CN102217213A - 受控波束卫星通信系统中的主动干扰抑制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星通信系统中的主动干扰抑制，具体地但不排他地，涉及使用主动干扰抑制以抑制通信系统中的用户信号之间的协同信道干扰的装置和方法。所述通信系统包括具有多个天线单元的接收或发射天线，每一个天线单元与相应的天线单元信号相关联。所述方法包括以下步骤：计算针对多个波束信号中的一个或多个波束信号的复加权值；根据所计算出的复加权值来调整波束信号；以及使用一个或多个经过调整的导出的波束信号来抵消至少一个波束信号中的协同信道干扰，以提供抑制了干扰的输出信号。可以基于恒模算法来计算复加权值。

Description

受控波束卫星通信系统中的主动干扰抑制

技术领域

本发明涉及卫星通信系统中的干扰抑制，具体地但不排他地，涉及用于抑制在卫星通信系统中共享频道的多个用户信号之间的协同信道干扰的装置、系统和方法。

背景技术

卫星通信系统越来越多地使用有效载荷设计中的数字处理架构以及以窄点波束的形式提供覆盖。众所周知，利用多单元天线系统，通过涉及向每一个通信频道分配用于控制点波束参数的复数字权重的波束赋形技术，或者，利用每个波束单端口的天线系统，来精确定义这种窄点波束。

当前的趋势是通信系统中的用户总数增加，同时每一个用户所需的比特率也增加。由于对更高容量的不断增长的需求，在这种系统更有效使用带宽的方面存在压力。一种实现这一点的方式是通过在可能的情况下最大化系统中的频率重用。对于卫星系统，主要重用方法涉及使用一定数目的点波束，每一个点波束被分配给用户“小区”，在该“小区”中点波束共享频率资源。

频率重用方案在系统之间改变，但是典型地，选择被称作3色、4色和7色，其中在点波束的规则六边形网格形成上重用3、4或7个频率，3色提供对系统中频率重用的更高浓度。备选地，可以存在共享相同频率的不规则几何形状的波束。因此，为了限制相同“信道”上的用户之间的干扰，仅在非相邻波束之间共享频率。目的是空间分离将干扰源放置在主波束的旁瓣中，最小化它们对该波束的影响。然而，即使在旁瓣中，干扰源也可以引起显著的信号恶化。一种减小干扰源的影响的方法是：增加天线大小，以降低旁瓣的电平，进而减小协同信道干扰。然而，该方法除了在资源方面昂贵之外，还可能被认为是低效的，这是因为其在所有可能的干扰位置处都加以低增益，包括不必须存在干扰源的位置处。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的内在限制。

根据本发明，提供了一种在卫星通信系统中抑制协同信道干扰的方法，所述卫星通信系统包括具有多个天线单元的接收天线，每一个天线单元被配置为提供相应的天线单元信号，所述方法包括：数字化每一个天线单元信号，并将每一个已数字化的天线单元信号处理为在单元信号中存在的相应频道中的分离的接收信号分量；针对从至少一个频道中的接收信号分量导出的多个波束信号中的一个或多个波束信号，计算复加权值；在所述至少一个频道中，根据所计算出的复加权值来调整一个或多个导出的波束信号；以及使用一个或多个经过调整的导出的波束信号，抵消所述至少一个频道中的至少一个导出的波束信号中的干扰，以提供抑制了干扰的输出信号。

所述卫星通信系统还可以包括多个波束赋形网络，所述方法还包括：为了从信号分量导出波束信号，在所述波束赋形网络中的每一个处，利用相应波束赋形权重值，对每一个所述频道中的所述信号分量进行数字加权。

所述接收天线可以包括直接辐射阵列天线、阵馈反射面天线或成像相控阵天线。

通过将每一个频道中的每一个信号分量用作相应的波束信号，可以实现从所接收的信号分量导出所述多个波束信号。所述接收天线可以包括每束单馈(single feed per beam)天线。

计算复加权值可以包括：使用恒模算法来确定所述加权值。

此外，计算复加权值还可以包括：根据与所述一个或多个导出的波束信号相关联的地理位置来初始化所述恒模算法，以抵消所述至少一个导出的波束信号中的干扰。通过选择恰当的初始复加权值，可以确保强化正确的导出的波束信号。可以在控制信号中向算法指定用于选择恰当初始复加权值的指令。

计算复加权值可以包括：将一个或多个导出的波束信号中的每一个波束信号与所述抑制了干扰的输出信号相关。

所述方法还可以包括：为了针对与第一信道不同的第二信道中的多个波束信号中的一个或多个波束信号确定复加权值，调整针对所述第一信道中的多个波束信号中的一个或多个波束信号而计算出的复加权值。

根据本发明，还提供了一种用于在卫星通信系统中抑制协同信道干扰的装置，所述卫星通信系统包括具有多个天线单元的接收天线，每一个天线单元被配置为提供相应的天线单元信号，所述装置包括：模数转换器，用于数字化每一个天线单元信号；多个解复用器，用于将每一个已数字化的天线单元信号处理为在单元信号中存在的相应频道中的分离的接收信号分量；处理装置，用于针对从至少一个频道中的接收信号分量导出的多个波束信号中的一个或多个波束信号，计算复加权值；多个复加权单元，用于在所述至少一个频道中，根据所计算出的复加权值来调整一个或多个导出的波束信号，以形成抵消信号；以及抵消单元，用于使用一个或多个抵消信号来抵消所述至少一个频道中的至少一个导出的波束信号中的干扰，以提供抑制了干扰的输出信号。

所述装置还可以包括：多个波束赋形网络，用于利用相应波束赋形权重值，对每一个所述频道中的所述信号分量进行数字加权，以从信号分量导出波束信号。所述接收天线可以包括直接辐射阵列天线、阵馈反射面天线或成像相控阵天线。备选地，通过将每一个频道中的每一个信号分量用作相应的波束信号，可以从接收信号分量导出所述多个波束信号。所述接收天线可以包括每束单馈天线。

所述处理装置可以被配置为使用恒模算法来计算所述复加权值。所述处理装置可以被配置为：基于控制信号中接收的指令来选择初始复加权值，以抑制所述至少一个导出的波束信号中的干扰。

根据本发明，还提供了一种在卫星通信系统中抑制协同信道干扰的方法，所述卫星通信系统包括具有多个天线单元的天线，每一个天线单元与相应的天线单元信号相关联，所述方法包括：在多个频道中的每一个频道中产生多个波束信号，所述波束信号对应于一个或多个天线单元信号；针对至少一个频道中的一个或多个波束信号，计算复加权值；在所述至少一个频道中，根据所计算出的复加权值来调整一个或多个波束信号；以及使用一个或多个经过调整的波束信号来抵消所述至少一个频道中的至少一个波束信号中的干扰，以提供抑制了干扰的输出信号。

所述天线可以包括接收天线，以及，所述卫星通信系统还可以包括多个模拟波束赋形网络。所述方法还可以包括：为了导出所述波束信号，在每一个所述模拟波束赋形网络处，调整多个天线单元信号的增益和相位。

所述天线可以包括发射天线，以及，所述卫星通信系统还可以包括多个模拟波束赋形网络。所述方法还可以包括：在每一个所述模拟波束赋形网络处，基于所述波束信号来导出每一个天线单元信号。

根据本发明，还提供了一种在卫星通信系统中抑制协同信道干扰的装置，所述卫星通信系统包括具有多个天线单元的天线，每一个天线单元与相应的天线单元信号相关联，所述装置包括：信号处理装置，用于在多个频道中的每一个频道中产生多个波束信号，所述波束信号对应于一个或多个天线单元信号；处理器装置，用于针对至少一个频道中的一个或多个波束信号，计算复加权值；多个复加权单元，用于在所述至少一个频道中，根据所计算出的复加权值来调整一个或多个波束信号；以及抵消单元，用于使用一个或多个经过调整的波束信号来抵消所述至少一个频道中的至少一个波束信号中的干扰，以提供抑制了干扰的输出信号。

根据本发明，还提供了一种卫星通信系统，包括：具有多个天线单元的天线装置，每一个天线单元与相应的天线单元信号相关联；以及根据本发明所述的装置。

根据本发明，还提供了一种卫星通信系统，包括：具有多个天线单元的天线装置，每一个天线单元被配置为提供相应的天线单元信号；以及根据本发明所述的装置。

附图说明

现在将结合附图，作为示例，描述本发明的实施例，附图中：

图1是用于处理通信卫星中的上行链路和下行链路信号的已知系统的示意框图，其并入了波束赋形机制；

图2是波束赋形装置的示意框图，其并入了根据本发明的实施例的主动干扰抑制；

图3是示出了在图2的波束赋形装置中执行的用于抑制用户信号之间的协同信道干扰的步骤的流程图；

图4是示出了由图2的控制功能单元执行的用于计算复加权参数更新以抑制用户信号之间的协同信道干扰的步骤的流程图；

图5是更详细地示出了图1的控制功能的示意框图；以及

图6示出了在频率重用方案中的六边形网格上间隔开的用户波束的示例，其示出了根据本发明的实施例的抵消波束。

具体实施方式

数字波束赋形架构与多单元天线系统一起提供了对与不同频道相关联的波束的灵活且独立的重新配置。这可以用于基于个体频道来提供全局的、成形的区域性或窄点波束。改变点波束的位置的能力提供了将容量路由在不同地面位置之间的手段。

一种重要类别的卫星天线涉及多个单元，其中，对应用于这些单元或从这些单元接收的信号的幅度和相位加权或者在数字域中对这些信号的等效复加权的独立控制用于确定波束属性。在该类别中，具体是直接辐射阵列(DRA)，也被称作直接相控阵(其中，由2维阵列的辐射单元来形成孔径)、成像相控阵(IPA)(其中，通过天线“光学器件”来放大主DRA的孔径直径，以及，由多个加权的个体馈电或单元信号合成给定的波束)、阵馈反射面(AFR)(其中，馈电单元的阵列与反射面的焦平面偏移，使得与给定馈电相关联的远场波束模式是有方向性的，并且典型地，由总体馈电集合的加权子集合成给定的波束)以及半聚焦反射面天线。同样相关的是每束单馈(SFPB)天线，其中，每个个体馈电对应于特定波束。

可以将本发明的实施例并入窄带数字波束赋形架构中，其示例在图1中示出，其中，针对每个频道独立地执行波束赋形。

前向链路处理器2支持从固定地球站C-频带上行链路(4-8GHz)到移动终端L-频带(1-2GHz)下行链路的链路，返回链路处理器3支持从移动终端L-频带上行链路到固定地球站C-频带下行链路的链路。前向链路接收天线是每束单馈(SFPB)天线，因此，关于前向链路，不需要波束赋形网络。在与上行链路上两极中的每一个上的频谱的子划分相对应的一定数目的12.6MHz子频带4中，向处理器传送前向链路2上的信号。由A/D转换器6对每一个子频带进行采样。使用高效的快速傅里叶变换(FFT)滤波器组，在8处将每一个子频带解复用为窄带信道(100kHz)(典型地，每一个信道包含单个经过调制的载波)。需要切换功能10，以允许从总的子频带频谱中选择所需的信道并提供上行链路和下行链路之间的灵活的频率映射。同样在该点处，各个信道应用了可编程增益。

然后，将信道路由至下行链路发射天线馈电单元中的一些或全部。在该示例中，发射天线是AFR，但是该架构还适用于DRA或IPA。在12处，通过灵活控制复数字波束赋形权重(针对每一个频道，形成多个波束)来定义波束属性。在13处，使用FFT滤波器功能来对各个单元信号进行频率复用。在14处对单元信号进行D/A转换，并将单元信号输入至后处理链。

返回链路处理器3支持从移动终端L-频带上行链路到固定地球站C-频带下行链路的链路。执行与前向链路中相同类型的处理功能，但是数据流方向相反。处理器输入是来自接收天线单元16的。在该示例中，接收天线是AFR，但是该架构等价地适用于DRA或IPA。将模拟信号转换为数字采样，在波束赋形器功能之前将该数字采样解复用为个体信道(200kHz)。波束赋形器功能18应用复加权，然后，对单元的求和产生最终的波束赋形信道信号(针对每一个频道，形成多个波束信号)。在20处针对馈电器下行链路来复用信号之前，可以在10处应用可编程增益调整。返回链路发射天线是每束单馈(SFPB)天线，因此，关于返回下行链路，不需要波束赋形网络。

如以下将描述的，可以将根据本发明的主动干扰抑制与针对返回链路的接收(移动)天线的波束赋形器功能18合并。备选地或附加地，可以将根据本发明的主动干扰抑制与针对前向链路的发射(移动)天线的波束赋形器功能12合并。可以对接收和发射波束赋形功能均应用主动干扰抑制，例如针对直接移动至移动业务(在图1中，在用户终端UT-UT处标记)，其中，用户信号经由信道切换和电平控制单元22从返回上行链路直接传递至前向下行链路。

图2示意性地示出了根据本发明的针对图1的返回链路3的波束赋形装置。

参照图2，波束赋形装置包括具有M个单元的相控阵30，在本情况下，其具有直接辐射阵列(DRA)天线的形式。将每一个单元的输出馈入多个接收单元32中相应的一个接收单元，每一个接收单元与多个模数转换器(A/D)34中相应的一个A/D相连，每一个A/D与多个频率解复用器36(在本情况下是数字解复用器36)中相应的一个频率解复用器相连。每一个解复用器36具有与N个频道相对应的N个功能输出，每一个解复用器36的每一个输出与每一个信道的“k”个波束赋形网络18₁至18_k(在本情况下是数字波束赋形网络)中的每一个相连。

在本示例中，假定由M个单元的完整集合来合成由波束赋形网络18₁至18_k形成的每一个波束。对于(每一个信道1至N的)每一个波束1至k，经由多个复加权单元38₁₁至38_kk向相应的求和单元40₁至40_k提供每一个波束赋形网络18₁至18_k的输出(x₁至x_k)，求和单元也称作干扰抵消单元。控制功能单元42(也称作处理装置)被连接以从波束赋形网络输出(x₁至x_k)和所得到的抑制了干扰的输出信号(y₁至y_k)接收输入，并且，控制功能单元42被配置为针对每一个信道，调整由加权单元38₁₁至38_kk应用的复加权。

注意，可以通过使用低增益抵消单元(例如DRA的各个单元)来实现对干扰源的加权抵消。然而，在抵消给定干扰源位置处的旁瓣时，在对“所期望的”用户聚焦的波束的主瓣内，将存在增益的潜在显著扰动。本发明的实施例的关键特征是共享相同频道的高增益点波束的集合以最小化对主波束的主瓣增益的扰动的方式充当相互干扰抵消波束。

图2的架构还适用于IPA天线和AFR天线(其中，典型地，由单元馈电的总集合的子集形成给定信道的给定波束)。

图2的架构还适用于SFPB天线，其中，多个波束的对应频道包含已授权的用户接入，并直接馈入图2的复加权和求和电路中，而不需要BFN。

图3是示出了为了抑制输出波束信号中的协同信道干扰而在图2的波束赋形装置中执行的步骤的流程图。

在使用中，参照图3，DRA从地球上不同位置处的一系列发射地面终端(例如地面站或用户终端)接收不同频率上的多个载波。DRA的每一个单元30接收包括各个载波之和在内的完整系统频谱(步骤100)。在接收单元32处进行低噪声放大(步骤101)、进行频率向下转换以及滤波以拒绝带外信号之后，在A/D转换器34中对每一个单元信号进行采样(步骤102)，使得以数字采样序列的形式来定义完全的系统频谱(以与系统带宽相一致的速率)。数字解复用器36对每个单元30的采样后的信号进行数字频率解复用(步骤103)，以针对构成总体系统带宽的一系列个体频道1至N中的每一个提供独立的数字采样(复采样)的表示。给定的频道可以包含单个载波或多个载波，或者，给定的宽带载波可以是在多个信道上共享的。

相应的数字波束赋形网络(DBFN)18₁至18_k的组与N个信道中的每一个相关联。给定的DBFN从M个单元中的每一个接收信道专用信号，将采样乘以专用于给定单元的复权重，并将加权后的单元贡献进行求和，以形成每一个信道的波束输出x₁至x_k(步骤104)。通过复权重的选择来控制与给定频道相关联的波束的属性，并可以简单地通过改变权重来随着时间改变该属性。例如，如果需要形成给定方向上的点波束，则选择与该波束相对应的波束赋形网络的权重，使得在阵列的孔径(假定是平坦的)上形成线性相位梯度，从而将来自所有单元30的贡献相干地相加以最大化所需方向上的增益。

然后，针对每一个信道中的波束信号x₁至x_k中的每一个，应用干扰抑制(步骤105)。具体地，针对在其中每一个信道中要抑制干扰的每一个主波束信号，由相应的加权单元38对每一个波束赋形网络18₁至18_k的输出(x₁至x_k)进行加权，并将该输出(x₁至x_k)提供给与该信道的该主波束相对应的求和单元40₁至40_k中相应的一个。求和单元40₁至40_k提供针对(1至N个信道中的)每一个信道的抑制了干扰的输出波束信号(y₁至y_k)(步骤106)。

由每一个信道的复加权单元38₁₁至38_kk的集合应用要对该信道中的波束信号(x₁至x_k)应用的加权，其中，在本示例中，1至k个加权单元38的集合用于通过应用相应的复权重w₁₁至w_kk来产生针对每一个信道的每一个主波束的抵消波束。

图4是示出了由图2的控制功能单元42执行的用于计算复加权参数更新以抑制用户信号之间的协同信道干扰的步骤的流程图。在本情况下，与图4的例程并列地执行以上参照图3所述的例程。

参照图4，控制功能单元42接收波束赋形网络输出(x₁至x_k)和所得到的波束信号(y₁至y_k)，并且，对这些值进行测量(步骤201)。基于该测量，控制功能单元42针对每一个信道1至N计算由加权单元38₁₁至38_kk应用的复加权的更新(步骤202)。将这些更新应用于相应的复加权单元38₁₁至38_kk，使得后续的波束输出y₁至y_k收敛至抑制了协同信道干扰的所期望的波束赋形(步骤203)。复权重调整计算的过程是迭代的，使得基于从一个或多个先前调整的复权重得到的输出信号，来确定每一个新的权重调整。

通过调整由加权单元38₁₁至38_kk针对每一个信道1至N的每一个波束1至k而应用的复加权，控制功能单元42能够抑制由该信道中的其他波束引起的特定波束中的干扰。此外，通过对每一个信道中的波束信号(x₁至x_k)应用加权，可以独立且并行地处理多个频道，其中，干扰源的抑制专用于每个信道。因此，如果载波覆盖多个频道，则可以独立地抑制载波的每一个信道中的干扰，并可以改进总体干扰抑制。在本示例中，反相应用对抵消信号应用的复权重，使得主信号中的干扰被抵消信号所抑制。系统配置可能需要在应用之前使用校准因子来调整权重。

如以下参照图5更详细描述的，控制功能单元42应用算法，以确定针对每一个波束的恰当复加权w₁至w_k。

根据本发明的实施例，在确定针对每一个输出波束的复权重调整Δw_1-k时应用的算法是基于恒模算法(CMA)的。

该算法被设计为将来自波束赋形网络18₁至18_k的输出x₁至x_k用作抵消波束，以从特定主“期望”信号中移除干扰。这是通过以下操作来完成的：对每一个波束信号进行加权以提供抵消信号，并将结果与主波束相加，该主波束也可以被加权。典型地，主波束将是由波束赋形网络18₁至18_n产生的点或其他形状的波束。

算法的目的是产生要应用于主和抵消波束x_i的权重w_i的集合。加权波束之和

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{w}_i^{*}{x}_i---\left(1\right)$

则给出了“抑制了干扰的输出信号”，得到所期望的结果：移除了干扰。抑制了干扰的输出信号由“y”标识，其可以是来自每一个信道的求和单元40₁至40_k中的任一个的输出。

恒模算法是用于产生均匀包络的信号的源分离的半盲方法。其基础是包括协同信道干扰在内的任何干扰将倾向于使包络失真。该算法被设计为最小化该失真，从而最小化来自协同频道的干扰。这是通过假设当被发射时所期望的信号具有相对恒定的包络来实现的。例如，这种信号可以包括具有PSK型调制载波(如QPSK)的信号或者使用另一阶PSK或备选调制方案的信号。本发明还被示出为对非恒模调制方案(如QAM)有效。该恒定包络的变化的主要来源是由于添加到所期望的信号的干扰源的贡献。因此，对接收到的信号强制恒定包络可以导致移除不期望的干扰源。

经由最速下降法，基于“代价函数”G来导出恒模算法；即，当前解与所需解相距多远的度量。最速下降的目的是：通过进行经过最快路线将代价函数移动至零的参数改变来减小代价函数。在本发明的情况中，这意味着应当与G的梯度成比例地改变权重：

$\∂w/\∂t=-\mathrm{\μ}\▿G---\left(2\right)$

其中参数μ是控制收敛速率的参数。如果使该参数适配于离散权重更新，则得到

w[n+1]＝w[n]-μ▽G                    (3)

方程(4)中示出了要最小化的代价函数，其中，gamma是Godard半径：

$G=\frac{1}{4}E\left\{{({\left|y\right[n\left]\right|}^2-\mathrm{\γ})}^2\right\}---\left(4\right)$

“Godard半径”给出了对所需信号幅度的度量，并且，从方程(1)可知，

$y=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{w}_i^{*}{x}_i$

对权重向量w求微分得到以下误差函数：

$\frac{\∂G}{\∂w}=E\{{\left|y\right[n\left]\right|}^2-\mathrm{\γ}\}.y\left[n\right].\frac{\∂y\left[n\right]}{\∂w}$

$=\left(x{\left[n\right]}^{*}y\right[n\left]\right).({\left|y\right[n\left]\right|}^2-\mathrm{\γ})---\left(5\right)$

其中x[n]是x在时间n处的采样。

需要方程(6)等于零，从而得到以下更新方程：

w[n+1]＝(w[n]-μ.<x[n]^*y[n]>.(|y[n]|²-γ)    (6)

对方程(6)的直观分析揭示了通过输入向量x和自适应算法的标量输出y的相关来操纵该算法。

控制功能单元42可以针对每一个波束选择初始加权w₁至w_k，以强化所期望的信号。当使用CMA算法来强化展现出恒模且被未展现出恒模的信号(例如随机噪声干扰)围绕的所期望的信号时，典型地，足以将自适应权重初始化为相同值。当干扰未展现出在所期望的信号中看到的恒模属性时，算法的性质允许强化所期望的信号并抑制所有其他信号。然而，在产生形式上类似的多个用户信号(都具有恒模)的卫星通信系统中，从算法的观点来看，所有的信号看起来是等效的。如果波束权重均被初始化为相同值，则所强化的信号可以是输入至该算法的信号中的任一个。根据本发明的一些实施例，通过使用所导出的点波束作为该算法的输入并恰当选择算法的初始状态，从而强化在特定位置上聚焦的所导出的点波束，来解决该问题。例如，指定用户或与该用户相对应的地理位置，并标识在用户或位置的方向上聚焦的点波束。根据一些实施例，可以将标识出的点波束的自适应权重初始化为1，并可以将其他波束的自适应权重初始化为零。由于复权重调整计算的过程是迭代的，因此基于从初始权重得到的输出信号来确定新的权重调整。换言之，通过如上所述使用所导出的波束或点波束作为输入并选择初始权重，将该算法设置为与针对用户而优化的波束模式更接近。通过在初始化之后迭代地调整权重，随后获得优化的波束模式。初始波束权重仅用于确保该算法选择所期望的信号。可以针对每个频道中的每个波束信号重复对值进行初始化的过程，以确保在整个系统中强化所期望的信号。

在一些实施例中，在地面上的控制站中或在卫星上的存储器中，在系统级指定期望应用干扰抑制算法的地理位置。例如，通信卫星的运营者可以决定去往特定用户位置的信号应当是抑制了干扰的，然后系统将检查去往该位置的由系统接收或发射的信号。系统可以确定与要由特定复加权单元38₁₁至38_kk集合以及特定求和单元40₁至40_k形成的输出波束y_n相关联的地理位置，并向算法指定与该位置相关联的波束信号x_n。然后可以初始化该算法，以强化标识出的波束信号x_n。

图5是示出了图2的控制功能单元42的用于应用恒模算法的功能组件的示意框图。

图5具体地示出了用于抑制特定信道中的一个波束信号x_n内的干扰的功能组件。类似的装置也将适用于抑制在每一个其他信道内的每一个其他波束信号中的干扰。

参照图5，控制功能单元42包括输出信号数字相关器50以及第1至第k波束信号数字相关器52₁至52_k。处理器54从相关器50、52接收输出，并应用更新算法以计算复加权的更新Δw_1-k。

在使用中，输出信号数字相关器50接收针对正在抑制干扰的特定波束的波束输出信号y_n。对该波束输出信号y_n进行自相关，从而产生|y|²，将其馈入处理器54。第1至第k信号数字相关器52₁至52_k将y_n与每一个抵消波束信号x₁至x_k进行相关，并且，还将所得到的信号作为输入提供给处理器54。处理器54根据上述方程(6)产生复加权单元38的复加权的更新Δw_1-k，其中μ用于控制更新的收敛速率，从而提供系统阻尼。对于特定系统配置，μ的值通常是固定的，从而对于涉及提供所期望的干扰抵消的通信信号，算法在恰当的时间收敛，这是对于本领域技术人员来说显而易见的。γ的值被选择为要实现的最优信号模的度量，且通常是固定的。然而，可以根据过去的示例来计算该值，例如γ＝|y|²，其中y取自前一个或另一先前的周期，或者是在两个或更多个先前周期上求平均得到的。

根据本发明的实施例，在系统中应用权重更新之前，处理器54还对这些权重更新求平均，以改进准确性。

根据本发明的一些实施例，如上所述，处理器54还设置算法的初始状态，以强化正确的波束。在系统级，可以确定应当应用干扰抑制算法的地理区域或用户。然后，系统标识与地理区域相关联的点波束x_n，并相应地准备处理器54的指令。可以在控制信号中向处理器发送指令。处理器可以接收控制信号，并可以根据所指定的指令来初始化算法，以处理包括标识出的点波束x_n在内的点波束集合(x₁至x_k)。指令可以指定要应用于每一个复加权单元38的初始权重。备选地，指令可以指定所关注的波束x_n，处理器54可以确定强化所关注的波束所必需的初始权重。

在所描述的实施例中，除了抵消信号之外，复加权单元对主波束信号进行加权，还通过抵消信号来对主波束信号进行抑制。根据本发明的实施例，对主波束信号的加权应用加权阈值，例如使得其模不低于预定级别，或使得应用于主波束的加权不以多于预定因子来限制波束信号。

本发明还适用于宽带信号，其中，在多个信道上共享给定的宽带载波。在该情况下，由控制功能单元42执行的测量包括来自一定数量的这些信道的贡献，并且对上述系统的相应修改是必须的。例如，参照图5，输出信号相关器50将包括来自所有或几乎所有能看到主信号的信道的测量。使用过少的信道可能给出具有不充分恒模的失真信号。波束信号相关器52可以成功地使用信道的子集，尽管最优操作将需要恰当地选择该子集。

在宽带信号的情况下，逐信道地执行测量，然后，在处理器54中对测量进行求和，其中，例如，执行对相关器50的输出的求和，以确保包括充足数目的信道。可以期望，在将信号馈入输出信号相关器50之前需要重构该信号。然而，这不是必须的。因此，可以通过调整处理器54中的参数，从而具有相对固定的系统架构并对不同的信号情形进行响应，例如比信号信道更宽的信号。还可以在处理器54中进行以下选择：使用波束信号相关器输出的哪些子集来给出最优行为。

在特定情形中，如果宽带信号正在受到一些窄带信号的干扰，则可以从波束信号相关器52₁选择两个不同的子集，一个专注于一个信道中的干扰源，一个专注于在不同的信道中的不同的干扰源。

根据本发明的实施例，可以通过利用特定环境中的信道的已知属性，来最小化在上述装置中针对每一个信道1至N中的每一个波束信号x₁至x_k而执行的计算。例如，可以以预定比率改变针对特定信道中的抵消波束而计算的复权重调整，并将该复权重调整应用于另一个信道中的抵消波束。可以基于所讨论的信道来确定该预定比率，以考虑在所需加权中由于涉及的不同频率而导致的已知差异。在这种情形中，干扰位置在两个信道中将是相同的，例如当对在不同信道上上传一定数目的不同信号的馈电器站的网络应用本发明时。可以专注于一个信道中的一个信号，并在其他信道上应用所得到的计算。由于馈电器站处于固定位置并均在多个信道上发生干扰，则干扰位置在频带上是相同的。

尽管已描述了本发明的特定实施例，但是本发明不限于这些示例。例如，上述系统被配置为使得可以将每一个波束输出x₁至x_k用作抵消波束。实际上，可以减少抵消波束的数目以专注于天线的最高旁瓣(通常最接近于主瓣)中的用户。合理的假设将是：主波束与第一旁瓣之间的方向性差异大约20dB。将在更大程度上抑制较低电平旁瓣中的干扰源。甚至5dB的抑制也可以极大地改进性能，因此，可以仅考虑旁瓣最高的位置处的干扰源的子集。用于抵消特定干扰源的波束将在其他干扰源的方向上具有非常低的方向性。因此，抵消信号将在某种程度上是独立的，这意味着可以在逐信号方案中使用抵消信号来实现多信号抑制(一次处理一个信号)，从而极大地降低了复杂度。

图6示出了在六边形网格上间隔开的用户波束的示例，其中，将主波束60示出为周围环绕着第一至第六协同信道波束62a-f，这些协同信道波束潜在地处于最高旁瓣内，在本情况下，最高旁瓣最接近于主波束并落在图中所示的圆形线64和66之间。可以通过利用对主波束60的旁瓣结构的了解，仅使用波束62a-f作为抵消波束。具体地，总体上，随着从主波束60向外移动，旁瓣显著地下降。因此，主要干扰来自六个最接近的用户，并且有利地，算法可以适于仅专注于这些抵消波束，从而降低系统的复杂度。

尽管已参照DRA天线类型描述了本发明，但是本发明还适用于其他天线类型，如IPA、AFR和SFPB。

关于IPA天线，上述干扰抑制架构和方法适用于IPA天线，而不需要任何修改。

对于AFR天线，为了实现根据本发明的干扰抑制，需要对上述系统和方法的最小适配。典型地，通过对馈电信号的子集进行加权组合来形成与给定频道相关联的波束(典型地，具有高幅度的有限馈电集合加权以形成主瓣，其他馈电加权以限制旁瓣电平)。

对于SFPB系统，来自天线的单一单元输出已形成了点波束，因此不需要上述数字波束赋形网络18₁至18_k。典型地，将这种系统中的点波束专注于宽广的区域。每一个馈电形成了具有一定数目的被占用的信道的点波束，同时，在一定数目的空间分离的波束上占用相同的信道。因此，将干扰抑制应用于来自波束子集的对应频道输出。

本发明还适用于提供下行链路的信号的发射天线系统。具体地，本发明用于通过将协同信道波束加权地相加，抵消旁瓣，从而减小协同信道用户的特定方向上的发射波束增益。在一个示例中，使用与本申请中所述相同的加权干扰波束架构，但是根据与对特定协同信道用户位置的了解结合使用对波束模式的详细了解来定义所需的权重。可以例如从在去往卫星的上行链路上应用的干扰抑制算法的结果导出用户位置。这样，可以抑制下行链路中波束之间的协同信道干扰。

尽管关于如图1所述的系统的返回链路3描述了本发明，但是本发明还适用于在卫星通信系统的前向链路中使用，例如与图1中的用于接收地面站上行链路的接收天线相关联或与用于发射下行链路到地面站的发射天线相关联地使用。在图1的示例中，这些天线是SFPB类型的天线，从而不需要对应的波束赋形网络。然而，本发明还可以与其他天线(如DRA、IPA或AFR天线)一起使用，这些其他天线可以与波束赋形网络一起使用。

本发明还可以适用于使用TDMA的通信系统，例如关于与移动设备的链路的发射或接收波束赋形。在这种系统中，有可能基于TDMA，给定的波束中的一定数目的不同接入使用给定的信道。对于给定干扰源位置，任何干扰抑制权重集合将适用，因此与这种TDMA接入相邻的波束将不得不抑制跳干扰(hopping interference)。相应地，针对TDMA方案中的每一个时隙，改变波束权重。在这种系统中，为了在每一个时隙中足够快地进行收敛，可以调整用于控制收敛速率的阻尼因子μ。

尽管已关于数字波束赋形描述了本发明的实施例，但是本发明不限于此。备选地，可以使用模拟波束赋形装置，以及，对波束信号的模数转换和数字解复用由模拟波束赋形产生。这种系统的实现将类似于SFPB天线实现，且添加了模拟波束赋形网络。

Claims (27)

1.一种在卫星通信系统中抑制协同信道干扰的方法，所述卫星通信系统包括具有多个天线单元的接收天线，每一个天线单元被配置为提供相应的天线单元信号，所述方法包括：

数字化每一个天线单元信号，并将每一个已数字化的天线单元信号处理为单元信号中存在的相应频道中的分离的接收信号分量；

针对从至少一个频道中的接收信号分量导出的多个波束信号中的一个或多个波束信号，计算复加权值；

在所述至少一个频道中，根据所计算出的复加权值来调整一个或多个导出的波束信号；以及

使用一个或多个经过调整的导出的波束信号来抵消所述至少一个频道中的至少一个导出的波束信号中的干扰，以提供抑制了干扰的输出信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述卫星通信系统还包括多个波束赋形网络，所述方法还包括：为了从信号分量导出波束信号，在所述波束赋形网络中的每一个处，利用相应的波束赋形权重值来对所述频道中的每一个中的所述信号分量进行数字加权。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述接收天线包括直接辐射阵列天线、阵馈反射面天线或成像相控阵天线。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过将每一个频道中的每一个信号分量用作相应的波束信号，从接收信号分量导出所述多个波束信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述接收天线包括每束单馈天线。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，计算复加权值包括：使用恒模算法来确定加权值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，计算复加权值还包括：根据与所述一个或多个导出的波束信号相关联的地理位置来初始化所述恒模算法，以抵消所述至少一个导出的波束信号中的干扰。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，计算复加权值包括：将一个或多个导出的波束信号中的每一个与所述抑制了干扰的输出信号进行相关。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：为了针对与第一信道不同的第二信道中的多个波束信号中的一个或多个波束信号确定复加权值，调整针对所述第一信道中的多个波束信号中的一个或多个波束信号而计算出的复加权值。

10.一种用于在卫星通信系统中抑制协同信道干扰的装置，所述卫星通信系统包括具有多个天线单元的接收天线，每一个天线单元被配置为提供相应的天线单元信号，所述装置包括：

模数转换器，用于数字化每一个天线单元信号；

多个解复用器，用于将每一个已数字化的天线单元信号处理为单元信号中存在的相应频道中的分离的接收信号分量；

处理装置，用于针对从至少一个频道中的接收信号分量导出的多个波束信号中的一个或多个波束信号，计算复加权值；

多个复加权单元，用于在所述至少一个频道中，根据所计算出的复加权值来调整一个或多个导出的波束信号，以形成抵消信号；以及

抵消单元，用于使用一个或多个抵消信号来抵消所述至少一个频道中的至少一个导出的波束信号中的干扰，以提供抑制了干扰的输出信号。

11.根据权利要求10所述的装置，还包括多个波束赋形网络，所述多个波束赋形网络用于利用相应的波束赋形权重值来对所述频道中的每一个中的所述信号分量进行数字加权，以从信号分量导出波束信号。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述接收天线包括直接辐射阵列天线、阵馈反射面天线或成像相控阵天线。

13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述接收天线包括每束单馈天线。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置，其中，所述处理装置被配置为：使用恒模算法来计算所述复加权值。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述处理装置被配置为：基于在控制信号中接收的指令来选择初始复加权值，以抑制所述至少一个导出的波束信号中的干扰。

16.一种在卫星通信系统中抑制协同信道干扰的方法，所述卫星通信系统包括具有多个天线单元的天线，每一个天线单元与相应的天线单元信号相关联，所述方法包括：

在多个频道中的每一个频道中产生多个波束信号，所述波束信号对应于一个或多个天线单元信号；

针对至少一个频道中的一个或多个波束信号，计算复加权值；

在所述至少一个频道中，根据所计算出的复加权值来调整一个或多个波束信号；以及

使用一个或多个经过调整的波束信号来抵消所述至少一个频道中的至少一个波束信号中的干扰，以提供抑制了干扰的输出信号。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述天线包括接收天线，以及，所述卫星通信系统还包括多个模拟波束赋形网络，所述方法还包括：为了导出所述波束信号，在所述模拟波束赋形网络中的每一个处，调整多个天线单元信号的增益和相位。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述天线包括发射天线。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述卫星通信系统还包括多个模拟波束赋形网络，所述方法还包括：在所述模拟波束赋形网络中的每一个处，基于所述波束信号来导出每一个天线单元信号。

20.一种用于在卫星通信系统中抑制协同信道干扰的装置，所述卫星通信系统包括具有多个天线单元的天线，每一个天线单元与相应的天线单元信号相关联，所述装置包括：

信号处理装置，用于在多个频道中的每一个频道中产生多个波束信号，所述波束信号对应于一个或多个天线单元信号；

处理器装置，用于针对至少一个频道中的一个或多个波束信号，计算复加权值；

多个复加权单元，用于在所述至少一个频道中，根据所计算出的复加权值来调整一个或多个波束信号；以及

抵消单元，用于使用一个或多个经过调整的波束信号来抵消所述至少一个频道中的至少一个波束信号中的干扰，以提供抑制了干扰的输出信号。

21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述天线包括接收天线，以及，所述卫星通信系统还包括多个模拟波束赋形网络，所述多个模拟波束赋形网络用于调整多个天线单元信号的增益和相位以导出所述波束信号。

22.根据权利要求20所述的装置，其中，所述天线包括发射天线。

23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述卫星通信系统还包括多个模拟波束赋形网络，所述多个模拟波束赋形网络用于基于所述波束信号来导出天线单元信号。

24.一种卫星通信系统，包括：

具有多个天线单元的天线装置，每一个天线单元与相应的天线单元信号相关联；以及

根据权利要求10至15或20至23中任一项所述的装置。

25.根据权利要求24所述的卫星通信系统，其中，所述处理器装置被配置为：应用恒模算法以确定加权值。

26.一种参照附图所述的装置。

27.一种参照附图所述的方法。

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