CN107135022A - 一种快速多天线加权合并方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，公开了一种快速多天线加权合并方法。包括以下过程：对P个天线接收到的射频RF信号进行下变频处理得到数字IQ信号，所述P为大于1的自然数，对数字IQ信号进行软解调得到软解调信号矢量；软解调得到的软解调信号与伪随机序列码进行幅度归一化匹配运算，分别在天线i接收通道下得到匹配输出序列，其中i为天线编号，i∈(1，…，P)；根据匹配输出序列，分别得到天线i接收通道下的伪随机序列码的相关峰；利用伪随机序列码的相关峰值对接收到的软解调信号进行加权合并得到输出信号。本方案提高了无线通信系统接收灵敏度，并且方法计算复杂度较低，能够快速的完成多天线信号加权合并，从而减小无线通信系统的端到端延迟。

Description

一种快速多天线加权合并方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种快速多天线加权合并方法。
背景技术
在无线通信系统中，单天线接收系统虽然简单，但是通常灵敏度及抗干扰性能达不到指标要求。因此，多天线接收信号合并技术广泛应用于雷达、通信等领域。经典的最大比合并方法需要计算每条支路的信噪比(SNR)，并利用信噪比完成加权合并；在另外一些方法中，使用信道质量参数进行加权合并，信道质量参数通常通过信道训练序列的相关峰进行估计，而在计算信道训练序列的相关峰通常也需要较大的运算量，特别是在多个用户同时收发情况下，较大的运输量会使得系统端到端延迟较大。在实际工程中，特别是一些需要低延迟的通信系统中，计算每条支路的信噪比(SNR)或信道训练序列的相关峰需要耗费相对较长的时间和逻辑资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种快速多天线加权合并方法。
本发明采用的技术方案如下：一种快速多天线加权合并方法，具体包括以下过程：步骤1、对P个天线接收到的射频RF信号进行下变频处理得到数字IQ信号，所述P为大于1的自然数，对数字IQ信号进行软解调得到软解调信号矢量；步骤2、软解调得到的软解调信号与伪随机序列码进行幅度归一化匹配运算，分别在天线i接收通道下得到匹配输出序列，其中i为天线编号，i∈(1，…，P)；步骤3、根据匹配输出序列，分别得到天线i接收通道下的伪随机序列码的相关峰；步骤4、利用伪随机序列码的相关峰值对接收到的软解调信号进行加权合并得到输出信号。
进一步的，所述步骤1的具体过程为：步骤11、对P个天线接收到的射频RF信号进行模拟前端处理；步骤12、处理后的信号在中频进行AD采样，获取数字中频信号；步骤13、数字下变频模块(DDC)将数字中频信号下变频到基带，获得数字IQ信号；步骤14、过滤后对数字IQ信号进行软解调得到输出信号矢量x1,x2,...,xi,...,xP。
进一步的，所述步骤2中匹配输出序列的计算公式为：
其中，ri(n,k)为输出序列，xi表示软解调得到软解调信号矢量，P表示天线总数，p(m,k)为伪随机序列码，M表示伪随机序列码的符号长度，伪随机序列码符号基本元素为{-1，+1}，K为每个伪随机序列码符号采样点数，N为包含伪随机序列码与信息的一帧数据总的符号数。
进一步的，所述步骤3中，得到天线i接收通道下的伪随机序列码的相关峰计算方法为：
进一步的，所述步骤4中，合并输出信号y的计算公式为其中所述r为相关峰检测门限。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明不但可以提高无线通信系统接收灵敏度，并且方法计算复杂度较低，能够快速的完成多天线信号加权合并，从而减小无线通信系统的端到端延迟。
附图说明
图1是双天线加权合并方法的流程图。
图2是天线1和天线2的接收信号SNR相同时双天线合并前后的误包率情况。
图3是天线1和天线2的接收信号SNR不相同时双天线合并前后的误包率情况。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本实施例通过双天线为例对合并方法进行说明，天线接收的射频RF信号可以是最小频移键控(MSK)信号，也可以是其它调制方式的信号。如图1所示，一种快速多天线加权合并方法，具体包括以下过程：步骤1、对天线1和天线2接收到的射频RF信号进行下变频处理分别得到数字IQ信号，对数字IQ信号进行软解调分别得到软解调信号矢量x1和x2,软解调得到的软解调信号为带有一定的幅度波动信号，而不是0或1的硬判决结果；步骤2、软解调得到的软解调信号矢量x1和x2与伪随机序列码进行幅度归一化匹配运算，分别在天线1和天线2接收通道下得到匹配输出序列；步骤3、根据匹配输出序列，分别得到天线1和天线2接收通道下的伪随机序列码的相关峰；步骤4、根据伪随机序列码匹配得到的相关峰作为软解调信号的加权系数，并将该相关峰出现的时间确定该帧软解调信号的起始位置，最后将天线1和天线2下的软解调信号起始位置对齐后加权合并输出。
所述步骤1的具体过程为：步骤11、对天线1和天线2接收到的射频RF信号进行模拟前端处理；模拟前端处理模块包括低噪放，用于放大天线输出的微弱信号，还包括混频器，用于将射频信号变频到中频，还包括滤波器等；经过模拟前端处理后的信号表示为：
其中ai(t)为天线i接收信号的幅度系数，I(t)表示基带波形，fIF为中频载波频率，T为符号周期，Real{·}表示取实部，j表示虚数单位，N为一帧信号的符号总数；
步骤12、处理后的信号在中频进行AD采样，获取数字中频信号；
步骤13、DDC将数字中频信号下变频到基带，获得数字IQ信号；数字IQ信号的第n+1个符号的第k+1个样值si(n,k)可表示为：
其中，ai(n)为信号幅度，在系统设计时一帧时长不超过信道相干时间的情况下，可以合理的将信号幅度ai(n)用常数ai取代；K一个符号周期内的采样点数，Ts表示采样周期；
步骤14、对数字IQ信号滤波后进行软解调得到软解调信号矢量xi(n,k)，其可表示为：
xi(n,k)＝di(n,k)+qi(n,k),i＝1,2
这里n表示第n个符号，k表示第n个符号中第k个采样点，qi(n,k)表示噪声，无噪声的软解调信号di(n,k)为
其中，Imag{·}表示取虚部，由软解调输出信息可知当k＝0时输出信号的信息幅度最大，也即在每个符号的第一个点解调输出抗噪声性能最佳，也即是最佳采样点。
软解调信号矢量与伪随机序列(PN)码进行幅度归一化匹配运算，所述步骤2中匹配输出序列的计算公式为：
其中，ri(n,k)为幅度归一化匹配输出序列，xi表示软解调得到软解调信号矢量，P表示天线总数，p(m,k)为伪随机序列码，M表示伪随机序列码的符号长度，伪随机序列码符号基本元素为{-1，+1}，K为每个伪随机序列码符号采样点数，N为包含伪随机序列码与信息的一帧数据总的符号数。xi(n+m,k)定义为xi(n+m,k)＝di(n+m,k)+qi(n+m,k)，其中qi(n,k)表示天线i通道下在第n+1个符号第k+1个采样点处等效的软解调输出噪声。
所述步骤3中，得到天线i接收通道下的伪随机序列码的相关峰计算方法为：这里假定伪随机序列码放置于每帧数据的头部，并进一步假定天线1接收信号的第1个样点刚好是第一个伪随机序列码的第一个样点，天线2接收信号的第l个样点刚好是第一个伪随机序列码的第一个样点，则可知这里表示取小于a的整数。
所述步骤4中，输出信号y的计算公式为其中所述r为相关峰检测门限，当天线1与天线2两通道接收信号中相关峰其中之一过门限，而另一没过门限，则合并输出选择过门限信号作为输出信号；当两天线接收信号的相关峰都没有过门限，则无输出信号。根据相关峰的位置(本实施例中位于天线1接收信号的相关峰位于第一个样点，天线2接收信号的相关峰位于第l个样点)及峰值对双天线通道软解调信号进行加权合并，得到双天线合并输出信号函数Delay{x2(·),l}表示将软解调信号矢量x2(n,k)延迟l个样本点。
如图2所示，给出某双天线接收系统的误码率性能，天线1和天线2接收信号的信噪比相同，若定义接收灵敏度为误包率不超过5％时的最小接收信号功率，则采用本发明所给出的合并方法明显的降低了合并后的误包率，改善了系统接收灵敏度。相比单天线接收系统有近3dB的性能提升。图3所示，给出了双天线接收信号的信噪比不同时,天线2接收信号的信噪比比天线1接收信号的信噪比高6dB，且两信号都被干扰掉30％的情况下合并输出信号的误包率性能。从图3结果可看出加权合并后误包率明显降低。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种快速多天线加权合并方法，其特征在于，包括以下过程：步骤1、对P个天线接收到的射频RF信号进行下变频处理得到数字IQ信号，所述P为大于1的自然数，对数字IQ信号进行软解调得到软解调信号矢量；步骤2、软解调得到的软解调信号与伪随机序列码进行幅度归一化匹配运算，分别在天线i接收通道下得到匹配输出序列，其中i为天线编号，i∈(1，…，P)；步骤3、根据匹配输出序列，分别得到天线i接收通道下的伪随机序列码的相关峰；步骤4、利用伪随机序列码的相关峰值对接收到的软解调信号进行加权合并得到输出信号。
2.如权利要求1所述的快速多天线加权合并方法，其特征在于，所述步骤2中匹配输出序列的计算公式为：
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>r</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>M</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>+</mo> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>p</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>M</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <mo>|</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>+</mo> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mo>{</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mn>...</mn> <mo>,</mo> <mi>P</mi> <mo>}</mo> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>...</mn> <mo>,</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mi>M</mi> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>...</mn> <mo>,</mo> <mi>K</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>,</mo> </mrow>
其中，ri(n,k)为输出序列，xi表示软解调得到软解调信号矢量，P表示天线总数，p(m,k)为伪随机序列码，M表示伪随机序列码的符号长度，伪随机序列码符号基本元素为{-1，+1}，K为每个伪随机序列码符号采样点数，N为包含伪随机序列码与信息的一帧数据总的符号数。
3.如权利要求2所述的快速多天线加权合并方法，其特征在于，所述步骤3中，得到天线 i接收通道下的伪随机序列码的相关峰计算方法为： <mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mover> <mi>r</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mi>max</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> </mrow> </munder> <mo>{</mo> <msub> <mi>r</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>}</mo> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mo>{</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mn>...</mn> <mo>,</mo> <mi>P</mi> <mo>}</mo> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>.</mo> </mrow>
4.如权利要求3所述的快速多天线加权合并方法，其特征在于，所述步骤4中，合并输出信号y的计算公式为其中所述r为相关峰检测门限。
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