CN1235389A - 自适应天线 - Google Patents

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Abstract

自适应天线用于抑制因多路径传播造成的色散和抑制自来采用相同频率的其他站干扰。阵列中的每个天线有各自的抽头延迟线,在此延迟线中输出信号被加权并相加。在一个已知的理论方案中,权重W由下列式子确定:W=Rxx －1rxd。一种改进的估算Rxx方法,其中Rxx估算值通过计算一个新的估算值得到改进:Rxx(new)=(Rxx+β·Ⅰ×trace(Rxx)),其中β是一标量值,Ⅰ是单位矩阵。

Description

自适应天线
本发明涉及自适应天线，例如，用于GSM蜂窝式移动电话系统。
自适应天线用于抑制因多路径传播造成的色散和抑制来自采用相同频率的其他站干扰。为了使天线能自适应，移动终端传送的每一帧符号包括含已知26个符号“训练”序列的中间部分(mid-amble)。移动终端受相关基站的指示使用若干个预定的训练序列，为了能区分开干扰的终端，阵列中的每个天线有各自的抽头延迟线，在此延迟线中抽头输出信号被加权并相加。在一个已知的理论方案中，权重W由下列式子确定：
W=Rxx -1rxd其中Rxx是输入到系统的信号自相关矩阵，rxd是输入信号与已知序列的互相关矢量。在实际中，对训练序列的瞬时矩阵和矢量求平均可以得到Rxx和rxd的估算值。
根据本发明，可以得到改进的Rxx估算值，本发明提出一种调整自适应天线阵列的抽头权重的方法，其中多个天线中的每一个天线有各自的抽头延迟线，在此延迟线中抽头输出信号被加权和并相加，权重W由以下式子确定：
W=Rxx -1rxd其中Rxx是输入到系统的信号自相关矩阵，rxd是输入信号与已知序列的互相关矢量，其特征是有以下步骤：
通过计算一个新的估算值以改进Rxx的估算值
Rxx(new)=(Rxx+β·I×trace(Rxx))其中β是一标量值，I是单位矩阵，相继的迭代过程计算如下：
把相加的抽头输出信号实部与设定电平进行比较；
把逻辑0符号值赋予落在设定电平一侧的那些相加的抽头输出信号，以及把逻辑1符号值赋予落在该设定电平另一侧的那些相加的抽头输出信号；
计算赋予逻辑0值的那些信号电平的平均值，以及计算赋予逻辑1值的那些信号电平的平均值；
计算赋予逻辑0值的每个信号电平与相应平均值之间的差距，以及计算赋予逻辑1值的每个信号电平与相应平均值之间的差距；
计算这些与平均值之间差距的和；
计算所有信号电平与设定电平之间的差距；
计算所有信号电平与设定电平之间差距的和；
计算这些与平均值之间差距的和对所有符号电平与设定电平之间差距的和之比率。
此方法最好包括把以上比率乘以(1+N)这一步骤，其中N是参照设定电平赋予的符号值与已知序列中符号值之间误差的数目；采用的Rxx(new)是该乘积最小的。
在每次迭代中，β最好是10-9至1中一组预定值之一。
最好是，采用一组β值的对分搜索法求出估算值。
通过举例并参照附图，现在描述本发明的一个实施例，这些附图是：
图1是自适应天线系统及其抽头延迟线均衡器的示意图；和
图2是从接收器输出的信号实部值示范图。
参照这两个附图，M个天线的阵列中每个天线2连接到各自的接收器4，被此阵列接收的信号是高斯最小频移键控(GMSK)调制信号。这些信号被消旋(de-rotated)以去除加到GMSM调制中的差分相位编码。
来自每个接收器的消旋信号馈入到各自的模数转换器3，在此模数转换器中信号被抽样和量化，量化的样本被转换成编码数字信号。
数字化消旋信号存储在存储器5中，可以按顺序从存储器5中读出这些信号。
数字化消旋信号按顺序读出到每个天线各自的符号间隔抽头延迟线6中。抽头延迟线可以是物理的，或是由一个或多个数据处理器模拟的。在任一情况下，执行这种处理比实时的快，以致在一帧中可以实现几个迭代过程。
不管抽头延迟线是物理的还是虚拟的，在每个抽头中信号被各自的权重8加权，加权的信号在加法器12中相加。
需要调整权重以补偿多路径传播和采用相同信道引起的来自其他终端的干扰。
移动终端15传送的每帧信号中，有一个包含26个符号训练序列的中间部分。有多个不同的训练序列，移动终端15受基站的指令以发送哪个序列。移动终端15不重复使用训练序列，这样可以避免与终端14产生干扰，所以可区分开这些终端。
给延迟线抽头加权的理论基础是：Wiener-Hopf公式：
W=Rxx -1rxd其中Rxx是输入到系统的信号自相关矩阵，rxd是输入信号与已知序列的互相关矢量。
通过对瞬时(即，逐个符号地)矩阵求平均以计算自相关矩阵。
然后，按以下式子重新计算矩阵Rxx:
Rxx(new)=(Rxx+β·I×trace(RXX))其中β是一标量值，I是单位矩阵。
分析加法器14的输出以便暂时地赋予符号值，为的是可以计算Rxx(new)。
赋予逻辑0或逻辑1的符号值的暂时判定取决于究竟加法器14输出的实部的电平是正或负。因此，设定的零判定电平16(见图2)区分开逻辑0符号电平18和逻辑1符号电平20。
计算零电平16与赋予逻辑0值的符号电平18之间差距d0的平均值22。计算零电平16与赋予逻辑1值的符号电平20之间差距d1的平均值24。
计算赋予逻辑0值的每个符号值18与相应平均值22之间的差距。计算赋予逻辑1值的每个符号电平20与相应平均值24之间的差距。
计算所有与平均值之间差距的和。
计算所有符号电平与判定值16之间的差距。
计算所有符号电平与判定值16之间差距的和。
计算与平均值之间差距的和对所有符号电平与设定电平之间差距的和之比率。这个比率越小，计算出的自相关矩阵Rxx的效果越佳。理想地，赋予逻辑0值的各个符号电平都相同，赋予逻辑1值的各个符号电平都相同，0和1符号的电平与判定电平16之间有相等的间距。
为了考虑到即使在恢复的序列中误差率是很高情况下可能获得低的值，这个比率最好乘以(1+N)，其中N是参照设定电平赋予各值的符号与已知序列中符号之间误差的数目。
如此得到的乘积值是品质因素的量度，即，估算值Rxx(new)是如何准确，此值越低，估算越准确。
例如，可以对一组β值，10-9,10-8,10-7,…100，反复地计算，所采用的矩阵是具有最低值量度的品质因素，不需要对所有的β值来计算品质因素的量度。可以采用这样的搜索方法，首先利用这组值中心附近的值，例如，10-5。然后利用这个中心值与设定电平一端之间的中间值，例如，β是增大的一端，中间值约为10-2。若这一结果优于上一次的结果，则利用β沿相同方向变化的值，例如10-1，再进行计算。若在任一点上，量度较差，则β变化的方向就相反，例如，若β=10-2时品质因素的量度不如β=10-5时的情况，则下一个β值就设定在10-7或10-8。

Claims (4)

1．一种调整自适应天线阵列的抽头权重的方法，其中多个天线中的每一个有各自的抽头延迟线，在此延迟线中抽头输出信号被加权并相加，权重W由以下式子确定：
W=Rxx -1rxd其中Rxx是对系统的输入的自相关矩阵，rxd是输入信号与已知序列的互相关矢量估算值，此方法的特征在于下列步骤：
通过计算一个新的估算值改进Rxx估算值
Rxx(new)=(Rxx+β·I×trace(Rxx))其中β是一标量值，I是单位矩阵，相继的迭代过程计算如下：
把相加的抽头输出信号的实部与设定电平进行比较；
把逻辑0值赋予落在设定电平一侧的那些相加的抽头输出信号，以及把逻辑1值赋予落在该设定电平另一侧的那些相加的抽头输出信号；
计算赋予逻辑0值的那些信号电平的平均值，以及计算赋予逻辑1值的那些信号电平的平均值；
计算赋予逻辑0值的每个信号电平与相应平均值之间的差距，以及计算赋予逻辑1值的每个信号电平与相应平均值之间的差距；
计算这些与平均值之间差距的和；
计算所有信号电平与设定电平之间的差距；
计算所有信号电平与设定电平之间差距的和；
计算与平均值之间差距的和对所有符号电平与设定电平之间差距的和之比率。
2．按照权利要求1的方法，包括把这个比率乘以(1+N)这一步骤，其中N是参照设定电平赋予值的符号与已知序列中符号之间误差的数目；采用的Rxx是这个乘积最小。
3．按照权利要求1或2的方法，其中每次迭代中β是10-9至1中一组预定值之一。
4．按照权利要求3的方法，其中利用对分搜索法对一组β值进行迭代计算。
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