專利名稱：計(jì)算自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)最優(yōu)權(quán)向量的信號(hào)處理方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用陣列天線的技術(shù)，特別涉及一種優(yōu)化陣列天線系統(tǒng)光束模式的方法和設(shè)備，及其在發(fā)射和接收系統(tǒng)中的應(yīng)用，這通過采用盡可能精確和簡(jiǎn)單的方法，找到一個(gè)能夠使信號(hào)對(duì)干擾加噪聲的比率最大的權(quán)向量來(lái)實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
利用正確的光束模式來(lái)提高無(wú)線通信系統(tǒng)性能的天線系統(tǒng)一般被稱為“智能天線系統(tǒng)(SAS)”。在以前的技術(shù)中，已發(fā)表過一種有關(guān)從使得信號(hào)對(duì)干擾加噪聲的比率最大的權(quán)向量之中來(lái)設(shè)計(jì)SAS的理論，[1]Ayman F.Naguib，《CDMA無(wú)線通信系統(tǒng)的自適應(yīng)天線(Adaptive Antennas for CDMAWireless Networks)》，博士論文，斯坦福大學(xué)(Standford University)電氣工程系，1996年8月。在[1]中，權(quán)向量從下述一般特征問題的最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量中獲得Ryw＝ηRuw(1)其中，Ry是接收(RX)信號(hào)向量y的自協(xié)方差(autocovariance)矩陣，是從解擴(kuò)器的輸出得到的，Ru是不希望信號(hào)向量u的自協(xié)方差矩陣，λ和w分別是(1)中特征問題的特征值和特征向量。簡(jiǎn)而言之，Ry＝E|yyH|和Ru＝E[yyH]，其中E[*]是指*的數(shù)學(xué)期望。
遍及該原稿，向量和矩陣的數(shù)量分別被寫入較下面的情況和較上面的情況中。
從[1]中可以觀察到，最優(yōu)權(quán)向量是特征問題(1)的最大特征值相應(yīng)的特征向量。但是，由于Ry和Ru的自協(xié)方差矩陣應(yīng)該從y和u乘方的數(shù)學(xué)期望中計(jì)算出，在實(shí)際信號(hào)環(huán)境下，在每輪迭代中，應(yīng)該計(jì)算Ry和Ru中每一個(gè)的最優(yōu)特征向量，所以不能形成方程(1)。即使在某種程度上形成了該方程，也由于計(jì)算一般特征問題的最大特征值相應(yīng)的特征向量需要很大的計(jì)算量，將[1]中的理論應(yīng)用到實(shí)際的無(wú)線通信領(lǐng)域中會(huì)有很大的困難。
最近，隨著移動(dòng)通信和其它無(wú)線電信業(yè)務(wù)需求的快速增長(zhǎng)，非常急迫地需要開發(fā)一種以盡可能精確和簡(jiǎn)單的方式，采用最優(yōu)權(quán)向量的自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)。但是，由于上述常規(guī)技術(shù)的限制，看起來(lái)利用當(dāng)前的技術(shù)不可能應(yīng)付無(wú)線通信快速增長(zhǎng)的需求。因此，非常急迫地要求開發(fā)一種新技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)智能天線系統(tǒng)，以可行的復(fù)雜性提高通信的容量和通信質(zhì)量，而又不因?yàn)楹?jiǎn)單失去精確性。
本發(fā)明的說明為了克服常規(guī)技術(shù)中的復(fù)雜問題，并且最終處理無(wú)線通信急劇增長(zhǎng)的需要，本發(fā)明提出一種簡(jiǎn)單而精確的方法來(lái)計(jì)算使信號(hào)對(duì)干擾加噪聲的比率最大的權(quán)向量。通過將本發(fā)明提供的技術(shù)而設(shè)計(jì)的智能天線系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的無(wú)線通信中，確實(shí)可能極大地加大通信容量、提高通信質(zhì)量。本發(fā)明的目的就是通過為運(yùn)行在時(shí)變信號(hào)環(huán)境如移動(dòng)通信系統(tǒng)中的天線陣列系統(tǒng)提供最優(yōu)權(quán)向量的計(jì)算，提出一種應(yīng)用這種方法的最優(yōu)光束形成方法和通信設(shè)備。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供了一種信號(hào)處理方法和設(shè)備，以從接收信號(hào)向量x和y中產(chǎn)生一個(gè)使得信號(hào)對(duì)干擾加噪聲的比率最大的權(quán)向量，這里，x(前相關(guān)信號(hào)向量)和y(后相關(guān)信號(hào)向量)分別是在相關(guān)器的輸入和輸出端上得到的信號(hào)向量，該相關(guān)器即解擴(kuò)單元，使在給定的CDMA系統(tǒng)中接收信號(hào)與希望信號(hào)的PN(偽隨機(jī)噪聲)碼相關(guān)。
附圖的簡(jiǎn)要說明參考附圖，從下面優(yōu)選實(shí)施例的說明中，本發(fā)明的上述和其它目的及特點(diǎn)將會(huì)變得很清楚，在附圖中

圖1是表示依據(jù)本發(fā)明，包括信號(hào)處理設(shè)備的自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)的方框圖；圖2是表示依據(jù)本發(fā)明，計(jì)算自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)最優(yōu)權(quán)向量信號(hào)處理方法的優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好方式圖2是表示依據(jù)本發(fā)明，計(jì)算自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)最優(yōu)權(quán)向量信號(hào)處理方法的優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。
如在[1]中所述，可以從特征值問題(1)的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量找到使信號(hào)對(duì)干擾加噪聲的比率最大的權(quán)向量w。重要的是注意到不希望信號(hào)的自協(xié)方差矩陣Ru可以寫為Ru=GG-1Rx-1G-1Ry----(2)]]>其中，G是給定CDMA系統(tǒng)的處理增益。
整理(2)和(1)，可以看到計(jì)算使信號(hào)對(duì)干擾加噪聲的比率最大的權(quán)向量w等同于計(jì)算下述特征問題最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量Ryw＝λRxw(3)而且，等同地，通過找到下述特征問題最小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，計(jì)算目標(biāo)特征向量是可能的Rxw＝λRyw(4)權(quán)向量w即特征問題(3)或(4)的解，可以在經(jīng)本發(fā)明提出的信號(hào)處理技術(shù)修改之后，通過利用熟知的技術(shù)，即拉格朗日公式(Lagrange’s formula)很容易地得到。有關(guān)基于拉格朗日公式的信號(hào)處理技術(shù)的理論背景和應(yīng)用方法在以前的著作包括[2]D.Shim和S.Choi的《一種智能天線實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)的基于拉格朗日公式的新的盲自適應(yīng)算法(A new blind adaptive algorithmbased on Lagrange’s formula for a real-time design of a smartantenna)》期刊IEEE VTC98，卷3，蒙特利爾，加拿大，1998年5月，1660到1664頁(yè)中進(jìn)行了很好的說明。
基于拉格朗日公式的權(quán)向量?jī)?yōu)化首先讓我們推導(dǎo)從(3)的最大特征向量計(jì)算權(quán)向量w的自適應(yīng)程序。然后，從(4)的最小特征值找到權(quán)向量的自適應(yīng)程序，可以通過交換參數(shù)x(前相關(guān)信號(hào)索引號(hào))和y(后相關(guān)信號(hào)索引號(hào))很容易地推導(dǎo)出。
為了通過利用拉格朗日公式，從(3)的最大特征向量找到權(quán)向量w，考慮如(5)中給定的函數(shù)和約束條件Maximize wHRyw＋λ(1－wHRxw)subjectto wHRxw＝1(5)w(n+1)=w(n)+12μ▿(n)---(6)]]>其中的λ是拉格朗日乘子，隨著迭代的進(jìn)行將逼近(3)的最大特征值。從初始的估計(jì)值w(0)開始，基于拉格朗日公式的自適應(yīng)程序在每輪迭代中更新權(quán)向量，以便收斂到滿足(5)的權(quán)向量，如下所述其中，n是迭代索引號(hào)，μ指自適應(yīng)增益，并且(n)是函數(shù)(5)關(guān)于權(quán)向量的梯度向量。由于設(shè)置μ和(n)滿足(5)的方法已經(jīng)在[2]中進(jìn)行了說明，并且我們以前的著作如在1996年5月25日發(fā)表的韓國(guó)專利號(hào)17931，和在1998年發(fā)表的美國(guó)專利號(hào)5,808,913中作了說明，本專利僅說明如何確定(3)的最大特征向量和(4)的最小特征向量的權(quán)向量。為了從(4)的最小特征向量代替從(3)的最大特征向量計(jì)算權(quán)向量，需要不僅交換參數(shù)x(前相關(guān)信號(hào)索引號(hào))和y(后相關(guān)信號(hào)索引號(hào))，而且要將(6)中的正號(hào)改變?yōu)樨?fù)號(hào)。然后，函數(shù)(5)將被極小化。這兩個(gè)程序，即最大化和最小化程序?qū)⒃诒景l(fā)明中作為兩個(gè)明顯不同的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行介紹。
除了計(jì)算最優(yōu)權(quán)向量的自適應(yīng)程序之外，本發(fā)明還提出了一種在天線陣列系統(tǒng)中確定參考天線元素的方法，采用這種方法得到的陣列系統(tǒng)在實(shí)時(shí)信號(hào)環(huán)境中就能表現(xiàn)出最好的特性。在本發(fā)明中說明的確定參考天線元素的方法看起來(lái)不僅為使用本發(fā)明的本技術(shù)所設(shè)計(jì)的陣列系統(tǒng)，而且為使用其它技術(shù)所設(shè)計(jì)的一般陣列系統(tǒng)提供了最好的性能。在給定的具有N個(gè)元素的陣列中，確定參考天線元素的問題是確定在每個(gè)天線元素中接收信號(hào)的相位如何同步的問題。換句話說，在每個(gè)天線元素中接收信號(hào)的相位是與參考天線元素的相位同步的。為了理解相位同步，讓我們考慮對(duì)于第m個(gè)天線元素，在解擴(kuò)器的輸出上得到的接收信號(hào)，如下所述ym(t)=Σn=1Js(t)Σi=1Lej2π(fDcosξi,nt-fCτi,n)e-j(m-m0)πsinθi,n+interference+noise---(7)]]>其中ym(t)是在第m個(gè)天線元素上的接收信號(hào)，在 中的n是指狀(finger)索引號(hào)，J是指狀總數(shù)(＝多個(gè)路徑組的數(shù)量)，s(t)是來(lái)自希望用戶的發(fā)射信號(hào)，i是在 中分散分量的索引號(hào)，L是在一條路徑中分散分量的總數(shù)。注意到 是指包括多普勒(Doppler)漂移和傳播延遲的衰減項(xiàng)，而 是內(nèi)部元素的相位延遲。注意到，從 項(xiàng)，可以看到，(7)中所示的信號(hào)模型考慮了角度擴(kuò)展，并且參考天線元素是第m個(gè)元素。如以前所述，確定參考天線元素就是確定m0的值。
在一個(gè)給定的陣列系統(tǒng)中，補(bǔ)償希望信號(hào)s(t)的載波相位延遲方面最嚴(yán)重的問題是應(yīng)該僅有一個(gè)值來(lái)補(bǔ)償載波相位延遲，而希望信號(hào)s(t)的載波相位延遲由于希望信號(hào)的角度擴(kuò)展，在每個(gè)天線元素中是不同的。載波補(bǔ)償由于希望信號(hào)內(nèi)部元素相位的不同，確實(shí)應(yīng)該只是一個(gè)值，并且由希望信號(hào)的入射角確定，應(yīng)該保持以提供具有最優(yōu)權(quán)向量的合適的光束模式。在參考天線上，通過在(7)用m0代換m，就能得到精確的載波相位延遲，反過來(lái)就能進(jìn)行精確的相位延遲補(bǔ)償。但是，由于天線元素遠(yuǎn)遠(yuǎn)離開參考元素，即|m－m0|增大，載波相位延遲不同于在參考天線元素上的載波相位延遲。例如，當(dāng)陣列包括8個(gè)元素，如果利用位于陣列幾何一端的元素，已經(jīng)確定參考天線元素，那么位于另一端的元素離開這個(gè)參考元素的距離為3.5λ，其中λ指載波頻率上的波長(zhǎng)，并將引起載波相位波長(zhǎng)上很大的誤差。因此，強(qiáng)烈建議利用位于陣列幾何中心的元素確定參考天線元素，以使離參考元素最遠(yuǎn)的元素的距離最小，反過來(lái)使載波相位延遲補(bǔ)償最小。
如前面所述，在載波相位延遲補(bǔ)償上出現(xiàn)的問題是由于這樣互相矛盾的事實(shí)，即要補(bǔ)償?shù)木_相位延遲由于希望信號(hào)的角度擴(kuò)展在每個(gè)天線元素上是不同的，而僅可以利用單個(gè)值進(jìn)行補(bǔ)償。因而，希望信號(hào)的載波相位延遲的補(bǔ)償可以在參考天線元素上精確地執(zhí)行，并且隨著天線位置離參考天線元素的距離的增加，補(bǔ)償誤差增大。例如，當(dāng)天線的元素是8時(shí)，如果一個(gè)位于陣列一端的元素已被指定為參考元素，則在另一端的元素將離開參考元素大約3.5個(gè)波長(zhǎng)，這將引起相位補(bǔ)償上明顯的誤差。如果第三個(gè)或第四個(gè)天線元素已被指定為參考元素，則在陣列該端的元素將被分開僅僅2個(gè)波長(zhǎng)的距離。因此，通過選擇參考天線元素，使一個(gè)參考元素位于幾何陣列的中心，可以使相位補(bǔ)償?shù)恼`差得到可觀的減少。通過計(jì)算機(jī)仿真，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過選擇中心元素作為參考元素，由于錯(cuò)誤相位補(bǔ)償造成的BER(比特錯(cuò)誤率)可以減少將近十分之一。
優(yōu)選實(shí)施例《第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例》作為第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，通過在每輪迭代中更新程序(7)中的權(quán)向量，使得(5)可以被最大化，這是以前技術(shù)，拉格朗日公式的一種應(yīng)用，本發(fā)明說明一種利用特征問題(3)的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量計(jì)算權(quán)向量的方法?；诶窭嗜展降淖赃m應(yīng)程序通過下述的三個(gè)步驟，可以應(yīng)用到移動(dòng)通信系統(tǒng)<初始步驟>建立權(quán)向量w的初始猜測(cè)，為了有效地收斂，建議在解擴(kuò)頻之后，使用歸一化和接收的信號(hào)作為初值，即y(0)/‖y(0)‖，其中||y(0)||=(yH(0)y(0))]]>。
<步驟1>分別通過(8)和(9)所述的程序，利用當(dāng)前迭代的接收信號(hào)向量x(n)(前相關(guān)信號(hào)向量)和y(n)(后相關(guān)信號(hào)向量)更新自協(xié)方差矩陣Rx(前相關(guān)自協(xié)方差矩陣)和Ry(后相關(guān)自協(xié)方差矩陣)。
Rx←fRx＋x(n)x(n)H(8)Ry←fRy＋y(n)y(n)H(9)其中，在初始階段，矩陣的構(gòu)成為Rx＝x(0)x(0)H和Ry＝y(tǒng)(0)y(0)H，f是在0＜f≤1間隔之間的預(yù)先確定的遺忘因子，上標(biāo)H是埃密特(Hermitan)算子。
<步驟2>按下面的方法，從當(dāng)前的權(quán)向量w、分別由(8)和(9)更新過的自協(xié)方差矩陣Rx和Ry以及預(yù)置的自適應(yīng)增益μ，計(jì)算在當(dāng)前迭代的拉格朗日乘子λλ=|b-(b2-ac)|a----(10)]]>
其中，a=μwHRx3w,b=(2wHRx2w+μwHRx2Ryw+μwHRyRx2w)2]]>并且，c＝μwHRyRxRyw＋wHRyRxw＋wHRxRyw。
<步驟3>利用當(dāng)前的權(quán)向量w、所述的拉格朗日乘子λ、所述的自適應(yīng)增益μ和自協(xié)方差矩陣Rx和Ry更新權(quán)向量w←w＋μ|Ryw－λRxw|(11)在(11)所示的更新程序之后，包含一個(gè)附加的步驟來(lái)歸一化(normalizing)權(quán)向量成為單位幅值是可能的。另外，為了使在每個(gè)天線信道上的信號(hào)相位與包含在參考天線元素中的信號(hào)相位同步，建議在將由(11)得到的權(quán)向量的每個(gè)元素除以參考天線元素相應(yīng)于的權(quán)之后，歸一化該權(quán)向量。
最后的陣列輸出z是從當(dāng)前權(quán)向量w和后相關(guān)信號(hào)向量y之間的內(nèi)積，即z＝wHy得到的。在每輪迭代中，在上述寫的3個(gè)步驟執(zhí)行完之后權(quán)向量得到更新。為了使本發(fā)明通信連續(xù)執(zhí)行，在步驟3增加迭代索引號(hào)1之后，該程序必須返回到<步驟1>。由于有矩陣操作，本優(yōu)選實(shí)施例中所示的自適應(yīng)程序的計(jì)算負(fù)載是O(N2)，其中N是天線元素的數(shù)量?！兜诙€(gè)優(yōu)選實(shí)施例》在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，采用計(jì)算(4)的最小特征值相應(yīng)的特征向量的自適應(yīng)程序。該技術(shù)最終搜索收斂到(3)的最大特征值相應(yīng)的特征向量上的相同權(quán)向量。為了找到(4)的最小特征值相應(yīng)的目標(biāo)特征向量，代表前相關(guān)的信號(hào)索引號(hào)x和代表后相關(guān)的y在<步驟3>中相互交換，并且(11)中的信號(hào)作如下改變w←w－μ|Rxw－λRyw|(12)找到(4)的最小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量的自適應(yīng)程序，代替(3)的最大特征值對(duì)應(yīng)特征向量的自適應(yīng)程序，可以總結(jié)為如下所述<初始步驟>建立初始猜測(cè)w。
<步驟1>更新自協(xié)方差矩陣，Rx指前相關(guān)矩陣自協(xié)方差矩陣，Ry指后相關(guān)自協(xié)方差矩陣，接收信號(hào)向量x(n)和y(n)分別指(8)和(9)所示程序的當(dāng)前迭代的前相關(guān)信號(hào)向量和后相關(guān)信號(hào)向量。
<步驟2>從當(dāng)前權(quán)向量w，由(8)和(9)分別更新過的自協(xié)方差矩陣Rx和Ry，以及預(yù)置的自適應(yīng)增益μ，計(jì)算當(dāng)前迭代的拉格朗日乘子λ，如下式所述λ=|b-(b2-ac)|a----(13)]]>其中，a=μwHRy3w,b=(-2wHRy2w+μwHRy2Rxw+μwHRxRy2w)2]]>并且，c＝μwHRxRyRxw－wHRyRxw－wHRxRyw。
<步驟3>利用(12)中所示的當(dāng)前權(quán)向量w、所述的拉格朗日乘子λ、所述的自適應(yīng)增益μ和自協(xié)方差矩陣Rx和Ry更新權(quán)向量。
在(12)所示的更新程序之后，包含一個(gè)附加的步驟來(lái)歸一化權(quán)向量成為單位幅值是可能的。另外，為了使在每個(gè)天線信道上的信號(hào)相位與包含在參考天線元素中的信號(hào)相位同步，建議將在(12)中得到的權(quán)向量的每個(gè)元素除以相應(yīng)于參考元素的權(quán)之后，歸一化該權(quán)向量。
最后的陣列輸出z是從當(dāng)前權(quán)向量w和后相關(guān)信號(hào)向量y之間的內(nèi)積，即z＝wHy得到的。在每輪迭代中，在上述寫的3個(gè)步驟執(zhí)行完之后權(quán)向量得到更新。為了使本發(fā)明的通信連續(xù)執(zhí)行，在步驟3增加迭代索引號(hào)1之后，該程序必須返回到<步驟1>。由于有矩陣操作，本優(yōu)選實(shí)施例中所示的自適應(yīng)程序的計(jì)算負(fù)載是O(N2)，其中N是天線元素的數(shù)量。
通過使用上述給定的兩個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中之一，計(jì)算使信號(hào)對(duì)干擾加噪聲最大的權(quán)向量是可能的。在本發(fā)明中給定的這兩個(gè)程序中所需要的計(jì)算負(fù)載小于計(jì)算一般特征問題解的任何常規(guī)方法的負(fù)載。也就是意味著同常規(guī)的技術(shù)相比，所要求的計(jì)算時(shí)間大大地減少了。簡(jiǎn)化計(jì)算程序不僅導(dǎo)致明顯降低系統(tǒng)的代價(jià)，而且顯著提高了系統(tǒng)的性能。本發(fā)明提供了一種新穎的技術(shù)在不影響權(quán)向量的精度的情況下降低計(jì)算程序的復(fù)雜性。通過在計(jì)算自協(xié)方差矩陣時(shí)排除累積所有以前接收信號(hào)的向量，減少計(jì)算的負(fù)載是可能的。這意味著，僅利用在每輪迭代的瞬時(shí)信號(hào)向量就可計(jì)算自協(xié)方差矩陣。由于利用瞬時(shí)信號(hào)向量降低計(jì)算負(fù)載的主要觀點(diǎn)在以前的著作中已經(jīng)說明，如韓國(guó)專利17931(1996年5月25日)，美國(guó)專利5808913，在本發(fā)明中僅表示計(jì)算最優(yōu)權(quán)向量的自適應(yīng)程序。
首先，引入計(jì)算(3)的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量的簡(jiǎn)化的自適應(yīng)程序。然后，如本發(fā)明以前所述，通過交換信號(hào)索引號(hào)x(前相關(guān))和y(后相關(guān))，并將(12)中的正號(hào)改變?yōu)樨?fù)號(hào)，很容易推導(dǎo)出計(jì)算(4)的最小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量的自適應(yīng)程序?！兜谌齻€(gè)優(yōu)選實(shí)施》排除所用的矩陣操作，利用(3)最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，計(jì)算權(quán)向量的簡(jiǎn)化的自適應(yīng)程序，可以總結(jié)為如下所述<初始步驟>建立權(quán)向量的初始猜測(cè)w。如在其它優(yōu)選實(shí)施例中那樣，為了快速收斂，在解擴(kuò)器輸出上的接收信號(hào)向量，即y(0)/‖y(0)‖，建議作為初始猜測(cè)，其中，||y(0)||=yH(0)y(0)]]>。
<步驟1>從當(dāng)前權(quán)向量w，代表前相關(guān)RX信號(hào)的接收信號(hào)向量x和代表后相關(guān)RX信號(hào)向量的接收信號(hào)向量y，以及預(yù)置的自適應(yīng)增益μ，計(jì)算當(dāng)前迭代的拉格朗日乘子λ，如下式所述λ=|b-(b2-ac)|a----(14)]]>其中，a＝μ|δ|2α2，b＝|δ|2α＋μαRe[γδz*]，并且c＝μ|γ|2|z|2Re[γδz*]具有xHx≡α，yHy≡β，xHy≡γ，wHx≡δ，z＝wHy，最后的陣列輸出z＝wHy。
<步驟2>利用當(dāng)前權(quán)向量w，所述的拉格朗日乘子λ、所述的自適應(yīng)增益μ、所述的信號(hào)向量x和y，所述的最后陣列輸出z，和wHy≡δ，更新權(quán)向量ww←w＋μ|yz*－λxδ2|(15)如以前的優(yōu)選實(shí)施，最后的陣列輸出z由z＝wHy得到。權(quán)向量在每輪迭代中，在上述描寫的2個(gè)步驟執(zhí)行完之后得到更新。為了使本發(fā)明的通信連續(xù)執(zhí)行，在<步驟2>增加迭代索引號(hào)1之后，該程序必須返回到<步驟1>。如以前的優(yōu)選實(shí)施例所示，在(15)所示的更新程序完成之后，包括一個(gè)附加的步驟來(lái)歸一化權(quán)向量成為單位幅值是可能的。另外，為了使在每個(gè)天線信道上的信號(hào)相位與包含在參考天線元素中信號(hào)相位同步，建議將在(15)中得到的權(quán)向量的每個(gè)元素除以相應(yīng)于參考元素的權(quán)之后，歸一化該權(quán)向量。由于在本優(yōu)選實(shí)施例自適應(yīng)程序中沒有矩陣操作，在本優(yōu)選實(shí)施例中所示的自適應(yīng)程序的計(jì)算負(fù)載是O(N)，其中，N是天線元素的數(shù)量。這就意味著僅利用向量操作，而不用任何矩陣操作，就可以得到使信號(hào)對(duì)干擾加噪聲的比率最大的最優(yōu)權(quán)向量?！兜谒膫€(gè)優(yōu)選實(shí)施例》如上所述，代替計(jì)算(3)的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，本實(shí)施例包括一個(gè)簡(jiǎn)化的自適應(yīng)程序，計(jì)算(4)的最小特征值對(duì)應(yīng)的特征向量作為最優(yōu)權(quán)向量。如第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施所述，從第三個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，通過交換代表前相關(guān)的信號(hào)索引號(hào)x和代表后相關(guān)的y，并且當(dāng)權(quán)向量如圖(12)得到更新時(shí)，改變符號(hào)，可以得到自適應(yīng)程序。該自適應(yīng)程序可以總結(jié)如下<初始步驟>建立權(quán)向量的初始猜測(cè)w(0)。
<步驟1>從當(dāng)前權(quán)向量w，接收信號(hào)向量x(前相關(guān)RX信號(hào)向量)和y(前相關(guān)RX信號(hào)向量)，以及預(yù)置的自適應(yīng)增益μ，計(jì)算當(dāng)前迭代中的拉格朗日乘子λ，如下式所述λ=|b-(b2-ac)|a----(16)]]>其中，a＝μ|z|2β2，b＝-|z|2β＋μβRe[zδ*y*]，并且c＝μ|γ|2|δ|2－2Re[γ*δ*z]具有xHx≡α，yHy≡β，xHy≡γ，wHx ≡δ，最后的陣列輸出z＝wHy。
<步驟2>利用當(dāng)前權(quán)向量w，所述拉格朗日乘子λ、所述的自適應(yīng)增益μ、所述的信號(hào)向量x和y，所述的最后陣列輸出z，和wHx＝δ，更新權(quán)向量ww←w－μ|xδ*－λyz*|(17)如以前的優(yōu)選實(shí)施，最后的陣列輸出z由z＝wHy得到。權(quán)向量在每輪迭代中，在上述描寫的2個(gè)步驟執(zhí)行完之后得到更新。為了使本發(fā)明通信連續(xù)執(zhí)行，在<步驟2>增加迭代索引號(hào)1之后，該程序必須返回到<步驟1>。如以前的優(yōu)選實(shí)施例所示，在(17)所示的更新程序完成之后，包括一個(gè)附加的步驟來(lái)歸一化權(quán)向量成為單位幅值是可能的。另外，為了使在每個(gè)天線信道上的信號(hào)相位與包含在參考天線元素中的信號(hào)相位同步，建議在將在(17)得到的權(quán)向量的每個(gè)元素除以相應(yīng)于參考元素的權(quán)之后，歸一化該權(quán)向量。由于在本優(yōu)選實(shí)施例的自適應(yīng)程序中沒有矩陣操作，在本優(yōu)選實(shí)施例中所示的自適應(yīng)程序的計(jì)算負(fù)載是O(N)，其中，N是天線元素的數(shù)量。這就意味著僅利用向量操作，而不用任何矩陣操作，就可以得到使信號(hào)對(duì)干擾加噪聲的比率最大的最優(yōu)權(quán)向量。
眾所周知，天線陣列系統(tǒng)包括多個(gè)天線元素，并根據(jù)預(yù)先確定的幾何進(jìn)行安排。通過在每個(gè)天線信道上追加相位延遲，對(duì)于接收信號(hào)、發(fā)射信號(hào)兩者之一或兩者，控制給定天線陣列系統(tǒng)的光束模式是可能的。天線陣列系統(tǒng)的基本知識(shí)在本發(fā)明的相同發(fā)明人所發(fā)表的以前的技術(shù)中已經(jīng)作了說明，如韓國(guó)專利(分別在1996年1月17日、1996年4月18日、1996年4月18日、1996年5月25日、1996年6月28日和1997年12月26日年提交的申請(qǐng)?zhí)?93、12171、12172、17931、25377和73901)。本發(fā)明在精度方面優(yōu)于以前的技術(shù)而又不失簡(jiǎn)單性，這意味著本發(fā)明提供了一個(gè)最優(yōu)的權(quán)向量，在不顯著增加復(fù)雜性的前提下比以前的技術(shù)給定的最優(yōu)權(quán)向量具有更好的櫓棒性。
在本發(fā)明中給定的優(yōu)選實(shí)施例和示圖被提供出來(lái)，其目的不是為了將本發(fā)明的應(yīng)用限制在這些范圍之內(nèi)。給出它們僅僅是為了容易說明本發(fā)明中提出的技術(shù)，因而，本發(fā)明的各種應(yīng)用、替換，和/或變化肯定也是屬于本發(fā)明的，因?yàn)楹苋菀酌靼祝哂邢嚓P(guān)領(lǐng)域適度知識(shí)的一般的工程師可以很容易地在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)，應(yīng)用、替換，和/或改變本發(fā)明的技術(shù)。另外，由于可能使用不同的術(shù)語(yǔ)、應(yīng)用、替換、和/或改變本發(fā)明，這些可能是用不同的術(shù)語(yǔ)提出的，也應(yīng)該屬于本發(fā)明。
已經(jīng)表明，一個(gè)陣列系統(tǒng)，其權(quán)向量是由接收信號(hào)自協(xié)方差矩陣的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量所確定的，當(dāng)自協(xié)方差矩陣僅由解擴(kuò)的信號(hào)構(gòu)成時(shí)，可以將BER降低具有單個(gè)天線的正常接收系統(tǒng)的十分之一。這個(gè)結(jié)論已經(jīng)由本發(fā)明的相同發(fā)明人發(fā)表在[2]和[3]S.Choi等人《一種跟蹤最大功率源的自適應(yīng)天線陣列的設(shè)計(jì)及其在CDMA移動(dòng)通信中的應(yīng)用(Design of an adaptiveantenna array for tracking the source of maximum power and itsapplication to CDMA mobile communications)》，IEEE天線和傳播分冊(cè)，第45卷，第9期，1997年9月，1393-1404頁(yè)，以及在由相同發(fā)明人發(fā)明的以前的技術(shù)中進(jìn)行了說明，如韓國(guó)專利(分別在1996年1月17日、1996年4月18日、1996年4月18日、1996年5月25日、1996年6月28日和1997年12月26日年提交的專利號(hào)893、12171、12172、17931、25377和73901)。本發(fā)明中新穎的技術(shù)是通過從一般特征問題的解中確定權(quán)特征向量，這可以進(jìn)一步提高自適應(yīng)陣列系統(tǒng)的性能，該一般特征問題包括前相關(guān)信號(hào)還有后相關(guān)信號(hào)，這些信號(hào)分別在解擴(kuò)器的輸出和輸入上得到。從各種計(jì)算機(jī)仿真來(lái)看，盡管改進(jìn)的大小依賴于給定信號(hào)的環(huán)境，但看起來(lái)，根據(jù)本發(fā)明中所述的程序，通過使前向關(guān)信號(hào)與后相關(guān)信號(hào)相沖突，進(jìn)一步將BER降低將近一半是有可能的。但是，通過在自適應(yīng)程序中追加前相關(guān)信號(hào)的自協(xié)方差矩陣，增加一點(diǎn)計(jì)算負(fù)載看來(lái)是不可避免的。除了櫓棒性之外，在本發(fā)明中提供的技術(shù)還具有線性復(fù)雜性。更具體地說，在本發(fā)明中給定的自適應(yīng)程序提供了一般特征問題的一個(gè)解，與世界上至今已知的任何其它方法相比具有較小的計(jì)算量。降低計(jì)算負(fù)載直接導(dǎo)致在價(jià)格上較高的競(jìng)爭(zhēng)力，以及較優(yōu)的性能。
權(quán)利要求
1.一種基于拉格朗日公式、計(jì)算天線陣列系統(tǒng)權(quán)向量的信號(hào)處理方法，該天線陣列系統(tǒng)包括一個(gè)具有天線元素的陣列天線和執(zhí)行接收信號(hào)的降頻轉(zhuǎn)換、解調(diào)和解擴(kuò)頻的信號(hào)處理設(shè)備，該信號(hào)處理方法包括步驟a)設(shè)置初始權(quán)向量w；b)在當(dāng)前的迭代中，利用接收信號(hào)x(n)和y(n)，即分別是前相關(guān)和后相關(guān)接收信號(hào)向量，更新當(dāng)前自協(xié)方差矩陣Rx和Ry；c)利用權(quán)向量w、自協(xié)方差矩陣Rx和Ry計(jì)算拉格朗日乘子λ，并預(yù)置當(dāng)前迭代的自適應(yīng)增益μ；d)利用當(dāng)前的權(quán)向量w、拉格朗日乘子λ、自適應(yīng)增益μ、前相關(guān)信號(hào)的自協(xié)方差矩陣Rx、后相關(guān)信號(hào)的自協(xié)方差矩陣Ry更新權(quán)向量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中位于陣列天線中心的一個(gè)天線元素被選為參考天線元素，以使其它天線元素的信號(hào)相位與位于陣列幾何中心的天線元素的信號(hào)相位同步。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，當(dāng)在陣列幾何正中心沒有任何元素時(shí)，參考天線元素位于離陣列幾何中心最近的位置上。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，當(dāng)在陣列幾何中心沒有任何元素時(shí)，在陣列幾何中心有一個(gè)虛擬天線的假定下，在每個(gè)天線元素上的接收信號(hào)相位與在陣列幾何中心將接收到的信號(hào)相位同步。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，分別根據(jù)數(shù)學(xué)操作，Rx←fRx＋x(n)x(n)H和Ry←fRy＋y(n)y(n)H，更新前相關(guān)信號(hào)的自協(xié)方差矩陣Rx和后相關(guān)信號(hào)的自協(xié)方差矩陣Rx，這里，f是預(yù)置的遺忘因子，x(n)和y(n)分別是前相關(guān)和后相關(guān)信號(hào)向量，H是埃密特算子。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，分別通過Rx＝x(0)x(0)H和Ry＝y(tǒng)(0)y(0)H得到自協(xié)方差矩陣Rx和Rx，用作第一輪迭代。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，包含步驟e)在當(dāng)前迭代中，從權(quán)向量w、自協(xié)方差矩陣Rx和Ry，預(yù)置的自適應(yīng)增益μ，根據(jù)下式計(jì)算拉格朗日乘子λ，λ=|b-(b2-ac)|a]]>其中，a=μwHRx3w,b=(2wHRx2w+μwHRx2Ryw+μwHRyRx2w)2]]>并且，c＝μwHRyRxRyw＋wHRxRyw＋wHRyRxw；以及f)根據(jù)w←w＋μ|Ryw－λRxw|，從當(dāng)前迭代中的權(quán)向量w、拉格朗日乘子λ、預(yù)置的自適應(yīng)增益μ、自協(xié)方差矩陣Rx和Ry更新權(quán)向量。
8.如權(quán)利要求1或7所述的方法，包括的步驟每當(dāng)在每輪迭代中有權(quán)向量更新時(shí)，對(duì)于前相關(guān)信號(hào)向量x及其自協(xié)方差矩陣Rx通過wHRxw＝1歸一化權(quán)向量。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟c)包括通過λ＝wHRyw，從當(dāng)前迭代中的權(quán)向量、后相關(guān)信號(hào)向量y及其自協(xié)方差矩陣Ry計(jì)算拉格朗日乘子λ的步驟。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括步驟e)在當(dāng)前迭代中，根據(jù)λ=|b-(b2-ac)|a]]>從權(quán)向量w、自協(xié)方差矩陣Rx和Ry，預(yù)置的自適應(yīng)增益μ計(jì)算拉格朗日乘子λ；其中，a=μwHRy3w,b=(-2wHRy2w+μwHRy2Rxw+μwHRxRy2w)2,]]>c＝μwHRxRyRxw－wHRyRxw－wHRxRyw；以及f)從當(dāng)前迭代中的權(quán)向量w、拉格朗日乘子λ、預(yù)置的自適應(yīng)增益μ、自協(xié)方差矩陣Rx和Ry，根據(jù)w←w－μ|Rxw－λRyw|更新權(quán)向量。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括的步驟每當(dāng)在每輪迭代中有權(quán)向量更新時(shí)，對(duì)于后相關(guān)信號(hào)向量y及其自協(xié)方差矩陣Ry通過wHRyw＝1歸一化權(quán)向量。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括步驟從當(dāng)前迭代中的權(quán)向量、前相關(guān)信號(hào)向量x及其自協(xié)方差矩陣Rx，通過λ＝wHRxw計(jì)算拉格朗日乘子λ。
13.一種計(jì)算自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)權(quán)向量的信號(hào)處理方法，該天線陣列系統(tǒng)包括一個(gè)具有天線元素的陣列天線和執(zhí)行接收信號(hào)的降頻轉(zhuǎn)換、解調(diào)和解擴(kuò)頻的信號(hào)處理設(shè)備，該信號(hào)處理方法包括步驟a)設(shè)置初始權(quán)向量w；b)從前相關(guān)信號(hào)向量x(n)、后相關(guān)信號(hào)向量y(n)、權(quán)向量w和預(yù)置的增益μ計(jì)算拉格朗日乘子λ；c)從當(dāng)前迭代中的權(quán)向量、拉格朗日乘子λ、自適應(yīng)增益μ以及前和后相關(guān)信號(hào)向量x(n)和y(n)更新權(quán)向量。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中位于陣列天線中心的一個(gè)天線元素被選為參考天線元素，以使其它天線元素的信號(hào)相位與位于陣列幾何中心的天線元素的信號(hào)相位同步。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中當(dāng)在陣列幾何正中心沒有任何元素時(shí)，參考天線元素位于離陣列幾何中心最近的位置上。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中當(dāng)在陣列幾何中心沒有任何元素時(shí)，在陣列幾何中心有一個(gè)虛擬天線的假定下，在每個(gè)天線元素上的接收信號(hào)的相位將與在陣列幾何中心接收到的信號(hào)相位同步。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，包括步驟d)從信號(hào)向量x和y，以及在當(dāng)前迭代中的權(quán)向量w，通過λ=|b-(b2-ac)|a]]>計(jì)算拉格朗日乘子λ，其中，a，b，c分別由下式得到a＝μ|δ|2α2，b＝|δ|2α＋μαRe[γδz*]，c＝μ|γ|2|z|2＋2Re[γδz*]，其中α，β，γ，δ，及最終的陣列輸出z分別由xHx≡α，yHy≡β，xHy≡γ，wHx≡δ，和z＝wHy定義，其中Re[o]指復(fù)數(shù)“o”的實(shí)數(shù)部分；e)從當(dāng)前迭代中的權(quán)向量w、拉格朗日乘子λ、自適應(yīng)增益μ、信號(hào)向量x和y，陣列輸出z和δ≡wHx，通過w←w＋μ|yz*－λxδ*|更新權(quán)向量w。
18.如權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括步驟通過|wHx|2＝1，歸一化有關(guān)前相關(guān)信號(hào)向量x的權(quán)向量。
19.如權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括通過λ＝|z|2，從陣列輸出z，計(jì)算拉格朗日乘子。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述的步驟(b)包括步驟b1)從信號(hào)向量x和y、當(dāng)前迭代的權(quán)向量w、預(yù)置的自適應(yīng)增益μ，通過公式λ=|b-(b2-ac)|a]]>計(jì)算拉格朗日乘子λ，其中，a，b，c分別由下式得到a＝μ|z|2β2，b＝-|z|2β＋μβRe[zδ*γ*]，c＝μ|γ|2|δ|2－2Re[γ*δ*z]，z＝wHy，其中α，β，γ，δ，及最終的陣列輸出z分別由xHx≡α，yHy≡β，xHy≡γ，wHx≡δ，和z＝wHy定義，Re[o]指復(fù)數(shù)“o”的實(shí)數(shù)部分；b2)從當(dāng)前迭代的權(quán)向量w、拉格朗日乘子λ、自適應(yīng)增益μ、信號(hào)向量x和y、陣列輸出z和δ≡wHx，通過w←w－μ|yz*－λxδ*|更新權(quán)向量w。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括步驟通過|wHy|2＝1，歸一化有關(guān)后相關(guān)信號(hào)向量y的權(quán)向量。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括步驟從當(dāng)前迭代的權(quán)向量和前相關(guān)信號(hào)向量x，通過λ＝|wHx|2計(jì)算拉格朗日乘子。
23.如權(quán)利要求13或21所述的方法，進(jìn)一步包括步驟將權(quán)向量的每個(gè)元素除以相應(yīng)于參考天線元素的權(quán)向量的元素。
24.如權(quán)利要求13或21所述的方法，進(jìn)一步包括將權(quán)向量的幅值歸一化為1。
25.如權(quán)利要求13或21的方法，進(jìn)一步包括步驟將權(quán)向量的幅值歸一化為任意的數(shù)值。
26.一種基于拉格朗日公式的信號(hào)處理設(shè)備，用于提供天線陣列系統(tǒng)的權(quán)向量，該天線陣列系統(tǒng)包括具有多個(gè)天線元素的陣列天線和執(zhí)行接收信號(hào)的降頻轉(zhuǎn)換、解調(diào)和解擴(kuò)頻的信號(hào)處理裝置，所述信號(hào)處理設(shè)備包括一個(gè)設(shè)定初始權(quán)向量w的裝置；一個(gè)有關(guān)當(dāng)前迭代中的x(n)和y(n)，更新當(dāng)前自協(xié)方差矩陣Rx和Ry的裝置，x(n)和y(n)分別是前相關(guān)和后相關(guān)接收信號(hào)向量；一個(gè)利用權(quán)向量w、自協(xié)方差矩陣Rx和Ry，以及預(yù)置的當(dāng)前迭代的預(yù)置自適應(yīng)增益μ計(jì)算拉格朗日乘子λ的裝置；一個(gè)利用當(dāng)前的權(quán)向量w、拉格朗日乘子λ、自適應(yīng)增益μ、前相關(guān)信號(hào)的自協(xié)方差矩陣Rx、后相關(guān)信號(hào)的自協(xié)方差矩陣Ry更新權(quán)向量的裝置。
27.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中位于陣列天線中心的一個(gè)天線元素被選為參考天線元素，以使其它天線元素信號(hào)相位與位于陣列幾何中心的天線元素的信號(hào)相位同步。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中當(dāng)在陣列幾何正中心沒有任何元素時(shí)，參考天線元素位于離陣列幾何中心最近的位置上。
29.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中當(dāng)在陣列幾何中心沒有任何元素時(shí)，在陣列幾何中心有一個(gè)虛擬天線的假定下，在每個(gè)天線元素上的接收信號(hào)的相位與在陣列幾何中心將接收到的信號(hào)相位同步。
30.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中，前相關(guān)信號(hào)的自協(xié)方差矩陣Rx和后相關(guān)信號(hào)的自協(xié)方差矩陣Ry分別根據(jù)Rx←fRx＋x(n)x(n)H和Ry←fRy＋y(n)y(n)H進(jìn)行更新，其中，f是預(yù)置的遺忘因子，x(n)和y(n)分別是前和后相關(guān)信號(hào)向量，上標(biāo)指埃密特算子。
31.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，自協(xié)方差矩陣Rx和Ry分別由Rx＝x(0)x(0)H和Ry＝y(tǒng)(0)y(0)H確定，用作第一輪迭代。
32.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述計(jì)算拉格朗日乘子的裝置包括一個(gè)裝置，用于在當(dāng)前迭代中從權(quán)向量w、自協(xié)方差矩陣Rx和Ry，以及預(yù)置增益μ，根據(jù)λ=|b-(b2-ac)|a]]>計(jì)算拉格朗日乘子λ，其中，a=μwHRx3w,b=(2wHRx2w+μwHRx2Ryw+μwHRyRx2w)2]]>c＝μwHRyRxRyw＋wHRxRyw＋wHRyRxw；以及一個(gè)從當(dāng)前迭代的權(quán)向量w、拉格朗日乘子λ、預(yù)置的增益μ、和自協(xié)方差矩陣Rx和Ry，根據(jù)w←w＋μ|Ryw－λRxw|更新權(quán)向量的裝置。
33.如權(quán)利要求26或32所述的設(shè)備，包括一個(gè)裝置，每當(dāng)權(quán)向量在每輪迭代中得到更新時(shí)，對(duì)于前相關(guān)信號(hào)向量x及其自協(xié)方差矩陣Rx，通過wHRxw＝1歸一化權(quán)向量。
34.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，包括一個(gè)裝置，從當(dāng)前迭代的權(quán)向量、后相關(guān)信號(hào)向量y及其自協(xié)方差矩陣Ry，通過λ＝wHRyw計(jì)算拉格朗日乘子λ。
35.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)裝置，從權(quán)向量w、自協(xié)方差矩陣Rx和Ry，和當(dāng)前迭代的預(yù)置自適應(yīng)增益μ，根據(jù)λ=|b-(b2-ac)|a]]>計(jì)算拉格朗日乘子λ，其中，a=μwHRy3w,b=(-2wHRy2w+μwHRy2Rxw+μwHRxRy2w)2,]]>c＝μwHRxRyRxw－wHRyRxw－wHRxRyw；以及一個(gè)裝置，從當(dāng)前迭代的權(quán)向量w、拉格朗日乘子λ、預(yù)置的自適應(yīng)增益μ和自協(xié)方差矩陣Rx和Ry，根據(jù)w←w－μ|Rxw－λRyw|更新權(quán)向量。
36.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)裝置，每當(dāng)權(quán)向量在每輪迭代中得到更新時(shí)，對(duì)于后相關(guān)信號(hào)向量y及其自協(xié)方差矩陣Ry，通過wHRyw＝1歸一化權(quán)向量。
37.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，包括一個(gè)裝置，從當(dāng)前迭代的權(quán)向量、前相關(guān)信號(hào)向量x及其自協(xié)方差矩陣Rx，通過λ＝wHRxw計(jì)算拉格朗日乘子λ。
38.一種提供自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)權(quán)向量的信號(hào)處理設(shè)備，該自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)包括一個(gè)具有天線元素的陣列天線和執(zhí)行接收信號(hào)的降頻轉(zhuǎn)換、解調(diào)和解擴(kuò)頻的信號(hào)處理設(shè)備，包括一個(gè)用于設(shè)定初始權(quán)向量w的裝置；一個(gè)裝置，從前相關(guān)信號(hào)向量x(n)、后相關(guān)信號(hào)向量y(n)、權(quán)向量w和預(yù)置的自適應(yīng)增益μ，計(jì)算拉格朗日乘子λ；一個(gè)裝置，從當(dāng)前迭代的權(quán)向量、拉格朗日乘子λ、自適應(yīng)增益μ、前相關(guān)信號(hào)x(n)和后相關(guān)信號(hào)向量y(n)更新權(quán)向量。
39.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中位于陣列天線中心的一個(gè)天線元素被選為參考天線元素，以使其它天線元素的信號(hào)相位與位于陣列幾何中心的天線元素的信號(hào)相位同步。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中當(dāng)在陣列幾何正中心沒有任何元素時(shí)，參考天線元素位于離陣列幾何中心最近的位置上。
41.如權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中當(dāng)在陣列幾何中心沒有任何元素時(shí)，在陣列幾何中心有一個(gè)虛擬天線的假定下，在每個(gè)天線元素上的接收信號(hào)相位與在陣列幾何中心將接收到的信號(hào)相位同步。
42.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，包括一個(gè)裝置，從信號(hào)向量x和y，以及在當(dāng)前迭代的權(quán)向量w，通過λ=|b-(b2-ac)|a]]>計(jì)算拉格朗日乘子λ，其中，a，b，c分別由下式得到a＝μ|δ|2α2，b＝|δ|2α＋μαRe[γδz*]，c＝μ|γ|2|z|2＋2Re[γδz*]，其中α，β，γ，δ，及最終的陣列輸出z分別由，xHx≡α，yHy≡β，xHy≡γ，wHx≡δ，和z＝wHy定義，Re[o]指復(fù)數(shù)“o”的實(shí)數(shù)部分；以及一個(gè)裝置，從當(dāng)前迭代的權(quán)向量w、拉格朗日乘子λ、自適應(yīng)增益μ、信號(hào)向量x和y，陣列輸出z和δ≡wHx，通過w←w＋μ|yz*－λxδ*|更新權(quán)向量w。
43.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)裝置，通過|wHx|2＝1，歸一化有關(guān)前相關(guān)信號(hào)向量x的權(quán)向量。
44.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，包括一個(gè)裝置，從陣列輸出z，通過λ＝|z|2計(jì)算拉格朗日乘子。
45.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中所述計(jì)算權(quán)向量的裝置包括一個(gè)裝置，從信號(hào)向量x和y，以及在當(dāng)前迭代的權(quán)向量w，預(yù)置的自適應(yīng)增益μ，通過λ=|b-(b2-ac)|a]]>計(jì)算拉格朗日乘子λ，其中，a，b，c分別由下式得到a＝μ|z|2β2，b＝-|z|2β＋μβRe[zδ*γ*]，c＝μ|γ|2|δ|2－2Re[γ*δ*z]，z＝wHy，其中α，β，γ，δ，及最終的陣列輸出z分別由xHx≡α，yHy≡β，xHy≡γ，wHx≡δ，和z＝wHy定義，Re[o]指復(fù)數(shù)“o”的實(shí)數(shù)部分；以及一個(gè)裝置，從當(dāng)前迭代的權(quán)向量w、拉格朗日乘子λ、自適應(yīng)增益μ、信號(hào)向量x和y，陣列輸出z和δ≡wHx，通過w←w－μ|yz*－λxδ*|，更新權(quán)向量w。
46.如權(quán)利要求45所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)裝置，通過|wHy|2＝1，歸一化有關(guān)后相關(guān)信號(hào)向量y的權(quán)向量。
47.如權(quán)利要求45所述的設(shè)備，包括一個(gè)裝置，從當(dāng)前迭代的權(quán)向量、前相關(guān)信號(hào)向量x，通過λ＝|wHx|2計(jì)算拉格朗日乘子。
48.如權(quán)利要求38或46所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)裝置，將權(quán)向量的每個(gè)元素除以相應(yīng)于參考天線元素的權(quán)向量的元素。
49.如權(quán)利要求38或46所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)裝置，將權(quán)向量的幅值歸一化為1。
50.如權(quán)利要求38或46所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)裝置，將權(quán)向量的幅值歸一化為任意數(shù)值。
51.一種計(jì)算天線陣列權(quán)向量的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該天線陣列系統(tǒng)包括一個(gè)具有天線元素的陣列天線和執(zhí)行接收信號(hào)的降頻轉(zhuǎn)換、解調(diào)和解擴(kuò)頻的信號(hào)處理設(shè)備，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括功能a)設(shè)定初始權(quán)向量w；b)利用在當(dāng)前迭代的接收信號(hào)x(n)和y(n)，更新當(dāng)前自協(xié)方差矩陣Rx和Ry，所述接收信號(hào)x(n)和y(n)分別是前相關(guān)和后相關(guān)接收信號(hào)向量；c)利用權(quán)向量w、自協(xié)方差矩陣Rx和Ry，以及當(dāng)前迭代中的自適應(yīng)增益μ，計(jì)算拉格朗日乘子λ；d)利用當(dāng)前權(quán)向量w、拉格朗日乘子λ、自適應(yīng)增益μ、前相關(guān)信號(hào)的自協(xié)方差矩陣Rx和后相關(guān)信號(hào)的自協(xié)方差矩陣Ry，更新權(quán)向量。
52.一種計(jì)算自適應(yīng)天線陣列系統(tǒng)權(quán)向量的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該天線陣列系統(tǒng)包括一個(gè)具有天線元素的陣列天線和執(zhí)行接收信號(hào)的降頻轉(zhuǎn)換、解調(diào)和解擴(kuò)頻的信號(hào)處理設(shè)備，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括功能a)設(shè)定初始權(quán)向量w；b)從前相關(guān)信號(hào)向量x(n)、后相關(guān)信號(hào)向量y(n)、權(quán)向量w，和預(yù)置的自適應(yīng)增益μ計(jì)算拉格朗日乘子λ；c)從當(dāng)前迭代的權(quán)向量、拉格朗日乘子λ、自適應(yīng)增益μ，以及前相關(guān)和后相關(guān)信號(hào)向量x(n)和y(n)，更新權(quán)向量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)陣列天線信號(hào)處理方法和設(shè)備。目的是提出計(jì)算陣列天線系統(tǒng)次優(yōu)權(quán)向量的自適應(yīng)程序,該陣列天線系統(tǒng)提供在盲信號(hào)環(huán)境下在沿移動(dòng)目標(biāo)信號(hào)源方向上具有其最大增益的光束模式,其中,在盲信號(hào)環(huán)境下,在接收機(jī)上,發(fā)射數(shù)據(jù)是未知的(或不被估計(jì)的)。本發(fā)明的最終目標(biāo)是提出一種實(shí)用的方法,通過使SINR(信號(hào)對(duì)干擾+噪聲的比率)最大的陣列系統(tǒng)的最優(yōu)權(quán)向量來(lái)提高通信的質(zhì)量和通信的容量。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo),按照這樣的方法來(lái)修改拉格朗日乘子方法,以便產(chǎn)生具有大約O(8N)計(jì)算負(fù)載的次優(yōu)權(quán)向量,這種方法,計(jì)算負(fù)載足夠小,能在大多數(shù)帶有現(xiàn)用的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的陸地移動(dòng)通信中進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理,其中,N指該陣列的天線元素的數(shù)量。
文檔編號(hào)H04B7/08GK1334978SQ99815952
公開日2002年2月6日 申請(qǐng)日期1999年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月22日
發(fā)明者崔勝元 申請(qǐng)人:謝世技術(shù)株式會(huì)社