CN110474669A - 一种基站天线的自适应波束扫描方法 - Google Patents

一种基站天线的自适应波束扫描方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及通信技术，具体涉及一种基站天线的自适应波束扫描方法，获取天线阵列的采样接收信号，并根据采样接收信号得到天线阵列的采样协方差矩阵，对采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的噪声协方差矩阵，获取LCMV波束形成器的期望信号矢量，对期望信号矢量进行修正，得到修正期望信号，根据噪声协方差矩阵、修正期望信号得到天线阵列复数加权值，并将最优天线阵列复数加权值输送给波束形成单元，波束形成单元根据最优天线阵列复数加权值对调制解调单元输出的各路数字信号进行复数加权，调整各路数字信号的幅度和相位；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的抗干扰性能较差、天线对准操作起来非常麻烦的缺陷。

Description

一种基站天线的自适应波束扫描方法
技术领域
本发明涉及通信技术，具体涉及一种基站天线的自适应波束扫描方法。
背景技术
近年来，随着移动通信系统技术的快速发展，智能天线成为了移动通信的热点。智能天线技术已经从时间域、频域、码域扩展到了空间域，在非常有限的频谱资源上尽可能增大了系统的容量。智能天线在空间域的智能技术是运用自适应波束形成算法产生天线阵列信号中子信号的相应权重，通过权重增益使准期望信号在信号输出中得到增强，并通过权重的衰减使干扰信号受到抑制，从而提高天线输出的信噪比。
智能天线波束形成的核心是自适应波束形成算法，自适应波束形成算法的性能由收敛速度和稳态误差来衡量。传统最小二乘算法的系统辨识原理是：利用最陡梯度法来寻找滤波器抽头权向量w(n)，系统的输入信号为x(n)，d(n)为期望输出信号，y(n)为最小二乘滤波器实际输出，通过使d(n)与y(n)的误差最小，使得自适应滤波器算法的输出尽可能逼近未知系统的输出。当滤波器收敛后，我们认为两者的传输特性基本一致，即未知系统得到辨识。
在目前的自适应波束形成算法中，较成熟的方法有以下两种：(1)最小二乘自适应波束形成算法；(2)VSSCS—最小二乘自适应波束形成算法。但是，现有的自适应波束扫描方法需要通过人工或者机械旋转的方式进行天线对准，操作起来非常麻烦，并且抗干扰性能较差。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基站天线的自适应波束扫描方法，能够有效克服现有技术所存在的抗干扰性能较差、天线对准操作起来非常麻烦的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基站天线的自适应波束扫描方法，包括以下步骤：
S1、获取天线阵列的采样接收信号，并根据采样接收信号得到天线阵列的采样协方差矩阵，对采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的噪声协方差矩阵；
S2、获取LCMV波束形成器的期望信号矢量，对期望信号矢量进行修正，得到修正期望信号；
S3、根据噪声协方差矩阵、修正期望信号得到天线阵列复数加权值，并将最优天线阵列复数加权值输送给波束形成单元；
S4、波束形成单元根据最优天线阵列复数加权值对调制解调单元输出的各路数字信号进行复数加权，调整各路数字信号的幅度和相位；
S5、调整后的各路数字信号转换为模拟信号后，经混频单元完成上变频，上变频信号输出至射频单元进行幅相一致性校正，校正后的射频信号由阵列天线在设定的扫描方向形成扫描波束；
S6、发送端在设定的扫描方向发送扫描波束，如果发送端收到接收端的回应信号，则进入S7，否则重新回到S2；
S7、发送端根据自适应波束形成算法在接收端方向形成天线波束，发送端、接收端互发确认信号握手后，完成天线波束的对准。
优选地，所述采样接收信号根据获取的天线阵列期望信号、天线阵列干扰信号、天线阵列噪声信号构建得到。
优选地，所述采样接收信号为所述天线阵列期望信号、天线阵列干扰信号、天线阵列噪声信号之和。
优选地，所述采样协方差矩阵进行特征值分解后得到第一特征值对角矩阵、第一特征向量矩阵、第二特征值对角矩阵、第二特征向量矩阵。
优选地，所述第一特征值对角矩阵、第一特征向量矩阵、第二特征值对角矩阵、第二特征向量矩阵重构形成噪声协方差矩阵。
优选地，所述回应信号是由所述接收端收到所述发送端发送的扫描波束后，根据波达方向估计方法，得到所述发送端的准确方向，然后利用波束形成方法得到。
优选地，所述发送端、接收端均采用阵列天线。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种基站天线的自适应波束扫描方法具有以下有益效果：
(1)、无需增加宽波束的辅助天线或者其它通信手段，天线波束窄，并且能够有效提高天线阵列的自适应波束形成的抗干扰能力和稳健性；
(2)、采用电子波束扫描方法，灵活可控，能够对动目标进行跟踪，操作方便，智能化、自动化程度高，克服了传统通过人工或者机械旋转的方式进行天线对准操作困难、实时性差的缺点。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基站天线的自适应波束扫描方法，包括以下步骤：
S1、获取天线阵列的采样接收信号，并根据采样接收信号得到天线阵列的采样协方差矩阵，对采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的噪声协方差矩阵；
S2、获取LCMV波束形成器的期望信号矢量，对期望信号矢量进行修正，得到修正期望信号；
S3、根据噪声协方差矩阵、修正期望信号得到天线阵列复数加权值，并将最优天线阵列复数加权值输送给波束形成单元；
S4、波束形成单元根据最优天线阵列复数加权值对调制解调单元输出的各路数字信号进行复数加权，调整各路数字信号的幅度和相位；
S5、调整后的各路数字信号转换为模拟信号后，经混频单元完成上变频，上变频信号输出至射频单元进行幅相一致性校正，校正后的射频信号由阵列天线在设定的扫描方向形成扫描波束；
S6、发送端在设定的扫描方向发送扫描波束，如果发送端收到接收端的回应信号，则进入S7，否则重新回到S2；
S7、发送端根据自适应波束形成算法在接收端方向形成天线波束，发送端、接收端互发确认信号握手后，完成天线波束的对准。
采样接收信号根据获取的天线阵列期望信号、天线阵列干扰信号、天线阵列噪声信号构建得到。
采样接收信号为天线阵列期望信号、天线阵列干扰信号、天线阵列噪声信号之和。
采样协方差矩阵进行特征值分解后得到第一特征值对角矩阵、第一特征向量矩阵、第二特征值对角矩阵、第二特征向量矩阵。
第一特征值对角矩阵、第一特征向量矩阵、第二特征值对角矩阵、第二特征向量矩阵重构形成噪声协方差矩阵。
回应信号是由接收端收到发送端发送的扫描波束后，根据波达方向估计方法，得到发送端的准确方向，然后利用波束形成方法得到。
发送端、接收端均采用阵列天线。
获取天线阵列的采样接收信号，并根据采样接收信号得到天线阵列的采样协方差矩阵，对采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的噪声协方差矩阵，获取LCMV波束形成器的期望信号矢量，对期望信号矢量进行修正，得到修正期望信号，根据噪声协方差矩阵、修正期望信号得到天线阵列复数加权值，并将最优天线阵列复数加权值输送给波束形成单元。
采样接收信号根据获取的天线阵列期望信号、天线阵列干扰信号、天线阵列噪声信号构建得到。采样接收信号为天线阵列期望信号、天线阵列干扰信号、天线阵列噪声信号之和。
采样协方差矩阵进行特征值分解后得到第一特征值对角矩阵、第一特征向量矩阵、第二特征值对角矩阵、第二特征向量矩阵。第一特征值对角矩阵、第一特征向量矩阵、第二特征值对角矩阵、第二特征向量矩阵重构形成噪声协方差矩阵。
波束形成单元根据最优天线阵列复数加权值对调制解调单元输出的各路数字信号进行复数加权，调整各路数字信号的幅度和相位，调整后的各路数字信号转换为模拟信号后，经混频单元完成上变频，上变频信号输出至射频单元进行幅相一致性校正，校正后的射频信号由阵列天线在设定的扫描方向形成扫描波束，发送端在设定的扫描方向发送扫描波束，如果发送端收到接收端的回应信号，则进入S7，否则重新回到S2，发送端根据自适应波束形成算法在接收端方向形成天线波束，发送端、接收端互发确认信号握手后，完成天线波束的对准。
回应信号是由接收端收到发送端发送的扫描波束后，根据波达方向估计方法，得到发送端的准确方向，然后利用波束形成方法得到。
发送端、接收端均采用阵列天线。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基站天线的自适应波束扫描方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、获取天线阵列的采样接收信号，并根据采样接收信号得到天线阵列的采样协方差矩阵，对采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的噪声协方差矩阵；
S2、获取LCMV波束形成器的期望信号矢量，对期望信号矢量进行修正，得到修正期望信号；
S3、根据噪声协方差矩阵、修正期望信号得到天线阵列复数加权值，并将最优天线阵列复数加权值输送给波束形成单元；
S4、波束形成单元根据最优天线阵列复数加权值对调制解调单元输出的各路数字信号进行复数加权，调整各路数字信号的幅度和相位；
S5、调整后的各路数字信号转换为模拟信号后，经混频单元完成上变频，上变频信号输出至射频单元进行幅相一致性校正，校正后的射频信号由阵列天线在设定的扫描方向形成扫描波束；
S6、发送端在设定的扫描方向发送扫描波束，如果发送端收到接收端的回应信号，则进入S7，否则重新回到S2；
S7、发送端根据自适应波束形成算法在接收端方向形成天线波束，发送端、接收端互发确认信号握手后，完成天线波束的对准。
2.根据权利要求1所述的基站天线的自适应波束扫描方法，其特征在于：所述采样接收信号根据获取的天线阵列期望信号、天线阵列干扰信号、天线阵列噪声信号构建得到。
3.根据权利要求2所述的基站天线的自适应波束扫描方法，其特征在于：所述采样接收信号为所述天线阵列期望信号、天线阵列干扰信号、天线阵列噪声信号之和。
4.根据权利要求1所述的基站天线的自适应波束扫描方法，其特征在于：所述采样协方差矩阵进行特征值分解后得到第一特征值对角矩阵、第一特征向量矩阵、第二特征值对角矩阵、第二特征向量矩阵。
5.根据权利要求4所述的基站天线的自适应波束扫描方法，其特征在于：所述第一特征值对角矩阵、第一特征向量矩阵、第二特征值对角矩阵、第二特征向量矩阵重构形成噪声协方差矩阵。
6.根据权利要求1所述的基站天线的自适应波束扫描方法，其特征在于：所述回应信号是由所述接收端收到所述发送端发送的扫描波束后，根据波达方向估计方法，得到所述发送端的准确方向，然后利用波束形成方法得到。
7.根据权利要求1所述的基站天线的自适应波束扫描方法，其特征在于：所述发送端、接收端均采用阵列天线。
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