專利名稱：一種多用戶無(wú)線通信系統(tǒng)中波束形成的目標(biāo)辨識(shí)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多用戶無(wú)線通信領(lǐng)域，具體涉及多用戶無(wú)線通信系統(tǒng)中波束形成的目 標(biāo)辨識(shí)方法。
背景技術(shù)：
波束形成是無(wú)線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。其優(yōu)勢(shì)在于可以抑制干擾，提高接 收信號(hào)信干噪比。在波束形成的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，通過(guò)波達(dá)方向(DOA，Direction of Arrival) 估計(jì)雖然可以判斷信號(hào)來(lái)向，但無(wú)法區(qū)分哪些是期望信號(hào)，哪些是干擾信號(hào)，進(jìn)而無(wú)法確定 期望用戶的權(quán)矢量，對(duì)期望用戶進(jìn)行波束形成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利要解決的技術(shù)問(wèn)題是在多個(gè)用戶和干擾存在的無(wú)線通信系統(tǒng)中，通過(guò) 目標(biāo)辨識(shí)，區(qū)分期望信號(hào)和干擾信號(hào)。解決所述問(wèn)題的技術(shù)方案是一種多用戶無(wú)線通信系統(tǒng)中數(shù)字波束形成的目標(biāo)辨 識(shí)方法，其實(shí)現(xiàn)步驟為第一步，對(duì)K個(gè)期望用戶各分配一個(gè)不同的Walsh序列bi(t)，i = 1，. . .，K，序列長(zhǎng)度為T(mén)，各用戶發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)送各自的Walsh序列作為訓(xùn)練序列；第二步， 接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)χ (t)進(jìn)行L次采樣，得到L個(gè)快拍χ (1)，...，χ (L)，從而構(gòu)成數(shù)據(jù)矩陣
X= [x(l).. . x(L)]，按照公式A =+Μ"估計(jì)得到陣列協(xié)方差矩陣R ；第三步，對(duì)協(xié)方差
矩陣R進(jìn)行DOA估計(jì)，得到K+J個(gè)角度信息，S卩θ" i = 1，...，K，其中K個(gè)角度為期望用 戶，J個(gè)角度為干擾；第四步，計(jì)算各個(gè)角度θ i對(duì)應(yīng)的權(quán)矢量Wi (t)，i = 1，. . .，K+J ；第五 步，利用權(quán)矢量，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行加權(quán)求和，得到K+J個(gè)輸出兄.(O = W^(t)x(t)，i = 1，. . .，K+J ；第六步，各個(gè)輸出yi(t)分別通過(guò)一個(gè)相關(guān)判決單元，完成信號(hào)辨識(shí)。本發(fā)明專利的有益效果是在有干擾存在的多用戶無(wú)線通信系統(tǒng)中，能辨識(shí)出期望 用戶信號(hào)的方向和干擾信號(hào)的方向，形成期望用戶的權(quán)矢量，對(duì)期望用戶進(jìn)行波束形成。


圖1是目標(biāo)辨識(shí)方法接收端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是一個(gè)支路的相關(guān)判決單元結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，基站采用M個(gè)陣元的均勻線陣，陣元間距為載波波長(zhǎng)一 半。小區(qū)內(nèi)的K個(gè)期望用戶，到達(dá)基站的DOA為Θ i，其中i = 1，...，K，同時(shí)，存在鄰近小 區(qū)的J個(gè)干擾用戶信號(hào)，DOA為θ i，其中i = K+1，K+J。所有信號(hào)都是窄帶遠(yuǎn)場(chǎng)不相 關(guān)信號(hào)?；拘枰獏^(qū)分哪些是期望用戶信號(hào)，哪些是干擾信號(hào)，從而只對(duì)期望用戶進(jìn)行波束 形成。
一種多用戶無(wú)線通信系統(tǒng)中波束形成的目標(biāo)辨識(shí)方法，在用戶發(fā)送端對(duì)每個(gè) 期望用戶分配一個(gè)不同的Walsh序列，各用戶同時(shí)發(fā)送各自的Walsh序列作為訓(xùn)練序 列，而該Walsh序列和分配方法為接收機(jī)已知。Walsh序列可用Hadamar變換產(chǎn)生，由 一階Hadamar矩陣扎=1開(kāi)始，2N階Hadamar矩陣好由階Hadamar矩陣確定，即 HH_u.
。最后，取 的不同行序列作為不同的Walsh序列。對(duì)于任意確定
的N，可以產(chǎn)生Walsh序列的個(gè)數(shù)為，所以，為了減少訓(xùn)練序列長(zhǎng)度，N選擇為滿足2n> K+J的最小整數(shù)。 一種多用戶無(wú)線通信系統(tǒng)中波束形成的目標(biāo)辨識(shí)方法接收端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖
K尺+j
1所示。陣列接收信號(hào)矢量為減)=2>,々々)《,+ ZpA(0 ,+"(0。其中，Pi是第土
個(gè)信號(hào)的幅度，而bjt)，i = 1，...，K是第i個(gè)期望信號(hào)的Walsh序列，bjt)，i = K+l，...，K+J是第i個(gè)干擾信號(hào)的Walsh序列，D0A為e ,的信號(hào)對(duì)應(yīng)的方向矢量為
=
n(t)是陣列高斯熱噪聲矢量。對(duì)陣列
接收信號(hào)x(t)進(jìn)行L次采樣，得到L個(gè)快拍x(l)，...，x(L)，從而構(gòu)成數(shù)據(jù)矩陣X =，按照公式A =估計(jì)得到陣列協(xié)方差矩陣R。采用超分辨MUSIC算法
進(jìn)行D0A估計(jì)，可以估計(jì)出K+J個(gè)角度信息，S卩0i，其中i = 1，...，K+J。MUSIC算法是本 領(lǐng)域公知技術(shù)，具體步驟為第一步，用序列假設(shè)(SH)算法，或者赤池信息論準(zhǔn)則(AIC)方法，或者最小描述長(zhǎng) 度(MDL)方法，估計(jì)出期望和干擾信號(hào)個(gè)數(shù)K+J。第二步，對(duì)協(xié)方差矩陣R進(jìn)行特征分解，取其K+J個(gè)較大特征值對(duì)應(yīng)特征矢量 ei，. . .，eK+J,并把這K+J個(gè)特征矢量構(gòu)成一個(gè)矩陣F = [ei. . . eK+J]。第三步，定義變量e，0取值范圍為0 ° 180 °，計(jì)算空間譜函數(shù)
P{0)=⑷，該函數(shù)必然有K+J個(gè)譜峰，即局部最大值，而這K+J個(gè)譜峰對(duì)應(yīng)的
e，就是 e”...
K+J° 然后，計(jì)算各個(gè)角度對(duì)應(yīng)的權(quán)矢量=
Ra, aHRxa
i = 1，
，K+J。利
用這K+J個(gè)權(quán)矢量，對(duì)接收信號(hào)用K+J個(gè)支路分別進(jìn)行加權(quán)求和，得到K+J個(gè)輸出 yl(0=w!i(t)x(t),i = i,...,K+]o此時(shí)，yi(t)是陣列天線主瓣對(duì)準(zhǔn)的入射信號(hào)， 零陷對(duì)準(zhǔn)K+J-1個(gè)其余入射信號(hào)的波束形成結(jié)果。再把每個(gè)輸出yi(t)通過(guò)一個(gè)相關(guān)判決 單元，完成信號(hào)辨識(shí)。 相關(guān)判決單元的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，這是一個(gè)由K個(gè)相關(guān)運(yùn)算支路構(gòu)成的并行 結(jié)構(gòu)的檢測(cè)器，每個(gè)支路完成yi (t)和一個(gè)本地Walsh序列bj (t)，j = 1，. . .，K的相關(guān)運(yùn) 算，這K個(gè)Walsh序列同發(fā)射端分配給期望用戶的Walsh序列是相同的。圖1中的第i支路的第j個(gè)相關(guān)運(yùn)算單元輸出信號(hào)為~ = lb^y^t，j = 1，. . .，K，其中T是Walsh
序列長(zhǎng)度。yi(t)信號(hào)對(duì)應(yīng)相關(guān)判決單元的門(mén)限設(shè)置為I凡7\如果hj大于門(mén)限值，則角度
Qi為采用Walsh序列的期望用戶，波束形成權(quán)矢量應(yīng)該為Wi (t)。如果所有K個(gè)相 關(guān)輸出均小于門(mén)限，說(shuō)明Qi對(duì)應(yīng)干擾信號(hào)D0A。 本發(fā)明在有干擾存在的多用戶系統(tǒng)中，根據(jù)不同用戶使用不同的Walsh序列作為 標(biāo)識(shí)，從而可以從DOA估計(jì)結(jié)果中，辨識(shí)出特定期望用戶的方向來(lái)，作為波束形成的空間參 考信號(hào)，計(jì)算出權(quán)矢量，完成波束形成。
權(quán)利要求
一種多用戶無(wú)線通信系統(tǒng)中波束形成的目標(biāo)辨識(shí)方法，其實(shí)現(xiàn)步驟為第一步，對(duì)K個(gè)期望用戶各分配一個(gè)不同的Walsh序列bi(t)，i＝1，...，K，序列長(zhǎng)度為T(mén)，各用戶發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)送各自的Walsh序列作為訓(xùn)練序列；第二步，接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)x(t)進(jìn)行L次采樣，得到L個(gè)快拍x(1)，...，x(L)，從而構(gòu)成數(shù)據(jù)矩陣X＝[x(1)...x(L)]，按照公式估計(jì)得到陣列協(xié)方差矩陣R；第三步，對(duì)協(xié)方差矩陣R進(jìn)行DOA估計(jì)，得到K+J個(gè)角度信息，即θi，i＝1，...，K+J，其中K個(gè)角度為期望用戶，J個(gè)角度為干擾；第四步，計(jì)算各個(gè)角度θi對(duì)應(yīng)的權(quán)矢量wi(t)，i＝1，...，K+J；第五步，利用權(quán)矢量，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行加權(quán)求和，得到K+J個(gè)輸出i＝1，...，K+J；第六步，各個(gè)輸出yi(t)分別通過(guò)一個(gè)相關(guān)判決單元，完成信號(hào)辨識(shí)。FSA00000184808900011.tif,FSA00000184808900012.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種多用戶無(wú)線通信系統(tǒng)中波束形成的目標(biāo)辨識(shí)方法，其特征 在于在相關(guān)判決單元中，本地生成同發(fā)射端相同的K個(gè)Walsh序列bj(t)，j = 1，...，K，把輸入yi (t)同這κ個(gè)Walsh序列分別進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算~ = ζ ^ γΧ , j = 1，. . .，K，如 果、大于門(mén)限值，則該輸入yi(t)是采用Walsh序列bj(t)的期望用戶，否則該輸入yi(t) 為干擾用戶。
全文摘要
一種多用戶無(wú)線通信系統(tǒng)中波束形成的目標(biāo)辨識(shí)方法，其實(shí)現(xiàn)步驟為第一步，所有K個(gè)期望用戶同時(shí)發(fā)送各自分配的Walsh序列作為訓(xùn)練序列；第二步，接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)采樣，估計(jì)出信號(hào)協(xié)方差矩陣；第三步，利用協(xié)方差矩陣估計(jì)K+J個(gè)信號(hào)的DOA；第四步，計(jì)算出各個(gè)DOA對(duì)應(yīng)的權(quán)矢量；第五步，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行加權(quán)求和，得到K+J個(gè)輸出；第六步，K+J個(gè)輸出分別通過(guò)一個(gè)相關(guān)判決單元，辨識(shí)出該支路是否對(duì)應(yīng)一個(gè)期望用戶。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于在有干擾存在的多用戶系統(tǒng)中，能辨識(shí)出期望用戶的方向，從而完成波束形成。
文檔編號(hào)H04B7/06GK101895324SQ20101022428
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者劉玲, 徐輝, 曾浩, 袁昂飛, 鄭芳 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)