻與A/D模塊42-1，42-2，…，42-M將射頻信號變換為8路基帶數(shù)字信號，這8路信號一方面送到相關(guān)運算、多徑延時估計與分配模塊44，另一方面送到3個自適應(yīng)波束形成模塊45-1，45-2，45-3中。模塊44估計出3個多徑分量的延時信息后，分配到3個自適應(yīng)波束形成模塊中。每個自適應(yīng)波束形成模塊與圖3的結(jié)構(gòu)類似，只是輸入的信號個數(shù)為8路，而不是如圖3所示的2路。3個自適應(yīng)波束形成模塊45-1，45-2，45-3分別根據(jù)模塊3輸入的延時信息，從輸入的8路信號中利用自適應(yīng)算法提取出3個多徑分量。這3個多徑分量送到延時校正與合并模塊46進(jìn)行延時校正后，利用合并算法合并為一路信號，輸出到模塊47做下一步處理。
圖5是實施例1與比較實施例1在由matlab軟件構(gòu)成的仿真平臺上的性能仿真結(jié)果。仿真的條件是按照802.11標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建采用8陣元環(huán)形陣列天線的OFDM無線通信系統(tǒng)，OFDM系統(tǒng)的參數(shù)符合802.11標(biāo)準(zhǔn)，如采用64點FFT，數(shù)據(jù)調(diào)制采用16QAM，每幀數(shù)據(jù)包含10個周期為16的短訓(xùn)符號，2個周期為64的長訓(xùn)符號及40個數(shù)據(jù)符號等。天線陣列接收的信號分別采用實施例1和比較實施例1的方法在時域合并為一路信號，然后再進(jìn)行FFT變換及后續(xù)的解調(diào)解碼操作。仿真的信道環(huán)境有兩種，一種是具有12個多徑分量，另一種具有4個多徑分量，每個多徑分量的幅度服從瑞利衰落，每個多徑分量的波達(dá)角(DOA)服從0到360度范圍內(nèi)的均勻分布。自適應(yīng)算法都采用SMI算法。
圖5中的曲線51，52，53，54分別表示曲線51表示比較實施例1所述方法在多徑分量個數(shù)為12徑的信道環(huán)境中的系統(tǒng)誤碼率(BER)性能與輸入信噪比(SNR)的關(guān)系；曲線52表示比較實施例1所述方法在多徑分量個數(shù)為4徑的信道環(huán)境中的系統(tǒng)誤碼率(BER)性能與輸入信噪比(SNR)的關(guān)系；曲線53表示實施例1所述方法在多徑分量個數(shù)為12徑的信道環(huán)境中的系統(tǒng)誤碼率(BER)性能與輸入信噪比(SNR)的關(guān)系；曲線54表示實施例1所述方法在多徑分量個數(shù)為4徑的信道環(huán)境中的系統(tǒng)誤碼率(BER)性能與輸入信噪比(SNR)的關(guān)系；從圖5中可以看出，比較實施例1的方法在兩種信道環(huán)境下的性能都不如本發(fā)明的實施例1的方法，而且比較實施例1的方法在信道中多徑分量增加時，性能惡化嚴(yán)重，而本發(fā)明的實施例1的方法在信道中多徑分量增加時，性能基本保持不變。這充分說明本發(fā)明方法在多徑環(huán)境中比現(xiàn)有方法具有更好的性能，而且在多徑環(huán)境中具有更強(qiáng)的魯棒性。
需要說明的是，本發(fā)明方法不局限用于OFDM無線通信系統(tǒng)中，也可用于其他無線通信系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.一種采用智能天線實現(xiàn)接收分集的方法，所述方法包括以下步驟，a天線陣列接收無線信號，并將射頻信號轉(zhuǎn)換為待處理的基帶數(shù)字信號；b對步驟a的輸出信號，由固定多波束形成模塊進(jìn)行接收處理，輸出多個波束信號；c從步驟b輸出的多個波束信號中，通過相關(guān)運算估計出多個多徑分量的相對延時及其所在的波束，并為每個多徑分量選擇相鄰的兩個波束信號；d從步驟c為每個多徑分量選出的相鄰的兩個波束信號中，分別利用自適應(yīng)信號處理方法提取出各多徑分量；e對步驟d輸出的多徑分量進(jìn)行延遲校正后，通過合并算法將各多徑分量合并為一路信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b所述由固定多波束形成模塊進(jìn)行接收處理的方法如下b1根據(jù)波束寬度φBW確定需生成的波束個數(shù)N，N＝2×(360/φBW)，所述波束寬度φBW由所選擇的天線陣列的類型及天線陣元個數(shù)決定，可以通過仿真實驗獲得；根據(jù)波束寬度φBW確定各波束的方向θk及相應(yīng)的波束形成權(quán)向量Wk，θk＝k×(φBW/2)，其中k＝1，2，...，Wk＝a(θk)，其中a(θk)是與方向θk相對應(yīng)的陣列導(dǎo)引矢量，由方向θk、天線陣列的類型及陣元的間距確定；b2根據(jù)步驟b1確定的各波束形成權(quán)向量Wk，分別對步驟a輸入的基帶數(shù)字信號進(jìn)行波束形成處理，輸出多個波束信號。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟c所述估計多個多徑分量的相對延時及其所在波束的方法如下c11對步驟b輸出的所有波束信號先分別與期望用戶的參考信號做相關(guān)運算，輸出相關(guān)值；然后在所有波束的相關(guān)值中搜索出最大相關(guān)峰值，該最大峰值所對應(yīng)的波束作為是包含估計出的第一徑分量的波束信號之一，最大峰值所對應(yīng)的相對延時作為估計出的第一徑分量的相對延時；c12在所有波束相關(guān)值中，在除了與估計出的第一徑分量的延時值之外的其他延時范圍內(nèi)，再次搜索出最大相關(guān)峰值，該最大峰值所對應(yīng)的波束作為是包含估計出的第二徑分量的波束信號之一，最大峰值所對應(yīng)的相對延時作為估計出的第二徑分量的相對延時；c13用同樣的方法估計出其他多徑分量的相對延時及包含該多徑分量的波束信號之一。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟c所述為每個多徑分量選擇相鄰的兩個波束信號的方法如下c21為每個多徑分量選擇的兩個相鄰的波束信號之一，即是步驟c11到c13中確定的包含估計出的各多徑分量的波束信號；c22為每個多徑分量選擇的另一個波束信號，從與步驟c21中確定的波束信號的兩個相鄰的波束信號中選擇，選擇的原則是比較這兩個波束在該多徑分量的相對延時處的相關(guān)值，選擇相關(guān)值較大的一個波束信號。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟d中對不同多徑分量做自適應(yīng)處理時，根據(jù)步驟c中估計出的不同多徑的相對延時選擇參考信號，對期望用戶的參考信號做相應(yīng)延時。
6.一種采用智能天線實現(xiàn)接收分集的裝置，其特征在于包括天線陣列，多個下變頻及A/D模塊，固定多波束形成模塊，波束選擇模塊，多個自適應(yīng)波束形成模塊，延遲校正與合并模塊；由多個天線陣元組成天線陣列，每個天線陣元接收到的無線信號分別通過一個下變頻及A/D模塊轉(zhuǎn)換為基帶數(shù)字信號后送到固定多波束形成模塊，下變頻及A/D模塊的個數(shù)與天線陣列的陣元個數(shù)一致；所述固定多波束形成模塊包括多個波束形成器單元及一個波束形成權(quán)向量產(chǎn)生單元，所述的每個波束形成器單元分別對輸入的多路基帶數(shù)字信號進(jìn)行加權(quán)合并處理，產(chǎn)生多個波束信號，送到波束選擇模塊；所述波束形成權(quán)向量產(chǎn)生單元為每個波束形成器單元產(chǎn)生加權(quán)向量；所述波束選擇模塊包括多個相關(guān)器單元，多徑估計單元及波束選擇單元，其中相關(guān)器單元的個數(shù)與輸入的波束個數(shù)一致；所述每個相關(guān)器單元分別對一路波束信號與期望用戶的參考信號做相關(guān)運算，輸出相關(guān)運算的值到多徑估計單元；所述多徑估計單元根據(jù)相關(guān)值估計出多個多徑分量的延時及各多徑分量所在的波束；所述波束選擇單元為每個多徑分量選擇相鄰的兩個波束信號；所述每個自適應(yīng)波束形成模塊從為每個多徑分量選出的相鄰的兩個波束信號中，分別提取出各多徑分量，輸出到延時校正與合并模塊；所述自適應(yīng)波束形成模塊的個數(shù)與提取的多徑個數(shù)一致；所述延遲校正與合并模塊先對輸入的多徑分量進(jìn)行延遲校正，將校正后的各多徑分量合并為一路信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用智能天線實現(xiàn)接收分集的裝置，其特征在于所述提取的多徑個數(shù)不超過4徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用智能天線實現(xiàn)接收分集的方法及裝置。該方法利用天線陣列接收到無線信號后，先通過下變頻和A/D變換到基帶，然后經(jīng)過固定多波束形成模塊，形成多個波束信號；利用相關(guān)處理、多徑估計及波束選擇模塊，估計出多個多徑分量，并為每個多徑分量選擇相鄰的兩個波束信號；然后通過多個自適應(yīng)波束形成處理模塊，分別從兩個相鄰波束中提取出各多徑分量；最后通過延時校正與合并模塊，將各多徑分量合并成一路信號，然后送到后續(xù)的模塊做下一步處理。該裝置主要包括多個下變頻及A/D模塊，固定多波束形成模塊，波束選擇模塊；本發(fā)明在保持較低計算復(fù)雜度的條件下提高多徑衰落環(huán)境下接收系統(tǒng)的性能，在實際工程中具有較好的使用價值。
文檔編號H04B1/16GK101013916SQ20071002673
公開日2007年8月8日 申請日期2007年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月5日
發(fā)明者劉圣海, 馮穗力, 葉梧 申請人:華南理工大學(xué)