CN105099535B - 基于ds‑cdma体制的多通道信号幅相特性权值矩阵测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于DS‑CDMA体制的多通道信号幅相特性权值矩阵测量方法，属于数字信号处理技术领域。本方法通过首先预设幅相关系，然后将基带波束信号经过根升余弦滤波器进行波形成型，进行混频，叠加产生包含幅相信息的同频多波束信号，将信号接入多波束网络，同时数字多波束幅相测试接收机接收从多波束网络中多个馈源输出的信号，进行混频处理，将同频多波束信号搬移到基带，再经过低通滤波器、根升余弦滤波器消除码间串扰；将得到的信号经过并行数字匹配滤波器，并输出扩频码对应的相关峰，解算出每路信号对应的幅相关系，进而测量出幅相特性权值矩阵，相较于矢量网络分析仪的方法更加的简便和省时。

Description

基于DS-CDMA体制的多通道信号幅相特性权值矩阵测量方法
技术领域
本发明涉及一种基于DS-CDMA体制的多通道信号幅相特性权值矩阵测量方法，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。
在多波束网络实际系统中，多波束信号在发送、传输、接收等过程中会经过一个或多个复杂网络，网络通过自身的幅相不一致性导致阵列通道间各输出波束的幅相关系偏离预设值，影响多波束信号的幅度和相位关系。将复杂网络的自身特性称之为权值矩阵，幅相特性权值矩阵中包含了幅度和相位信息。多通道信号幅相特性权值矩阵的测量有助于通过估算得到的幅相不一致性对天线系统损耗的幅相进行补偿，以保证波束成形的质量。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。
多波束网络通过自身的幅相特性权值矩阵作用于阵列通道间各输出波束，使幅相关系偏离预设值，影响多波束信号的幅度和相位关系。常见的测量权值矩阵的方法是通过矢量网络分析仪，但是对于多通道的系统，使用矢量网络分析仪的方法则繁琐且耗时巨大。
发明内容
本发明的目的是为估算多波束系统中的各个阵列通道间由于引入未知幅相特性的网络而造成的幅相影响，提出一种基于DS-CDMA体制的多通道信号幅相特性权值矩阵测量方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种基于DS-CDMA体制的多通道信号幅相特性权值矩阵测量方法，其主要步骤如下：
步骤一、数字多波束信号发生器将预设的k组幅相关系和k组扩频码组相乘，得到附有幅度和相位信息的k组基带波束信号，将基带波束信号经过根升余弦滤波器进行波形成型，然后进行混频操作得到k组同频波束信号，再将k组同频波束信号叠加产生包含幅相信息的同频多波束信号作为通道1的信号；
步骤二、预设新的k组不同幅相关系作为新的通道的幅相关系值，与步骤一中的k组扩频码组相乘，重复步骤一的过程，产生其他通道的多波束信号，总共产生N通道的多波束信号；
步骤三、将N通道波束信号接入待测的N入M出的多波束网络，同时数字多波束幅相测试接收机接收从多波束网络中M个馈源输出的信号；
步骤四、数字多波束幅相测试接收机接收M个馈源输出信号，进行混频处理，将同频多波束信号搬移到基带，再经过低通滤波器，然后将基带的多波束信号经过根升余弦滤波器消除码间串扰；
步骤五、将步骤四得到的信号经过k组并行数字匹配滤波器，并输出k组扩频码对应的相关峰。由各路信号捕获得到的相关峰解算出每路信号对应的幅相关系；
解算方法为：令第i组(i＜＜k)数字匹配滤波器的输出相关峰为bi，pi为第i组相关峰解算出的绝对幅度，为第i组相关峰解算出的绝对相位，则有下式:
pi＝|bi|2
步骤六、根据步骤一和步骤二中每路信号预设的幅相关系值，以及数字多波束幅相测试接收机解算得到的幅相关系值，推导出多波束网络对应的幅相特性权值矩阵；
推导方式为：将步骤一和步骤二中每路信号预设的幅相关系值形成的幅相特性权值矩阵为A，数字多波束幅相测试接收机解算得到的幅相特性权值矩阵为B，实际多波束网络对应的幅相特性权值矩阵为C。则有当包含预设幅相信息的信号经过多波束网络后，幅相关系值变化为B＝A*C，其中C为未知数，现已知B和A，则C＝A-1*B，其中A-1表示矩阵A的逆矩阵。
经过上述六个步骤即完成了一种基于DS-CDMA体制的多通道信号幅相特性权值矩阵测量。
有益效果
本方法采用了一种基于DS-CDMA体制的多通道信号幅相特性权值矩阵测量方法，有效可靠的测量出幅相特性权值矩阵，相较于矢量网络分析仪的方法更加的简便和省时，有助于准确测量实际应用中的未知幅相特性的多波束网络的幅相特性。
附图说明
图1是本发明整体系统架构；
图2是本发明数字多波束信号发生器任意一通道信号产生流程图；
图3是本发明数字多波束幅相测试接收机流程图。
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。多波束信号发生器产生N通道的多波束信号，各通道信号包含各自不同预设的幅相关系。N个通道的信号经过多波束网络，多波束网络的幅相特性权值矩阵会导致阵列通道间各输出波束的幅相关系偏离预设值。多波束网络输出的M路信号传输给多波束幅相测试接收机，系统进行混频、数字匹配滤波等处理最终解算出多用户的相对应幅相关系，结合多波束信号发生器中多用户信号预设的幅相关系，最终推导出多波束网络的幅相特性权值矩阵。
图2是本发明中数字多波束信号发生器的流程图。由图可知，在数字多波束信号发生器中，根据预设的多用户幅度和相位关系进行相应的PN码组的一一相乘，在相乘过程中令PN码组波形中包含幅度和相位信息。将k路并行的序列经过k组并行的根升余弦滤波器进行波形成型。经过成型滤波后的数据进行k路并行的混频将频谱从基带搬移到中频或射频频段。最后得到的k路并行的数据叠加即为任意一通道发送的数据。
图3是本发明的数字多波束幅相测试接收机流程图。由图3可知，数字多波束幅相测试接收机接收从多波束网络输出的信号，首先进行下变频将频谱从中频或射频搬移到基带，经过根升余弦滤波器后进行数字匹配滤波对CDMA信号进行波束分离，并输出k组扩频码对应的相关峰。由于选择的PN码组是正交码组，故直接将捕获后的相关峰进行解算后即可得到相应的幅相关系。解算得到的幅相关系即为所求的权值矩阵。
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数字多波束信号发生器和数字多波束幅相测试接收机，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。令多波束网络为一个8入1出的合路器。
步骤一、数字多波束信号发生器将预设的各个分量的幅相关系与ZCZ码组中的第一组相乘，将基带波束信号经过根升余弦滤波器进行波形成型，混频操作，产生一路包含幅相信息的波束信号作为通道1的信号；
步骤二、重复步骤一的过程，产生8路由8组ZCZ码组进行直扩的包含幅相信息的多通道波束信号，其中每一个通道的对应着一组ZCZ码字，一共产生8个通道的波束信号。令这8组波束信号的幅相预设值一致；
步骤三、将8通道波束信号经过8入1出的合路器，在合路器中8个通道的单波束信号叠加成多波束信号，同时合路器输出的一路同频多波束信号；
步骤四、数字多波束幅相测试接收机接8入1出合路器的输出信号，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，将基带的多波束信号经过根升余弦滤波器去除码间串扰；
步骤五、将步骤四得到的数据经过多路并行数字匹配滤波，并输出8组扩频码对应的相关峰；根据8组相关峰解算出8组对应的幅相关系；
步骤六、根据预设的多用户间的幅相关系值和多波束幅相测试接收机解算出的幅相关系值，可以反解算得到的多用户间的幅相关系值即为8入1出的合路器对应8通道信号的权值矩阵；
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 (2)

1.基于DS-CDMA体制的多通道信号幅相特性权值矩阵测量方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、数字多波束信号发生器将预设的k组幅相关系和k组扩频码组相乘，得到附有幅度和相位信息的k组基带波束信号，将基带波束信号经过根升余弦滤波器进行波形成型，然后进行混频操作得到k组同频波束信号，再将k组同频波束信号叠加产生包含幅相信息的同频多波束信号作为通道1的信号；
步骤二、预设新的k组不同幅相关系作为新的通道的幅相关系值，与步骤一中的k组扩频码组相乘，重复步骤一的过程，产生其他通道的多波束信号，总共产生N通道的多波束信号；
步骤三、将N通道波束信号接入待测的N入M出的多波束网络，同时数字多波束幅相测试接收机接收从多波束网络中M个馈源输出的信号；
步骤四、数字多波束幅相测试接收机接收M个馈源输出信号，进行混频处理，将同频多波束信号搬移到基带，先经过低通滤波器滤出杂波,再经过根升余弦滤波器消除码间串扰；
步骤五、将步骤四得到的信号经过k组并行数字匹配滤波器后可得到k组扩频码对应的相关峰,由各路信号捕获得到的相关峰解算出每路信号对应的幅相关系；
解算方法为：令第i组数字匹配滤波器的输出相关峰为bi，i＜＜k，pi为第i组相关峰解算出的绝对幅度，为第i组相关峰解算出的绝对相位，则有下式:
pi＝|bi|2
步骤六、根据步骤一和步骤二中每路信号预设的幅相关系值，以及数字多波束幅相测试接收机解算得到的幅相关系值，推导出多波束网络对应的幅相特性权值矩阵。
2.根据权利要求1所述的基于DS-CDMA体制的多通道信号幅相特性权值矩阵测量方法，其特征在于：步骤六推导幅相特性权值矩阵的方式为：将步骤一和步骤二中每路信号预设的幅相关系值形成的幅相特性权值矩阵设为A，数字多波束幅相测试接收机解算得到的幅相特性权值矩阵设为B，实际多波束网络对应的幅相特性权值矩阵设为C；则有当包含预设幅相信息的信号经过多波束网络后，幅相关系值变化为B＝A*C，其中C为未知数，现已知B和A，则C＝A-1*B，其中A-1表示矩阵A的逆矩阵。
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