CN1129237C - 无线通信系统中数字波束形成方法、模块及其阵列接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到无线通信系统中的数字波束形成方法。传统的波束形成方法中所采用的算法的计算量较大，因此对数字信号处理器件的要求高。本发明提供的数字波束形成方法，包括下列步骤：接收阵列数字信号；对阵列数字信号加权，得到数字波束输出信号；估计反映每个波束中期望信号能量的相关系数其估计公式为：Coeff_i＝‖E[S_Bi(t)s*(t)]‖²；Coeff_i(k)＝Coeff_i(k)+αCoeff_i(k-1)；输出与最大相关系数相对应的数字波束输出信号。本发明还提供采用这种方法的数字波束形成模块以及阵列接收机。

Description

无线通信系统中数字波束形成方法、模块及其阵列接收机

本发明涉及无线通信系统的阵列接收机中的数字波束形成方法以及波束形成模块，还涉及到应用这种数字波束形成方法和波束形成模块的阵列接收机。

长期以来，无线通信系统始终面临着有限的频谱资源与不断快速增长的用户之间的矛盾。尽管采用时分多址(TDMA)以及码分多址(CDMA)技术的无线通信系统同采用频分多址(FDMA)的无线通信系统相比在一定程度上提高了的系统容量，但这还远不能满足日益增长的无线业务量的需求。因此人们还利用信道的空域特性，如采用分集、扇区化以及最近采用的开关多波束和自适应天线阵等方法来提高接收系统的容量。这些方法在不同程度上改善了无线通信系统的通信质量，提高了容量。

分集技术主要利用间距大于10个载波波长的不同天线所接收的信号不相关这一性质，采用最大比合并各天线接收的信号，使系统抗多径衰落性能得到改善。

扇区化方法是将小区分成3、6、9或12个扇区，每个扇区有配套的天线和预定的频谱范围。扇区化在一定程度上减小了通信道干扰，因而提高了系统的通信质量。

开关多波束是在小区不同方向上形成固定波束，基站检测每个波束中期望信号的信号质量，选择最好的波束进行接收。之所以称为开关多波束，其中一主要原因是，系统在选择波束的过程中，每个波束与各信道接收机之间的通路上有可控的开关，即所谓“开关矩阵”。当某一波束被选中后，该波束与相应接收机之间的通路开关闭合，而其它通路的开关断开。

自适应天线阵根据最大信噪比准则、最大似然准则以及最小均方误差准则等，自适应地对各天线接收的信号进行加权合并，对干扰和噪声信号进行有效地抑制，从而提高无线系统的整体性能。

由于采用分集方法需要天线之间的间距比较大(一般大于10个波长)，因此天线越多占用的空间越大，而基站实际能利用的空间是十分有限的。另外，采用最大比合并的分集方法虽然具有抗多径衰落效果，但不能有效抑制干扰信号。

现在常见的扇区化方法是采用3扇区或6扇区，之所以没有采用更多的扇区是因为扇区分裂得越多，每个扇区可用的频谱资源就越少，降低了中继效率。且扇区分裂得越多，不同扇区之间重叠的波束就越多，反而使同信道干扰增加，系统性能下降。

开关多波束在某种意义上也可以认为是扇区化方法，只是扇区的划分是由不同波束动态组合而成的。由于接收时总是选择“最佳”的波束进行接收，所以与扇区化方法不同，开关多波束的波束之间重叠得越多反而会降低波束与波束交界处的增益损失。现有开关多波束系统的波束由定向天线或采用射频相移网络(如Butler矩阵)进行场的相干叠加，形成多个指向空间不同方向的窄波束覆盖小区。理论上讲，如果波束越窄，波束开关多波束天线的空域滤波性能越好，抑制干扰能力越强。但由于定向天线的口径限制以及射频相移网络的相移精度有限，波束宽度有限，波束之间的重叠也有限，使现有开关多波束系统在系统通信容量的改善能力上受到限制。另外，现有开关多波束系统的开关矩阵是由射频开关器件实现的，增加了系统的硬件成本。

自适应天线阵根据不同准则采用自适应算法得到阵列加权系数，虽然在某种程度上可以使系统性能达到最优，但性能优良的自适应算法往往要求的计算量比较大，对数字信号处理器件的要求高，许多算法采用现有的高速处理芯片也无法实现。

基于上述原因，并结合开关多波束和自适应天线阵技术，本发明的目的在于提供一种用于无线通信系统的阵列接收机中数字波束的形成方法，这种方法具有算法简便、计算量较小的特点，因此，实现的硬件成本低、系统性能佳。

本发明的另一个目的在于提供一种无线通信系统的阵列接收机中数字波束形成模块，这种数字波束形成模块所使用的算法具有性能稳定、计算量小的优点，因此，硬件成本低，系统性能佳。

本发明的再一个目的在于提供一种无线通信系统的阵列接收机，其中所使用的数字波束形成模块采用本发明上述的数字波束形成方法，具有算法性能稳定、计算量小的优点，因此，实现的硬件成本低、系统性能佳。

根据本发明的上述目的，本发明提供的数字波束形成方法包括下列步骤：

(a)接收阵列数字信号；

(b)把所述阵列数字信号与NB组加权向量进行加权运算，得到NB组数字波束输出信号

(c)根据数字波束输出信号

和参考信号，估计反映每个波束中期望信号能量的相关系数(Coeff_i)；其估计公式为：

Coeff_i＝‖E[S_Bi(t)s*(t)]‖²

Coeff_i(k)＝Coeff_i(k)+αCoeff_i(k-1)

其中，上标“*”表示复共轭运算，s(t)为所述参考信号；Coeff_i(k)表示第k次相参积累得到的反映波束i中期望信号能量的相关系数，α是进行非相参积累时的遗忘因子；

步骤(c)后还可以包括下列步骤：

(c1)比较获得的各个波束中期望信号能量的相关系数(Coeff_i(k))，将大于一相关系数阈值(β)的相关系数从大到小排序；

(c2)以从大到小的顺序选择输出与所述相关系数相对应的数字波束输出信号

(c3)判断输出信号的质量是否满足要求，如果不满足，则返回上述步骤(c2)。

(d)比较获得的反映各个波束中期望信号能量的相关系数(Coeff_i(k))，得到最大的相关系数(Coeff_max)，输出与所述最大相关系数(Coeff_max)相对应的数字波束输出信号

根据本发明的另一目的，本发明提供一种数字波束形成模块，包括：

数字多波束形成器，接收阵列数字信号，将所述阵列数字信号与NB组加权向量进行加权运算，输出NB组数字波束输出信号

分路器，把所述数字多波束形成器输出的所述NB组数字波束输出信号

形成对应多个信道的数字波束；

多波束选择模块，接收所述分路器输出的数字波束，根据数字波束输出信号

和参考信号，估计反映每个波束中期望信号能量的相关系数(Coeff_i)，并输出选择指令，以选择与最大的所述相关系数相对应的数字波束输出信号；所述估计公式为：

Coeff_i＝‖E[S_Bi(t)s*(t)]‖²

Coeff_i(k)＝Coeff_i(k)+αCoeff_i(k-1)

其中，上标“*”表示复共轭运算，s(t)为所述参考信号；Coeff_i(k)表示第k次相参积累得到的反映波束i中期望信号能量的相关系数，α是进行非相参积累时的遗忘因子；

数字开关矩阵，分别与所述分路器和所述多波速选择模块相连，接收所述多波束选择模块输出的选择指令，输出与最大的所述相关系数相对应的数字波束输出信号；

数字接收机模块，与所述多波束选择模块相连，用于接收所述数字接收机模块输出的信号质量信号，如果所述信号质量信号表示信号质量不满足要求，则所述多波束选择模块输出选择指令，以选择与其次大的所述相关系数相对应的数字波束输出信号，直到信号质量满足要求或者所述相关系数小于相关系数阈值(β)。

根据本发明的再一目的，本发明还提供一种阵列接收机，包括：

由多个天线组成的天线阵列；

阵列数字信号生成模块，与所述天线阵列相连，用于将所述天线阵列接收到的天线阵列模拟信号转换成阵列数字信号；

数字波束形成模块，与所述阵列数字信号生成模块相连，用于对所述阵列数字信号生成模块的阵列数字信号在每个信道上形成一个或多个信号波束；

数字接收机模块，与所述数字波束形成模块相连，用于接收所述数字波束形成的模块在每个信道上形成的一个或多个信号波束，在时域上对所述信号波束进行合并；

所述数字波束形成模块，包括：

数字多波束形成器，接收阵列数字信号，将所述阵列数字信号与NB组加权向量进行加权运算，输出NB组数字波束输出信号

分路器，把所述数字多波束形成器输出的所述NB组数字波束输出信号

形成对应多个信道的数字波束；

多波束选择模块，接收所述分路器输出的数字波束，根据数字波束输出信号 和参考信号，估计反映每个波束中期望信号能量的相关系数(Coeff_i)，并输出选择指令，以选择与最大的所述相关系数相对应的数字波束输出信号；所述估计公式为：

Coeff_i＝‖E[S_Bi(t)s*(t)]‖²

Coeff_i(k)＝Coeff_i(k)+αCoeff_i(k-1)

其中，上标“*”表示复共轭运算，s(t)为所述参考信号；Coeff_i(k)表示第k次相参积累得到的反映波束i中期望信号能量的相关系数，α是进行非相参积累时的遗忘因子；

数字开关矩阵，分别与所述分路器和所述多波速选择模块相连，接收所述多波束选择模块输出的选择指令，输出与最大的所述相关系数相对应的数字波束输出信号；

数字接收机模块，与多波束选择模块相连，用于接收所述数字接收机模块输出的信号质量信号，如果所述信号质量信号表示信号质量不满足要求，则所述多波束选择模块输出选择指令，以选择与其次大的所述相关系数相对应的固定数字波形成后的信号，直到信号质量满足要求或者所述相关系数小于相关系数阈值(β)。

如上所述，由于本发明的数字波束形成方法采用了一种新的简便的算法，从而可简化硬件结构，并同时提供较佳的系统性能。

下面结合附图详细描述本发明的实施例。

图1是本发明的阵列接收机的功能框图；

图2示出了覆盖小区的波束示意图；

图3示出了图1中的数字波束形成模块104的内部功能框图；

图4示出了数字开关矩阵的原理图；

图5示出了数字多波束形成器的基本原理图；

图6示出了本发明的数字波束形成方法的流程图；

图7示出了本发明应用于CDMA系统时的仿真结果。

图1是本发明的阵列接收机原理图。该接收机主要包括天线阵列102、阵列数字信号生成模块103、数字波束形成模块104以及数字接收机模块105。阵列数字信号生成模块103的主要作用是将从天线阵列102接收到的天线阵列模拟信号转换成可供数字处理的阵列数字信号，其中包括有接收单元(RX)106及模拟到数字转换单元(A/D)107。数字波束形成模块104可以对一个信道形成一个或多个数字波束，例如对CDMA系统的一个码道，数字波束形成模块104可以对相同码道的不同多径信号分别形成波束，波束形成后的信号送到数字接收机模块105(可以采用Rake接收机)相应的手指，由数字接收机模块105在时域对信号进行合并。由于将模拟信号转换到数字信号，数字波束形成模块104可以根据系统不同的要求灵活变化。

对于1图所示的数字波束形成模块104运用阵列处理算法对接收的信号进行处理，形成所谓波束，使波束中输出的信号质量得到改善，从而提高整个接收机的性能。因此，数字波束形成模块104所采用的阵列处理方法以及实现的复杂度、稳定性等直接关系到系统性能的好坏。本发明提出一种简单、可靠、易于实现的多波束阵列接收方法。

图1所示的阵列接收机中的阵列数字信号生成模块103输出的数字信号可以表示为： $X\left(t\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}a\left({\mathrm{\θ}}_l\right)h_l\left(t\right)s(t-{\mathrm{\τ}}_l)+n\left(t\right)---\left(1\right)$

式中，l＝1，2，...，L为多径数，a(θ_l)是M*1维向量，表示与方向θ有关的第l条多径信号在M个天线阵元上的阵列响应，θ_i是第l条多径的波达方向；h_l(t)是第l条多径信号经历的衰落；s(t)是发射的期望信号，τ_l是第l条多径信号的时延；n(t)是阵列干扰和噪声信号；

根据天线阵列102的形式，如均匀直线阵、圆形阵等，可以预先确定阵列对不同方向上的信号具有的阵列响应a(θ_i)(i＝1，2，...，N_B)。用W_i＝a^H(θ_i)(上标H表示共轭转子运算)作为阵列各天线单元接收信号的加权，相当于阵列在θ_i方向形成波束，对接收的阵列数字信号X(t)进行空域滤波。为了兼顾空域匹配滤波的效果和系统数字信号处理能力，N_B的取值应使a^H(θ_i)形成的波束与波束之间交会点201的增益与所有波束中的最大增益相差-4至0dB，即图2中的标线202在-4至0dB之间。

图3示出了图1中的数字波束形成模块104的内部功能框图。如图3所示，数字波束形成模块104包括有数字多波束形成器401、分路器402、多波束选择模块403以及数字开关矩阵404。数字多波束形成器401内有N_B组加权向量W_i＝a^H(θ_i)，它接收阵列数字信号生成模块103输出的数字阵列信号X(t)，用N_B组加权向量W_i对数字阵列信号X(t)进行加权，得到N_B个数字波束输出信号

其加权结果可以用下式表示：

S_Bi(t)＝W_i*X(t)＝a^H(θ_i)a(θ_d)h_d(t)S(t)+a^H(θ_i)n(t)i＝1，2，3...N_B；(2)

数字多波束形成器401输出的N_B个数字波束输出信号 通过分路器402形成对应多个信道的数字波束，即对于N_C个信道，N_B个数字波束通过一组分路器402后共生成Nc*N_B个波束。这些波束分别传送给多波束选择模块403和数字开关矩阵404。

在大多数通信系统中，发射的信号中都包含预先为接收端已知的训练序列、导频符号等已知信息。例如在GSM系统中，每个正常(Norma)1突发脉冲中有26比特的已知训练序列；在WCDMA系统中，DPCCH的每个时隙(Slot)中有已知导频符号。接收端可以利用这些已知信息直接或间接得到所谓参考信号s(t)。根据参考信号s(t)与数字波束输出信号 的相关性，得到反映每个波束输出信号中期望信号能量的相关系数Coeff_i，其具体运算方式如下：

Coeff_i＝‖E[S_Bi(t)s*(t)]‖²＝‖a^H(θ_i)a(θ_d)E[h_d(t)]‖²+‖E[a^H(θ_i)n(t)s*(t)]‖²。(3)

上式中的E表示求均值运算，上标″*″表示复共轭运算。

从公式(3)中可以看出，当参考信号与波束输出信号的互相关时间足够长时，E[h_d(t)]＝0，E[n(t)s*(t)]＝0。因此，参考信号与波束输出信号的互相关积累时间不能太长。为了提高反映波束中期望信号能量大小的公式(3)右边第一项的值，并降低公式(3)右边第二项(噪声扰动项)的值，本发明提出采用在信道相干时间内进行相参积累后，再进行非相参积累的方法，即

Coeff_i(k)＝Coeff_i(k)+αCoeff_i(k-1)(4)

Coeff_i(k)表示第k次相参积累得到的反映波束i中期望信号能量的相关系数，α是进行非相参积累时的遗忘因子，它与小区内移动台的移动速度等因素有关，一般取0≤α≤ 1。从公式(4)中不难看出，N_B个相关系数中最大的系数Coeff_max所对应的方向θ_max即是与期望信号最接近的方向，因此，可以选择阵列加权为W＝a^H(θ_max)的数字波束输出信号输出，以获得最大增益。

对于图3所示的数字波束形成模块来说，多波束选择模块403对由分路器402输入的波束进行如公式(3)和(4)所示进行运算，获得相关系数Coeff_i(k)。然后，如上所述，比较获得的各个波束中期望号能量的相关系数，选择其中最大的相关系数Coeff_max，并向数字开关矩阵404输出选择指令，由数字开关矩阵404输出与最大相关系数相对应的数字波束输出信号。

数字开关矩阵404的原理图可以参见图4。由于本技术人员的一般人员根据上述要求都可以实现数字开关矩阵404，因此，在此仅对图4所示的数字开关矩阵404作一简单的介绍。

数字开关矩阵404主要由波束数据线601、输出数据线109、数字开关602以及开关控制信号线603组成。由图4可以看出，每条波束数据线601可以通过开关602与对应不同信道的输出数据线109相连，多波束选择模块403输出的控制信号(前面称为选择指令)通过开关控制信号线603控制数字开关的闭合和断开。控制信号可以用控制矩阵表示。 $C=\left[\begin{array}{cccc}{C}_{11}& C_{12}& ...& C_{1\mathrm{Nc}}\\ C_{21}& C_{22}& ...& C_{2\mathrm{Nc}}\\ ...& ...& ...& ...\\ C_{\mathrm{NB}1}& C_{\mathrm{NB}2}& ...& C_{\mathrm{NBNc}}\end{array}\right]---\left(5\right)$ 可以设定矩阵C中的元素C_ij为1时表明数字开关闭合，第i个波束数据线与第j条输出数据线导通；C_ij为0时数字开关断开，第i个波束数据线与第j条数据线断开。这样多波束选择模块403可以方便地控制数字开关矩阵404，选择合适的波束到指定的输出端。

数字多波束形成器401的基本原理如图5所示。它主要乘法器502和加法器503组成。进入数字多波束形成器401的信号首先与预先设定的N_B个加权向量W_i(501)通过乘法器502进行复乘法运算，然后通过加法器503完成复信号合并。合并后的信号即为数字波束的输出。由于数字多波束形成器401主要由乘法器502和加法器503组成，所以它可以通过FPGA方便地实现。当然数字多波束形成器401也可以通过采用其他能够完成乘加运算的数字器件构成。

上面详细描述了本发明的阵列接收机的组成结构以及工作原理，尤其着重描述了本发明有独创之处的数字波束形成模块104的构成以及工作原理。从上面的揭示中可以看出，本发明的数字波束形成模块104实现上利用了一种新的数字波束形成方法，在这种方法，为获得数字波束，利用了上述的公式(3)和(4)获得反映每个波束中期望信号能量的相关系数，然后根据相关系数来选择确定数字波束。为使该方法更为清楚，图6示出了本发明的数字波束形成方法的流程图。

如图6所示，首先，在步骤S1接收阵列数字信号X(t)，对应于图1来说，即数字波束形成模块104从阵列数字信号生成模块103接收阵列数字信号X(t)。

然后，在步骤S2，把阵列数字信号与NB组加权向量进行加权运算，得到N_B组数字波束输出信号

该步骤S2对应于图3中数字多波束形成器401所完成的工作。

接着在步骤S3，根据数字波束输出信号

和参考信号，估计反映每个波束中期望信号能量的相关系数Coeff_i；其估计是依据公式(3)和(4)进行的，具体的方法可以参考上面的描述。

如上面结合图3所作的描述，然后的步骤是比较获得的反映各个波束中期望信号能量的相关系数Coeff_i(k)，得到最大的相关系数Coeff_max，输出与最大相关系数Coeff_max相对应的数字波束输出信号

但是，当输入阵列数字信号的信号干扰噪声比(SINR)较小时，由于积累时间短可能出现最强波束的方向并不是期望信号的方向。这时可根据由数字接收机105通过数据通路109反馈解调信号的信号质量作进一步选择(参见图1)。因此，在这里提供另一个实施例，即，如图6所示，在步骤S3之后，比较获得的各个波束中期望信号能量的相关系数Coeff_i(k)，将大于一相关系数阈值(β，β可根据服务区域内可能的用户数确定)的相关系数从大到小排序(步骤S4)；然后以从大到小的顺序选择输出与相关系数相对应的数字波束输出信号

(步骤S5)；在步骤S6根据数字接收机模块105反馈的信号，判断输出信号的质量是否满足要求，如果不满足，则返回上述步骤S5，直到得到质量满足的信号为止。

对应于这里描述的方法实施例中，步骤S4和S6可以由图3所示的数字波束形成模块104中的多波束选择模块403来实现，步骤S5可以由数字开关矩阵404根据多波束选择模块403的选择指令来实现。从图3中可以看出，多波束选择模块403通过反馈线109与数字接收机模块105相连，以便从数字接收机模块105获取表示信号质量的信号，如果信号质量信号表示信号质量不满足要求，则多波束选择模块403输出选择指令，以选择与其次大的相关系数相对应的数字波束输出信号，直到信号质量满足要求或者相关系数小于相关系数阈值(β)。对于数字接收机模块105输出的信号质量信号，在已有的阵列接收机中都会有该信号的输出，本发明只是利用了该信号。因此，在此不再具体和详细地描述该信号的产生方法和原理。

本发明人针对CDMA系统的上行链路用本发明提供的数字波束形成方法进行了仿真实验，其结果如图7所示，其多路径的环境参数可以参见下表。

多径数	6
							多径时延(秒)	0	310e-9	710e-9	1090e-9	1730e-9	2510e-9
多径平均衰落因子(dB)	0dB	-1dB	-9dB	-10dB	-15dB	-20dB
							扩频因子	256
Doppler频率	222Hz

可以看出，对于4阵元阵列接收机采用本发明，在输入信噪比为2.2dB左右时，数字接收机模块输出信号的误码率可在10^-3附近，而单天线数字接收机模块需要天线端输入信号的信噪比为8.2dB左右时才可以使输出信号的误码率达到10^-3。显然采用本发明提供的方法，系统性能得到显著提高。

Claims (12)

1、一种数字波束形成方法，包括下列步骤：

(a)接收阵列数字信号；

(b)把所述阵列数字信号与NB组加权向量进行加权运算，得到NB组数字波束输出信号

(c)根据数字波束输出信号

和参考信号，估计反映每个波束中期望信号能量的相关系数(Coeff_i)；其估计公式为：

Coeff_i＝‖E[S_Bi(t)s*(t)]‖²

Coeff_i(k)＝Coeff_i(k)+αCoeff_i(k-1)

其中，上标“*”表示复共轭运算，s(t)为所述参考信号；Coeff_i(k)表示第k次相参积累得到的反映波束i中期望信号能量的相关系数，α是进行非相参积累时的遗忘因子；

步骤(c)后还包括下列步骤：

(c1)比较获得的各个波束中期望信号能量的相关系数(Coeff_i(k))，将大于一相关系数阈值(β)的相关系数从大到小排序；

(c2)以从大到小的顺序选择输出与所述相关系数相对应的数字波束输出信号

(c3)判断输出信号的质量是否满足要求，如果不满足，则返回上述步骤(c2)。

(d)比较获得的反映各个波束中期望信号能量的相关系数(Coeff_i(k))，得到最大的相关系数(Coeff_max)，输出与所述最大相关系数(Coeff_max)相对应的数字波束输出信号

2、如权利要求1所述的数字波束形成方法，其特征在于，所述阵列数字信号表示为： $X\left(t\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}a\left({\mathrm{\θ}}_l\right)h_l\left(t\right)s(t-{\mathrm{\τ}}_l)+n\left(t\right);$

式中，l＝1，2，...，L为多径数，a(θ_l)是M*1维向量，表示与方向θ有关的第l条多径信号在M个天线阵元上的阵列响应，θ_i是第l条多径的波达方向；h_l(t)是第l条多径信号经历的衰落；s(t)是发射的期望信号，τ_l是第l条多径信号的时延；n(t)是阵列干扰和噪声信号；

所述加权向量为a^H(θ_i)，则，

S_Bi(t)＝a^H(θ_i)a(θ_d)h_d(t)S(t)+a^H(θ_i)n(t)i＝1，2，3...N_B；

Coeff_i＝‖E[S_Bi(t)s*(t)]‖²＝‖a^H(θ_i)a(θ_d)E[h_d(t)]‖²+‖E[a^H(θ_i)n(t)s*(t)]‖²。

3、如权利要求1所述的数字波束形成方法，其特征在于，所述遗忘因子的值为0≤α≤1。

4、如权利要求2所述的数字波束形成方法，其特征在于，所述遗忘因子的值为0≤α≤1。

5、一种数字波束形成模块，包括：

数字多波束形成器，接收阵列数字信号，将所述阵列数字信号与NB组加权向量进行加权运算，输出NB组数字波束输出信号

分路器，把所述数字多波束形成器输出的所述NB组数字波束输出信号形成对应多个信道的数字波束；

多波束选择模块，接收所述分路器输出的数字波束，根据数字波束输出信号 和参考信号，估计反映每个波束中期望信号能量的相关系数(Coeff_i)，并输出选择指令，以选择与最大的所述相关系数相对应的数字波束输出信号；所述估计公式为：

Coeff_i＝‖E[S_Bi(t)s*(t)]‖²

Coeff_i(k)＝Coeff_i(k)+αCoeff_i(k-1)

其中，上标“*”表示复共轭运算，s(t)为所述参考信号；Coeff_i(k)表示第k次相参积累得到的反映波束i中期望信号能量的相关系数，α是进行非相参积累时的遗忘因子；

数字开关矩阵，分别与所述分路器和所述多波速选择模块相连，接收所述多波束选择模块输出的选择指令，输出与最大的所述相关系数相对应的数字波束输出信号；

数字接收机模块，与所述多波束选择模块相连，用于接收所述数字接收机模块输出的信号质量信号，如果所述信号质量信号表示信号质量不满足要求，则所述多波束选择模块输出选择指令，以选择与其次大的所述相关系数相对应的数字波束输出信号，直到信号质量满足要求或者所述相关系数小于相关系数阈值(β)。

6、如权利要求5所述的数字波束形成模块，其特征在于，所述阵列数字信号表示为： $\left(t\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}a\left({\mathrm{\θ}}_l\right)h_l\left(t\right)s(t-{\mathrm{\τ}}_l)+n\left(t\right);$

式中，l＝1，2，...，L为多径数，a(θ_l)是M*1维向量，表示与方向θ有关的第l条多径信号在M个天线阵元上的阵列响应，θ_i是第l条多径的波达方向；h_l(t)是第l条多径信号经历的衰落；s(t)是发射的期望信号，τ_l是第l条多径信号的时延；n(t)是阵列干扰和噪声信号；

所述加权向量为a^H(θ_i)，则，

S_Bi(t)＝a^H(θ_i)a(θ_d)h_d(t)S(t)+a^H(θ_i)n(t)i＝1，2，3...N_B；

Coeff_i＝‖E[S_Bi(t)s*(t)]‖²＝‖a^H(θ_i)a(θ_d)E[h_d(t)]‖²+‖E[a^H(θ_i)n(t)s*(t)]‖²。

7、如权利要求5所述的数字波束形成模块，其特征在于，所述遗忘因子的值为0≤α≤1。

8、如权利要求6所述的数字波束形成模块，其特征在于，所述遗忘因子的值为0≤α≤1。

9、一种阵列接收机包括：

由多个天线组成的天线阵列；

阵列数字信号生成模块，与所述天线阵列相连，用于将所述天线阵列接收到的天线阵列模拟信号转换成阵列数字信号；

数字波束形成模块，与所述阵列数字信号生成模块相连，用于对所述阵列数字信号生成模块的阵列数字信号在每个信道上形成一个或多个信号波束；

数字接收机模块，与所述数字波束形成模块相连，用于接收所述数字波束形成的模块在每个信道上形成的一个或多个信号波束，在时域上对所述信号波束进行合并；

其特征在于，所述数字波束形成模块，包括：

数字多波束形成器，接收阵列数字信号，将所述阵列数字信号与NB组加权向量进行加权运算，输出NB组数字波束输出信号

分路器，把所述数字多波束形成器输出的所述NB组数字波束输出信号形成对应多个信道的数字波束；

多波束选择模块，接收所述分路器输出的数字波束，根据数字波束输出信号 和参考信号，估计反映每个波束中期望信号能量的相关系数(Coeff_i)，并输出选择指令，以选择与最大的所述相关系数相对应的数字波束输出信号；所述估计公式为：

Coeff_i＝‖E[S_Bi(t)s*(t)‖²

Coeff_i(k)＝Coeff_i(k)+αCoeff_i(k-1)

其中，上标“*”表示复共轭运算，s(t)为所述参考信号；Coeff_i(k)表示第k次相参积累得到的反映波束i中期望信号能量的相关系数，α是进行非相参积累时的遗忘因子；

数字开关矩阵，分别与所述分路器和所述多波速选择模块相连，接收所述多波束选择模块输出的选择指令，输出与最大的所述相关系数相对应的数字波束输出信号；

数字接收机模块，与多波束选择模块相连，用于接收所述数字接收机模块输出的信号质量信号，如果所述信号质量信号表示信号质量不满足要求，则所述多波束选择模块输出选择指令，以选择与其次大的所述相关系数相对应的固定数字波形成后的信号，直到信号质量满足要求或者所述相关系数小于相关系数阈值(β)。

10、如权利要求9所述的数字波束形成模块阵列接收机，其特征在于，所述阵列数字信号表示为： $X\left(t\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}a\left({\mathrm{\θ}}_l\right)h_l\left(t\right)s(t-{\mathrm{\τ}}_l)+n\left(t\right);$

式中，l＝1，2，...，L为多径数，a(θ_l)是M*1维向量，表示与方向θ有关的第l条多径信号在M个天线阵元上的阵列响应，θ_i是第l条多径的波达方向；h_l(t)是第l条多径信号经历的衰落；s(t)是发射的期望信号，τ_l是第l条多径信号的时延；n(t)是阵列干扰和噪声信号；

所述加权向量为^H(θ_i)，则，

S_Bi(t)＝a^H(θ_i)a(θ_d)h_d(t)S(t)+α^H(θ_i)n(t)i＝1，2，3...N_B；

Coeff_i＝‖E[S_Bi(t)s*(t)]‖²＝‖a^H(θ_i)a(θ_d)E[h_d(t)]‖²+‖E[a^H(θ_i)n(t)s*(t)]‖²。

11、如权利要求9所述的阵列接收机，其特征在于，所述遗忘因子的值为0 ≤α≤1。

12、如权利要求10所述的阵列接收机，其特征在于，所述遗忘因子的值为0≤α≤1。

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