CN108233959A - 一种消除数字相控阵子阵间干扰的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除数字相控阵子阵间干扰的方法。本发明在训练阶段1中，只有接收机子阵列接收信号，结合已知的信号训练序列和基于MMSE方法计算出合并向量，得出估计的信号。在训练阶段2中，只有发射子阵发射信号，接收子阵不接收任何信号。估计出输入与输出之间的传递函数。在正常的操作应用中，估计出接收机子阵列的干扰信号从中减去，从而得到真正的需要的信号。本发明无论阵列大小如何，它都能对复合信号起作用而不需要对每个天线单元进行处理。

Description

一种消除数字相控阵子阵间干扰的方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种消除数字相控阵子阵间干扰的方法。
背景技术
5G通信系统将使用大规模混合天线阵。802.11n标准(Wireless-N，这是目前最流行的Wi-Fi标准)的下一步就是802.11ac标准(也就是5G Wi-Fi)。802.11ac标准向下兼容802.11n标准，这意味着5G Wi-Fi路由器在支持Wireless-N标准的用户的同时，5G Wi-Fi用户也能够连接到Wireless-N标准的路由器。Wireless-N又向下兼容其他无线标准，包括802.11g，802.11b和802.11a。
这意味着可以用一台5G的无线路由器替换掉现有的路由器，而那些无线设备(比如笔记本电脑、iPad、iPhone等等)不管有多旧，它们仍然会以之前的的方式连接到你的网络。然而，要让这些设备以5GWi-Fi的速度运行，用户端和路由器都需要支持5G Wi-Fi的标准。
802.11n标准仅使用4x4天线阵列。而在5G Wi-Fi中，使用MIMO(多入多出技术)概念的基站上会有数百个天线。与4G系统相比，5G系统在理论上将得到其两倍的频谱效率和5～10倍的增益。
5G系统的另一个重要特点是同时收发。当前的蜂窝系统不能在完全相同的频谱中同时发送和接收。一个配备了128个单元阵列的基站可以在一个波束中发送信号，并通过同一个频谱中的另一个波束接收信号，见图1。
在多波束系统中将面临的主要挑战是不同波束之间的干涉，尤其是当某些波束工作在接收模式时而其相邻波束工作在发射模式的时候。众所周知，大规模阵列内的子阵列信号的发射功率远大于其相邻子阵列处信号的接收功率。这种现象会对接收子阵造成两种同频干扰。一种是来自空中，由于发射信号在周围的空间扩散，部分发射信号将施加到接收子阵列，这会降低接收器的信噪比。另一种则是来自射频/模拟电路中不完美隔离的天线单元之间的耦合系数。
参考文献1中所示的传统方式可以用来减少每个天线单元间的同频干扰，其也许可以在小规模的天线单元间起作用，但是由于计算的复杂性，这种方式无法被应用在大规模阵列中。
参考文献
1.Jian Cui,et al,“Method and apparatus for side-lobe cancellation inwideband radio systems”；US patent 7079828。
2.J.Cui,David Falconer,and Asrar U.Sheikh,"Performance Evaluation ofOptimum Combining and Maximal Ratio Combining in the Presence of Co-channelInterference and channel correlation for Wireless Communication Systems,"Mobile Networks and Applications,vol.2,no.4,pp.315-324,the NetherlandsDecember 1997。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种消除数字相控阵子阵间干扰的方法。
本发明设发射阵列在接收器子阵列处产生了同信道干扰～h1(n)，破坏了接收信号y2(n)。
并设接收器子阵列处的信号表示为其中Y2(n)是一个由y2(n)信号在接收器子阵列上每一个单元上的信号组成的一个相量；～Y1(n)是一个由～y1(n)信号在接收器子阵列上每一个单元上的信号组成的一个相量。
第二步，在训练阶段2中，只有发射子阵发射信号，接收子阵不接收任何信号。以y1(n)为输入，为输出，估计出它们之间的传递函数h(n)。
第三步，在正常的操作应用中，借助y1(n)和传递函数h(n)，估计出接收机子阵列的干扰信号并从(Y2(n)+～Y1(n))中减去，从而得到真正的需要的信号
进一步说，如果多于一个发射子阵发射信号，这三个步骤可以运用到另外一个发射子阵的发射信号的抑制。其中的训练阶段时间的长短根据系统的采样频率和阵列的大小而事先估计出来并设定好。
本发明的有益效果：本发明无论阵列大小如何，它都能对复合信号起作用而不需要对每个天线单元进行处理。
附图说明
图1为5G通信中的多波束系统。
图2为子阵列同频干扰消除的系统架构–第一步。
图3为子阵列同频干扰消除的系统架构–第二步估计h(n)。
图4为信道估计的传递函数。
图5为子阵列同频干扰消除的系统架构–第三步正常工作状态。
图6为干扰消除流程图。
图7为本发明方法的效果图。
具体实施方式
以下结合附图6对本发明作进一步说明。
本发明提出了一种新方法，使来自发射子阵的同信道干扰在接收器子阵处被抑制乃至消除。如图3所示，发射阵列在接收器子阵列处产生了同信道干扰～h1(n)，破坏了接收信号y2(n)。接收器子阵列处的信号可以表示为(Y2(n)+～Y1(n))，这里，Y2(n)是一个由y2(n)信号在接收器子阵列上每一个单元上的信号组成的一个相量。同样，～Y1(n)是一个由～y1(n)信号在接收器子阵列上每一个单元上的信号组成的一个相量。
消除系统的工作如下：
第一步，在训练阶段1中(与参考文献1中的训练阶段1相同)，只有接收机子阵列接收信号，结合已知的信号训练序列和基于MMSE(最小均方误差)方法计算出合并向量W[参考文献2]，得出估计的信号为见图2。
第二步，在训练阶段2中(与参考文献1中的训练阶段2相同)，只有发射子阵发射信号，接收子阵不接收任何信号。以y1(n)为输入，为输出，为简单起见，可以估计出它们之间的线性传递函数h(n)，如图3和图4所示。当然这个传递函数也可以是非线性。
第三步，在正常的操作应用中，信号处理系统借助y1(n)和传递函数h(n)，估计出接收机子阵列的干扰信号并从(Y2(n)+～Y1(n))中减去，从而得到真正的需要的信号如图5所示。这里假设y(n)和估计的～h1(n)之间的延迟对齐将在训练期间被校准。
当发射子阵和接收子阵不在同时工作时，信号处理系统可以关闭这个干扰消除通道，而维持正常的运行。
如果多于一个发射子阵发射信号，这三个步骤可以运用到另外一个发射子阵的发射信号的抑制。以上各步中训练阶段时间的长短根据会根据特定系统的采样频率和阵列的大小而事先估计出来并设定好。
如图7所示，h2(t)信号弱于～h1(t)。简单起见，假设路径是线性系统。在非线性路径的情况下，则需要应用复杂的信道估计方法。图7的结果表明，这种方法可以显著减少来自发射子阵的同频信道干扰～h1(t)。
本发明无论阵列大小如何，它都能对复合信号起作用而不需要对每个天线单元进行处理。该方法适用于单载波和多载波(如OFDM)系统；该方法也适用于相邻的子阵列用同样的频谱通道；该方法同样适用于线性干扰和非线性干扰，只要经过适当的训练阶段，该方法能够适用于多波束收发系统。
综上，本发明应用在子阵列波束不需要经常改变方向；这样，不需要反复的训练阶段而降低通讯效率。例如5G基站多波束的情况下，不同的波束覆盖的通讯范围相对固定。另外，定点卫星和地面站之间的通讯，相对的波束方向比较稳定。子阵列在经过训练以后可以保持较长时间里正常工作。

Claims (2)

1.一种消除数字相控阵子阵间干扰的方法，
设发射阵列在接收器子阵列处产生了同信道干扰～h1(n)，破坏了接收信号y2(n)；
接收器子阵列处的信号表示为其中Y2(n)是一个由y2(n)信号在接收器子阵列上每一个单元上的信号组成的一个相量；～Y1(n)是一个由～y1(n)信号在接收器子阵列上每一个单元上的信号组成的一个相量；
其特征在于：
第一步，在第一个训练阶段，只有接收机子阵列接收信号，结合信号训练序列和基于MMSE方法计算出合并向量W，得出估计的信号为
第二步，在第二个训练阶段，只有发射子阵发射信号，接收子阵不接收任何信号；以y1(n)为输入，为输出，估计出它们之间的传递函数h(n)；
第三步，在正常的操作应用中，信号处理系统借助y1(n)和传递函数h(n)，估计出接收机子阵列的干扰信号并从(Y2(n)+～Y1(n))中减去，从而得到真正的需要的信号
2.根据权利要求1所述的一种消除数字相控阵子阵间干扰的方法，其特征在于：如果多于一个发射子阵发射信号，这三个步骤可以运用到另外一个发射子阵的发射信号的抑制；其中的训练阶段时间的长短根据系统的采样频率和阵列的大小而事先估计出来并设定好。
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