CN101651479A

CN101651479A - 基于自适应信号波形补偿多天线信号合成增强方法及装置

Info

Publication number: CN101651479A
Application number: CN200910176870A
Authority: CN
Inventors: 于宏毅; 张效义; 尹冀锋; 杨珂; 万明康; 李鸥; 胡赟鹏
Original assignee: PLA Information Engineering University
Current assignee: Naval University of Engineering PLA; PLA Information Engineering University
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2029-09-23
Also published as: CN101651479B

Abstract

本发明涉及一种基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强方法及装置，所述方法包括：从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；计算所述参考信号与所述输入信号进行合成时的合成权值；对所述输入信号参照所述参考信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号；利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，得到加权后的输入信号，并将加权后的输入信号与所述参考信号进行合并，得到合成信号。本发明对多天线信号间由于参数差异导致的波形差异通过自适应滤波器的合成方式进行估计与补偿，简化了补偿合成的结构，提高跟踪时变参数的能力，在实时跟踪信号特性变化时，快速对参数变化作出调整。

Description

基于自适应信号波形补偿多天线信号合成增强方法及装置

技术领域

本发明涉及深空测控通信技术领域，特别涉及一种基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强方法及装置。

背景技术

随着深空探测通信技术的发展，人们对外太空的探测则不断地深入。在目前的深空探测与通信中，当航天器距离地面站较远时，接收信号非常微弱，利用单一天线往往达不到接收效果。可以考虑利用多天线进行信号接收，并对多个接收信号合成，以提高信号接收质量。而利用现有的多个天线以及多个独立的接收机接收信号，由于接收通道的不一致性，多天线接收信号间存在载波频率差异、信号延迟差异和信号初始相位差异等，从而导致多路信号间存在波形上的差异。同时，由于航天器处于飞行状态或者传输介质的变化，多路信号间的差异具有一定的时变性，而对信号波形差异的补偿精度以及跟踪能力是多天线信号合成性能的关键。

在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，现有的实现方式中，并没有考虑多路信号间存在频率差的情况，并且在对多路信号的合成过程中，需要对对多个天线接收到的同一信号之间存在的参数差异进行多次性估计，并利用估计的结果对信号进行补偿，才能使多路信号之间的波形一致，但是，在多路信号间的差异具有一定的时变性的情况下，并不能对信号波形差异进行很好的跟踪和补偿，从而导致多天线信号合成信号的质量较差。

发明内容

本发明实施例提供一种基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强方法及装置，对信号波形差异进行跟踪和补偿，以提高合成信号的质量。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强方法，所述方法包括：

从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；

计算所述参考信号与所述输入信号进行合成时的合成权值；

对所述输入信号参照所述参考信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号；

利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，得到加权后的输入信号，并将加权后的输入信号与所述参考信号进行合并，得到合成信号。

优选的，所述从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号包括：

确定所述接收到的多路信号中每一路信号的信噪比；

选择信噪比大的一路信号作为参考信号。

优选的，设定所述参考信号的权值为1，计算所述参考信号与所述输入信号进行合成时的合成权值具体包括：

计算所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率和噪声功率；

对所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率取开方；

根据所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率的开方和噪声功率，计算所述参考信号与所述输入信号的合成权值。

优选的，所述对所述输入信号参照所述参考信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号具体包括：

通过信号差异补偿自适应滤波器，对所述输入信号参考所述参考信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号，具体包括：

对所述输入信号进行延迟，得到多个延迟信号；

将所述多个延迟信号与对应的对个滤波器系数相乘；

合并相乘的结果，得到补偿后的输入信号。

优选的，所述方法还包括：

计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异；

根据所述信号差异和所述输入信号计算所述对输入信号进行信号差异自适应滤波补偿的信号差异补偿自适应滤波器的系数；

根据所述系数调整所述信号差异补偿自适应滤波器。

优选的，所述根据所述信号差异和所述输入信号计算所述对输入信号进行信号差异自适应滤波补偿的信号差异补偿自适应滤波器的系数具体包括：

获取所述输入信号延迟后的多个延迟信号；

计算所述信号差异的共轭，并乘以所述信号差异补偿自适应滤波器的对应步长因子；

将乘积分别与对应的所述多个延迟信号相乘；

将所述相乘的结果与原滤波器系数相加，得到所述对输入信号进行信号差异自适应滤波补偿的差异补偿自适应滤波器的系数。

优选的，所述信号差异包括：由信号的载波频率差、信号延迟的时间差和信号的初始相位差所产生的信号波形差异。

相应的，本发明还提供一种基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强装置，包括：

选择单元，用于从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；

权值估计单元，用于计算所述选择单元选择的所述参考信号和输入信号进行合成时的合成权值；

信号差异补偿自适应滤波单元，用于对所述输入信号参照所述参考信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号；

信号合成单元，用于利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并将加权后合成后的信号与所述参考信号进行合并，得到合成信号。

优选的，所述选择单元包括：

信噪比确定单元，用于确定所述接收到的多路信号中每一路信号的信噪比；

参考信号选择单元，用于根据所述信噪比确定单元确定的信噪比中，选择信噪比大的一路信号作为参考信号。

优选的，设定所述参考信号的权值为1，所述权值估计单元包括：

功率计算单元，用于计算所述选择单元选择的参考信号和所述输入信号的纯信号功率和噪声功率；

开方单元，用于对所述功率计算单元计算的所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率取开方；

合成权值计算单元，用于根据所述功率计算单元计算的所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率的开方和噪声功率，计算所述参考信号与所述输入信号合成的合成权值。

优选的，所述信号差异补偿自适应滤波单元包括：

延迟信号获取单元，用于对所述选择单元选择的所述输入信号进行延迟，得到多个延迟信号；

信号差异补偿计算单元，用于将所述延迟信号获取单元得到的所述多个延迟信号与对应的多个滤波器系数相乘，并合并相乘的结果，得到补偿后的输入信号。

优选的，所述装置还包括：

信号差异计算单元，用于计算所述信号差异补偿单元补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异；

自适应滤波器系数计算单元，用于根据所述信号差异计算单元计算的信号差异和所述输入信号，计算所述进行信号差异自适应滤波补偿的信号差异补偿自适应滤波器的系数；

调整单元，用于根据所述权值计算单元计算的系数调整所述信号差异补偿自适应滤波器。

优选的，所述自适应滤波器系数计算单元包括：

获取单元，用于对所述选择单元选择的所述输入信号进行延迟，得到多个延迟信号；

共轭计算单元，用于计算所述信号差异计算单元计算的信号差异的共轭，并乘以所述信号差异补偿自适应滤波器的步长因子；

系数确定单元，用于将共轭计算单元得到乘积的结果分别与对应的所述多个延迟信号相乘，并将所述相乘的结果与原滤波器系数相加，得到所述对输入信号进行信号差异自适应滤波补偿的差异补偿自适应滤波器的系数。

优选的，所述信号差异计算单元，具体用于计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异包括：由信号的载波频率差、信号延迟的时间差和信号的初始相位差所产生的信号波形差异。

由上述公开的技术方案可知，本发明提供一种基于自适应信号波形补偿的多路信号合成增强方法及装置，该方法从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；利用所述参考信号与所述输入信号得到信号合成权值的估计；对所述输入信号参照所述参考信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号；利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并将加权后合成后的信号与所述参考信号进行合并，得到合成信号。也就是说，该方法采用自适应滤波的波形估计技术，对多支路信号波形间差异通过自适应滤波器直接进行补偿，提高了合成性能。进一步，该方法还可以计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异；根据所述信号差异和所述输入信号计算所述对输入信号进行信号差异自适应滤波补偿的信号差异补偿自适应滤波器的系数；根据所述系数调整所述信号差异补偿自适应滤波器。也就是说，本发明还能实时跟踪信号特性变化，快速对参数变化作出调整。同时，采用自适应滤波器的合成方式，简化了补偿合成的结构，提高了其跟踪时变参数的能力，从而提高信号合成的质量。

附图说明

图1为本发明中提供的基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强方法第一实施例的流程图；

图2为本发明中提供的基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强方法第二实施例的流程图；

图3为本发明中提供的基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强装置的结构示意图；

图4为本发明中提供的基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强装置的一种应用实例的结构示意图；

图5为本发明中提供的基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强装置中权值估计单元的结构示意图；

图6为图5中提供的功率计算单元的一种结构示意图；

图7为本发明中提供的基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强装置中信号差异补偿自适应滤波单元的结构示意图；

图8为本发明提供基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强装置中自适应滤波器系数计算单元的具体结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强方法及装置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，并使本申请实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请实施例中技术方案作进一步详细的说明。

请参阅图1，为本发明提供的基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强方法第一实施例的流程图，所述方法包括：

步骤101：从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；

具体的，可以确定接收到的多路信号中每一路信号的信噪比，选择每一路信号中信噪比最大的一路信号作为参考信号。

其中，所确定的多路信号中每一路信号的信噪比可以不要求精确，也可以选择每一路信号中信噪比相对较大的一路信号作为参考信号，也就是说，本实例中，不限定选择信噪比较大或者较小的一路信号作为参考信号，如果选择信噪比较大的一路信号作为参考信号，性能比较好；如果选择信噪比较小的一路信号作为参考信号，性能比较差。

步骤102：计算所述参考信号与所述输入信号进行合成时的合成权值；

其计算合成权值的一种实现过程为：

对所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率取开方；

根据所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率和噪声功率的开方，计算所述参考信号与所述输入信号合成的合成权值。

其中，所述计算所述参考信号与所述输入信号合成的合成权值具体包括：

计算所述参考信号的噪声功率与开方后所述输入信号的纯信号功率的乘积，作为第一结果；以及计算所述输入信号的噪声功率与开方后所述参考信号的纯信号功率的乘积，并将乘积的倒数作为第二结果；

将所述第一结果与第二结果相乘，得到所述输入信号的合成权值。

步骤103：对所述输入信号参照所述参考信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号；

优选的，本发明实施例中，可以通过信号差异补偿自适应滤波器，但并不限于此，对所述输入信号参考所述参考信号的信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号。其中，所述信号差异补偿自适应滤波器可以包括：横向自适应滤波器，也可以是其他功能类似的滤波器，比如无限脉冲响应自适应滤波器等。

步骤104：利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，得到加权后的输入信号，并将加权后的输入信号与所述参考信号进行合并，得到合成信号。

在本发明实施例中，所述多天线信号的合成增强方法可以针对多个天线接收到的同一信号之间存在的波形差异进行自适应补偿，使多支路信号之间达到波形一致，并实现多天线信号的合成，最终提高输出信号的信噪比。本发明特别适合对微弱信号的接收，比如深空通信。

还请参阅图2，为本发明提供自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强方法第二实施例的流程图，所述方法包括：

步骤201：从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；

步骤202：对所述参考信号与所述输入信号进行合成，得到合成信号的合成权值；

步骤203：对所述输入信号参照所述参考信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号；

步骤204：计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异；

其中，所述信号差异包括：由信号的载波频率差、信号延迟的时间差和信号的初始相位差所产生的信号波形差异。

步骤205：根据所述信号差异和所述输入信号计算所述对输入信号进行信号差异自适应滤波补偿的信号差异补偿自适应滤波器的系数；其一种的计算方式为，但并不限于此：

获取所述输入信号延迟后的多个延迟信号；

计算所述信号差异的共轭，并乘以所述信号差异补偿自适应滤波器的步长因子；

将乘积分别与对应的所述多个延迟信号相乘；

步骤206：根据所述系数调整所述信号差异补偿自适应滤波器的系数；

即根据步骤205中得到的系数调整下一时刻信号差异补偿自适应滤波器的系数。

步骤207：利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并将加权后的信号与所述参考信号进行合并，得到合成信号。

在本发明实施例中，由于接收通道的不一致性，多天线接收信号间存在载波频率差异、信号延迟差异、信号初始相位差异，从而导致多支路信号间存在波形上的差异，再加上信号间的差异具有一定的时变性。本实施例中通过信号差异补偿自适应滤波器，对多支路信号间的差异进行自适应跟踪和补偿，从而提高多天线信号合成信号的质量。也就是说，本发明实施例中，充分利用多天线接收信号间的相关性，采用自适应滤波方法，具有较强的跟踪能力，合成性能良好。适合应用于较复杂环境。

在该实施例中，接收到的多路信号是针对同一个航天器发出的信号，由不同的天线接收后，经各自的下变频模块变为复基带信号(信道条件为白噪声信道)。为了便于描述，本实施例对接收到的多路信号以两路信号为例，但并不限于此。

还请参阅图3，为本发明提供基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强装置的结构示意图。所述装置包括：选择单元31，权值估计单元32，信号差异补偿自适应滤波单元33和信号合成单元34，其中，选择单元31，用于从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号，其余路信号作为输入信号；权值估计单元32，用于对所述选择单元选择的所述参考信号和输入信号进行合成，确定信号合成的合成权值；信号差异补偿自适应滤波单元33，用于对所述输入信号参照所述参考信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号，该单元包括信号差异补偿自适应滤波器，但并不限于此；信号合成单元34，用于利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并将加权后的信号与所述参考信号进行合并，得到合成信号。

还请参阅图4，为本发明提供的基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强装置的一种应用实例的结构示意图。该装置包括：信号差异补偿自适应滤波单元41(可以包括信号差异补偿自适应滤波器)、自适应滤波器系数计算单元42和权值估计单元43。在该实施例中，为了便于描述，以接收到的两路信号为例，先从接收到两路信号中选取信噪比较大一路信号作为参考信号，另一路信号作为输入信号；其中对于各路信号的信噪比可以通过辅助条件得到，这对本领域技术人员已是公知技术，在此不再赘述。

在该图4中，x(n)为输入信号；d(n)为参考信号；x′(n)为自适应滤波器输出信号；e(n)为信号差值；K(n)为最佳合成权值；x_c(n)为合成输出信号。其具体的实现过程为：

1)将选择的所述参考信号d(n)和输入信号x(n)送入权值估计单元43，得到信号合成的权值K(n)，优选的，K(n)可以是最佳权值；

2)将输入信号x(n)输入信号差异补偿自适应滤波器单元41，输出信号x′(n)即为补偿后输出信号；

3)计算补偿后输出信号x′(n)与参考路信号d(n)的差值e(n)；

4)将所述差值e(n)和输入信号x(n)送入自适应滤波器系数计算单元42，进行信号差异补偿自适应滤波器的设计系数计算；也就是说，随着时间的变化，差值e(n)和输入信号x(n)也会随着变化，本实施例中，可以及时跟踪到所述输入信号x(n)随着时间的变化，来计算信号差异补偿自适应滤波器的设计系数，从而提高信号合成的跟踪性能。

5)根据设计的系数，调整信号差异补偿自适应滤波单元的设计系数。

也就是说，当输入信号随着时间的变化，可以根据计算的系数调整信号差异补偿自适应滤波单元的设计系数，即能够对信号链路的变化作出适应性调整，从而提高在信号参数发生变化时的合成性能。

6)将补偿后的输入信号x′(n)乘以信号合成的最佳权值K(n)，并将乘积K(n)x′(n)与参考信号d(n)相加，相加结果x_c(n)即为合成信号。

在该实施例中，通过信号差异补偿自适应滤波器能够自适应地估计和补偿信号波形间存在的差异，最终完成多路信号合成，提高合成信号的信噪比。这种结构简化了合成器的处理环节，因此能够有效提高合成信号质量；同时，这种基于自适应滤波的信号合成增强方法中，通过对多信号的逐样点自适应补偿，大大提高了信号合成的跟踪性能，能够对信号链路的变化做出迅速调整，从而提高了在信号参数发生变化时的合成性能。

优选，所述选择单元可以进一步包括：信噪比确定单元和参考信号选择单元，其中，信噪比确定单元，用于确定所述接收到的多路信号中每一路信号的信噪比；参考信号选择单元，用于根据所述信噪比确定单元确定的信噪比中，选择信噪比大的一路信号作为参考信号。

优选的，在该实施例中，设定所述参考信号的权值为1，所述权值估计单元可以进一步包括：功率计算单元，开方单元，合成权值计算单元，其中，功率计算单元，用于计算所述选择单元选择的参考信号和所述输入信号的纯信号功率和噪声功率；开方单元，用于对所述功率计算单元计算的所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率取开方；合成权值计算单元，用于根据所述功率计算单元计算的所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率和噪声功率，以及所述开方单元开方后的所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率，计算所述参考信号与所述输入信号合成的合成权值。

其中，所述计算计算所述参考信号与所述输入信号合成的合成权值具体包括：所述参考信号的噪声功率与开方后所述输入信号的纯信号功率的乘积，作为第一结果；以及计算所述输入信号的噪声功率与开方后所述参考信号的纯信号功率的乘积，并将乘积的倒数作为第二结果；将所述第一结果与第二结果相乘，得到所述输入信号的合成权值。具体的实现过程如图5所示。本发明实施例不作限制。

图5为本发明中提供的基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强装置中权值估计单元的结构示意图，在该图5中，d(n)，d(n-1)…，d(n-N+1)为参考信号；x(n)，x(n-1)…，x(n-N+1)为输入信号；P_dN、P_xN分别为参考信号和输入信号的噪声功率；P_dS、P_xS分别为参考信号和输入信号的纯信号功率；K(n)为输入信号合成权值；1/(·)为求倒数运算；

为求开方运算；E为功率计算单元，即信号功率和噪声功率计算单元。如图所示，在该实施例中，设参考信号的权值为1，具体的实现过程为：

1)将参考信号和输入信号分别送入功率计算单元，功率计算单元分别计算出各路信号的纯信号功率P_dS、P_xS和噪声功率P_dN、P_xN；

2)分别对计算出的所述纯信号功率取开方，得

3)将计算出的所述参考信号中的噪声功率P_dN与输入信号的纯信号功率的开方

相乘；

4)将计算出的所述输入信号中的噪声功率P_xN与参考信号的纯信号功率的开方

相乘，并求乘积的倒数；

5)将步骤3)和步骤4)的结果相乘，乘积即为输入信号的合成权值。

还请参阅图6，为本发明实施例中提供图5中的功率计算单元的一种结构示意图；在该图中，x(n)x(n+1)…x(n-N+1)为输入信号；X(n)X(n+1)…X(n-N+1)为输入信号DFT变换后信号模值；P_N为噪声功率；P为信号带宽在FFT结果中所占的谱线个数；N为FFT点数；P_s为纯信号功率；FFT&Mod为N点DFT运算后取模。其具体的实现过程为：

1)对输入信号作N点FFT运算，并对各输出点取模；

2)根据确定输入信号的采样频率Fs和复基带信号带宽B，确定

3)对步骤1)中输出点取模的结果的第L到

并对

个数值进行累加后取均值，作为噪声功率的估计值P_N；

4)对步骤1)中的输出结果的第0到第L-1，并对L个数值进行累加；

5)将步骤3)中输出噪声功率的估计值P_N结果乘以L；

6)将步骤4)的结果减去步骤5)的结果后，除以L，其结果作为对纯信号功率的估计。

优选的，所述信号差异补偿自适应滤波单元，具体可以通过信号差异补偿自适应滤波器对所述输入信号参照所述参考信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号，其中所述号差异补偿自适应滤波器可以是M阶横向自适应滤波器，也可以是无限冲激响应自适应滤波器，当然，也可以是具体该功能的其他滤波器，本发明实施例不作限制。

其中，一种得到补偿后的输入信号方式为：

当通过号差异补偿自适应滤波器对所述输入信号参照所述参考信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号，所述信号差异补偿自适应滤波单元可以进一步包括：延迟信号获取单元和信号差异补偿计算单元，所述延迟信号获取单元，用于对所述选择单元选择的所述输入信号进行延迟，得到多个延迟信号；所述信号差异补偿计算单元，用于将所述延迟信号获取单元得到的所述多个延迟信号与对应的多个滤波器系数相乘，并合并相乘的结果，得到补偿后的输入信号。其具体的实现过程可以详见图7。

图7为本发明中提供基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强装置中的信号差异补偿自适应滤波单元的结果示意图。在该图7中，x(n)为输入信号，x(n-1)x(n-2)…x(n-M+1)为延迟信号；

为信号差异补偿自适应滤波器抽头系数，由自适应滤波器系数计算单元装置得到的；Conj为共轭计算。其具体的实现过程为：

1)将所述输入信号x(n)输入延迟单元，获得对应的多个延迟信号；本实施例以M个为例；

2)将所述M个延迟信号分别乘以M个滤波器系数；

3)累加步骤2)中获得的M个乘积的输出结果，并将相加结果为滤波后的信号x′(n)，即为补偿后的输入信号x′(n)。

在该实施例中，信号差异补偿自适应滤波单元装置的运算过程为一个M阶横向滤波器的运算过程。M要根据预估的信号间时延差进行选择，一般来说，滤波器阶数M要不小于信号间时延差与采样间隔之比的二倍，但并不限于此。

优选的，所述装置还可以进一步包括：信号差异计算单元、自适应滤波器系数计算单元和调整单元，其中，信号差异计算单元，用于计算所述信号差异补偿单元补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异，其中所述信号差异可以包括：由信号的载波频率差、信号延迟的时间差和信号的初始相位差所产生的信号波形差异，但并不限于此；自适应滤波器系数计算单元，用于根据所述信号差异计算单元计算的信号差异和所述输入信号，计算所述进行信号差异自适应滤波补偿的信号差异补偿自适应滤波器的系数；调整单元，用于根据所述自适应滤波器系数计算单元计算的系数调整所述信号差异补偿自适应滤波器的抽头系数。

其中，所述自适应滤波器系数计算单元包括：获取单元、共轭计算单元和系数确定单元，所述获取单元，用于对所述选择单元选择的所述输入信号进行延迟，得到多个延迟信号；所述共轭计算单元，用于计算所述信号差异计算单元计算的信号差异的共轭，并乘以所述信号差异补偿自适应滤波器的步长因子；所述系数确定单元，用于将共轭计算单元得到乘积的结果分别与对应的所述多个延迟信号相乘；并将所述相乘的结果与原滤波器系数相加，得到所述对输入信号进行信号差异自适应滤波补偿的差异补偿自适应滤波器的系数。

图8为本发明提供基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强装置中自适应滤波器系数计算单元的具体结构示意图，在该实施例中，x(n)x(n-1)…x(n-M+1)为M个输入信号样点；e(n)为n时刻信号误差；e^*(n)为e(n)的共轭信号；μ为输入步长因子；

为前一时刻的信号差异补偿自适应滤波器系数；

为本时刻输出的信号差异补偿自适应滤波器系数，对于信号差异补偿自适应滤波器系数的初始值可以根据经验来设置，也可以令其为0，本实施例不作限制；Conj为共轭计算；M为延迟补偿滤波器阶数；将输入信号x(n)输入到延迟单元，得到对应的多个输入信号，比如x(n-1)，x(n-2)，......x(n-m+1)等；其具体的实现过程为：

1)将输入信号x(n)输入延迟单元，获得M个延迟信号；

2)将所述差值信号e(k)取共轭，并乘上常数μ(该常数为自适应滤波器中的步长因子，可以根据信道的时变性进行调整)；

3)利用步骤2中乘积的结果分别乘上M个延迟信号，并将所述相乘的结果与原滤波器系数相加，得到所述对输入信号进行信号差异自适应滤波补偿的差异补偿自适应滤波器的系数；本实施例中，得到的系数以M个为例；

4)输出M个系数。

需要说明的是，本发明实施例不但可以应用在深空通信天线组网中，还可以应用于无线通信中的其他多天线接收系统中，本实施例不作限制。

本发明主要是利用多接收天线进行合成来提高信号质量，充分利用现有的多个接收机(同类型或不同类型)，由于各接收机本地振荡器的精度问题教会导致信号间存在频率差；此外，本发明对信号合成是透明的，无需利用信号的调制特点，其运用环境更加普遍和灵活。

由上述实施例可知，由于接收通道的不一致性，多天线接收信号间存在载波频率差异、信号延迟差异、信号初始相位差异，从而导致多支路信号间存在波形上的差异，再加上信号间的差异具有一定的时变性。本实施例中通过信号差异补偿自适应滤波器，对多支路信号间的差异进行自适应跟踪和补偿，从而提高多天线信号合成信号的质量。也就是说，本发明实施例中，充分利用多天线接收信号间的相关性，采用自适应滤波方法，具有较强的跟踪能力，合成性能良好。适合应用于较复杂环境。即本发明实施例可以对多天线信号间存在的差异直接进行一次性估计与补偿，最终实现最佳的信号合成。其实现结构通用而且简单；能实时跟踪信号特性变化，快速对参数变化作出调整。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强方法，其特征在于，包括：

计算所述参考信号与所述输入信号进行合成时的合成权值；

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从接收到的多路信号中选择一路信号作为参考信号包括：

确定所述接收到的多路信号中每一路信号的信噪比；

选择信噪比大的一路信号作为参考信号。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设定所述参考信号的权值为1，计算所述参考信号与所述输入信号进行合成时的合成权值具体包括：

对所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率取开方；

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述输入信号参照所述参考信号进行信号差异自适应滤波补偿，得到补偿后的输入信号具体包括：

对所述输入信号进行延迟，得到多个延迟信号；

将所述多个延迟信号与对应的对个滤波器系数相乘；

合并相乘的结果，得到补偿后的输入信号。

5、根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异；

根据所述系数调整所述信号差异补偿自适应滤波器。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述信号差异和所述输入信号计算所述对输入信号进行信号差异自适应滤波补偿的信号差异补偿自适应滤波器的系数具体包括：

获取所述输入信号延迟后的多个延迟信号；

将乘积分别与对应的所述多个延迟信号相乘；

7、根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述信号差异包括：由信号的载波频率差、信号延迟的时间差和信号的初始相位差所产生的信号波形差异。

8、一种基于自适应信号波形补偿的多天线信号合成增强装置，其特征在于，包括：

信号合成单元，用于利用所述合成权值对所述补偿后的输入信号进行加权，并将加权后的信号与所述参考信号进行合并，得到合成信号。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述选择单元包括：

10、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，设定所述参考信号的权值为1，所述权值估计单元包括：

合成权值计算单元，用于根据所述功率计算单元计算的所述参考信号和所述输入信号的纯信号功率的开方和噪声功率，计算所述参考信号与所述输入信号的合成权值。

11、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述信号差异补偿自适应滤波单元包括：

12、根据权利要求8至11任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

自适应滤波器系数计算单元，用于根据所述信号差异计算单元计算的信号差异和所述输入信号，计算所述进行信号差异自适应滤波补偿的信号差异自适应滤波器的系数；

调整单元，用于根据所述自适应滤波器系数计算单元计算的系数调整所述信号差异自适应滤波器。

13、根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述自适应滤波器系数计算单元包括：

系数确定单元，用于将共轭计算单元得到乘积的结果分别与对应的所述多个延迟信号相乘；并将所述相乘的结果与原滤波器系数相加，得到所述对输入信号进行信号差异自适应滤波补偿的差异补偿自适应滤波器的系数。

14、根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述信号差异计算单元，具体用于计算所述补偿后的输入信号与所述参考信号的信号差异包括：由信号的载波频率差、信号延迟的时间差和信号的初始相位差所产生的信号波形差异。