CN105071841B - 基于ds‑cdma体制的正交码字同频多波束分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于DS‑CDMA体制的正交码字同频多波束分离方法，属于数字信号处理技术领域。本发明方法可以将多波束网络中各个阵元通道间输出的同频波束进行分离，并且解算出各个波束分量的幅度和相位关系。本发明方法使用具有完全正交特性的PN码在接收端进行匹配滤波和多用户检测，可确保幅度相位测量精度仅受限于接收机内部热噪声，而不受多址干扰的影响。

Description

基于DS-CDMA体制的正交码字同频多波束分离方法
技术领域
本发明涉及一种基于DS-CDMA体制的正交码字同频多波束分离方法，属于数字信号处理技术领域。
背景技术
扩频通信技术具有抗干扰能力强，隐蔽性好等特性，广泛应用在了数字蜂窝移动通信系统，卫星移动通信，室内无线通信和未来的个人通信中。在扩频系统中，直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)系统是目前应用最广泛的扩频系统。扩频码的设计对系统容量有着至关重要的作用，系统容量和性能直接与码字的互相关性和自相关性相关。
在多波束网络中，所有用户波束均占有同一整个频段与同一整个时隙，所以划分不同用户的正交参量既不能用频段，也不能用时隙，而是用各自不同的编码序列的自相关函数来区分，或者说靠信号的不同波形来区分。从频域或时域上看，多个基于DS-CDMA体制的多用户信号是相互重叠的，因此，采用传统的方法是不能分离信号的，对应某用户发送的信号，只有与其相匹配的接收机通过相关检测才可以正确的接收。
在多波束网络实际系统中，多波束网络中模拟器件的幅相不一致性等因素会导致阵列通道间各输出波束的幅相关系偏离预设值。因此精确估算出天线系统的多波束同频CDMA信号的幅相关系具有重要的实际意义，需要精确估算出天线系统的通道幅相不一致性并进行补偿，以保证波束成形的质量。幅相一致性测试仪测试精度要求达到幅度小于0.1dB，相位小于1°。在幅相一致性测试仪中，采用了基于DS-CDMA体制的正交码字多波束分离方法进行同频多波束的分离，从而解算得到相应的多波束间的幅相不一致性。
使用正交码字的原因是在多波束形成产生模块中，由于同频多波束CDMA信号的叠加，在时域和频域上都没有办法对多波束信号进行分离，因此不能用用时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)两种方法，只能采用码分多址(CDMA)进行波束分离。要达到多路多用户的目的，就要有足够多的伪随机序列，而这些伪随机序列又要有良好的自相关性和互相关性。利用自相关性很强而互相关值为0或者很小的周期性码序列是较好的选择。这种PN码组的非零互相关系数会引起各用户间的相互干扰，即多址干扰，在异步传输信道以及多径传播环境中，多址干扰将更加严重。
发明内容
本发明的目的在于通过一种基于DS-CDMA体制的正交码字同频多波束分离方法，将多波束网络中的各个阵列通道间输出同频波束进行分离，且准确估算出分离后各个波束的幅相不一致性。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种基于DS-CDMA体制的正交码字同频多波束分离方法，其主要步骤如下：
步骤一、波束信号生成器预设各个DS-CDMA体制下的通信用户的幅相关系，每一个用户对应着一组正交码字，并将预设的各个用户的幅相关系和各个用户各自对应的正交码字相乘，得到附有幅度和相位信息的基带多波束信号；
步骤二、将步骤一得到的各个用户对应的基带多波束信号分别经过成形滤波器进行波形成形；
步骤三、将波形成形后的基带多波束信号进行多路并行混频，各路信号的频谱从基带搬移到中频或射频频段，将混频后的多路信号叠加，得到同频多波束信号；
步骤四、幅相一致性测试仪接收同频多波束信号，进行下变频，将同频多波束CDMA信号搬移到基带，同时进行滤除二倍频的操作，得到基带多波束信号；
步骤五、将基带的多波束信号经过匹配滤波器进行匹配滤波，得到无码间串扰的基带多波束信号；
步骤六、接收端接收步骤五得到的无码间串扰的基带多波束信号，经过多路数字匹配滤波器，进行多路并行数字匹配滤波，数字匹配滤波输出各用波束的相关峰信号，此相关峰信号即为已经分离好的波束信号。
具体数字匹配滤波方法为：接收端收到的步骤五得到的基带多波束信号为r，期望求解出来的原始信号为A为数字匹配滤波器内置的PN码组，该PN码组是步骤一中各个用户对应的正交码字的合集，AH表示PN码组的转置，数字匹配滤波的运算公式为
经过上述六个步骤即完成了基于DS-CDMA体制的正交码字同频多波束分离。
有益效果
本发明方法可以将多波束网络中各个阵元通道间输出的同频波束进行分离，并且解算出各个波束分量的幅度和相位关系。本发明方法使用具有完全正交特性的PN码在接收端进行匹配滤波和多用户检测，可确保幅度相位测量精度仅受限于接收机内部热噪声，而不受多址干扰的影响。
附图说明
图1 是本发明整体系统架构；
图2 是本发明波束信号生成器流程图；
图3 是本发明幅相一致性测试仪流程图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明和详细描述。
图1是本发明的整体架构图。信号在波束信号生成器中依照预设的幅度和相位关系对正交的伪随机码进行对应相乘，然后将多用户信号进行多路并行的波形成型和混频操作。波束信号生成器产生的M个波束的信号经过多波束网络，多波束网络中模拟器件的幅相不一致性等因素会导致阵列通道间各输出波束的幅相关系偏离预设值。多波束网络输出N个馈源信号传输给幅相一致性测试仪，系统进行下变频、匹配滤波等操作最终解算出多用户预设的相对应幅相关系。
图2是本发明中波束信号生成器的流程图。由图可知，在多波束信号产生器中，根据预设的多用户幅度和相位关系进行相应的PN码组的对应相乘，中令PN码组波形中包含幅度和相位信息。将M路并行的序列经过M组并行的成形滤波器进行波形成型。经过波形成型滤波后的数据进行M路并行的混频将频谱从基带搬移到中频或射频频段。最后将M路并行的混频结果相加，即可得到同频多波束CDMA信号。
图3是本发明的幅相一致性测试仪的流程图。由图3可知，接收机接收从多波束网络输出的信号，首先进行混频将频谱从中频或射频搬移到基带，然后经过低通滤波器滤除高频分量，再经过匹配滤波器消除码间串扰，然后通过数字匹配滤波器对CDMA信号进行波束分离，同时得到相关峰。由于选择的PN码组是正交码组，故直接将得到的相关峰进行解算后即可得到相应的幅相关系。
实施例
以8用户，选用具有完全正交特性的零相关区(ZCZ)序列作为扩频码的多波束幅相测试系统为例，对本发明的具体实施过程进行说明。
上述多波束幅相测试系统包括波束信号生成器和幅相一致性测试仪，测试用户为8(即8组扩频码)，采用的扩频码字为ZCZ序列，扩频比为2048。信号带宽为20KHz，载波频段为200MHz。测试的幅相精度可达幅度小于0.1dB，相位小于1°。
步骤一、波束信号生成器预设8个用户的幅相关系，其中用户指在DS-CDMA体制下的通信用户，每一个用户对应着一组扩频比为2048的正交码字ZCZ码，并将预设的各个用户的幅相关系和各个用户各自对应的正交码字相乘，最终得到附有幅度和相位信息的基带多波束信号；
步骤二、将步骤一得到的8个用户对应的基带多波束信号分别经过成形滤波器进行波形成形。成形滤波器选择根升余弦滤波器，滚降系数选择1，过采样率为16；
步骤三、将波形成形后的基带多波束信号进行多路并行混频，各路信号的频谱从基带搬移到中频200MHz，将混频后的多路信号叠加，得到同频多波束信号；
步骤四、幅相一致性测试仪接收同频多波束信号，进行下变频，将同频多波束信号搬移到基带，同时进行滤除二倍频的操作，得到基带多波束信号；
步骤五、将基带的多波束信号经过匹配滤波器进行匹配滤波，得到无码间串扰的基带多波束信号，匹配滤波器选择根升余弦滤波器，滚降系数选择1，过采样为16；
步骤六、接收端接收步骤五得到的基带多波束信号，将其经过8组数字匹配滤波器，进行多路并行数字匹配滤波，输出8个用户波束的相关峰信号，此相关峰信号即为已经分离好的波束信号。
具体匹配方法为：接收端收到的步骤五得到的基带多波束信号为r，期望求解出来的原始信号为A为数字匹配滤波器内置的PN码组，该PN码组是步骤一中各个用户对应的正交码字的合集，AH表示PN码组的转置，数字匹配滤波的运算公式为
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (1)

1.基于DS-CDMA体制的正交码字同频多波束分离方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、波束信号生成器预设各个DS-CDMA体制下的通信用户的幅相关系，每一个用户对应着一组正交码字，并将预设的各个用户的幅相关系和各个用户各自对应的正交码字相乘，得到附有幅度和相位信息的基带多波束信号；
步骤二、将步骤一得到的各个用户对应的基带多波束信号分别经过成形滤波器进行波形成形；
步骤三、将波形成形后的基带多波束信号进行多路并行混频，各路信号的频谱从基带搬移到中频或射频频段，将混频后的多路信号叠加，得到同频多波束信号；
步骤四、幅相一致性测试仪接收同频多波束信号，进行下变频，将同频多波束CDMA信号搬移到基带，同时进行滤除二倍频的操作，得到基带多波束信号；
步骤五、将基带的多波束信号经过匹配滤波器进行匹配滤波，得到无码间串扰的基带多波束信号；
步骤六、接收端接收步骤五得到的无码间串扰的基带多波束信号，经过多路数字匹配滤波器，进行多路并行数字匹配滤波，数字匹配滤波输出各路波束的相关峰信号，此相关峰信号即为已经分离好的波束信号；
具体数字匹配滤波方法为：接收端收到的步骤五得到的基带多波束信号为r，期望求解出来的原始信号为A为数字匹配滤波器内置的PN码组，该PN码组是步骤一中各个用户对应的正交码字的合集，AH表示PN码组的转置，数字匹配滤波的运算公式为
至此完成了基于DS-CDMA体制的正交码字同频多波束分离。
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