[發明專利]一種基于航空通信信道下的波束成形方法

無效

• 申請號: 200910084480.3
• 申請日: 2009-05-19
• 公開（公告）號: CN101552630A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 安建平;盧堯;卜祥元;劉光熹
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04B7/02
• 分類號: H04B7/02;H04L1/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心
• 代理人: 張利萍

技術領域

本發明涉及一種數字波束成形方法，特別涉及一種基于航空通信信道的數 字波束成形方法，屬于信號處理和通信領域。

背景技術

在無線通信中，由于收信機和發信機之間的多條傳播路徑造成的多徑效應 是一個普遍存在的問題。通常，航空信道被認為是由一個視距傳播(LOS)成分和 一個多徑散射成分組成，稱為萊斯(Rice)衰落信道。其中多徑散射成分是由傳播 環境中物體對電磁波的反射和散射產生的。在航空通信中，飛行器不同的狀態 會導致不同的信道衰落形式，比如飛行器在飛行途中、跑道滑行以及停場狀態 導致的信道衰落是不同的。一般來說，在停場狀態下，由于停機坪、機庫的影響， 視距成分是不存在的，這導致了瑞利(Rayleigh)衰落，是最嚴重的衰落形式。而 在其他狀態下，接收信號通常包含LOS成分和散射成分，這會導致萊斯衰落。 同時在航空通信中還存在不同用戶對期望信號的干擾，在戰爭環境下，還存在 來自敵方的同頻強干擾。因此應用于這種環境下的通信系統要同時具有抗多徑 衰落以及抗干擾的性能。

Rake接收方法是目前廣泛采用的一種抗衰落方法，它采用分集合并技術， 對多個信號分別進行處理、合并從而獲得更大的益處。但是由于航空信道中可 能存在較強的同頻干擾，采用Rake接收并不能很好地消除干擾。采用擴頻，跳 頻技術可以使通信系統具有很強的抗干擾能力，但是該技術本身并不能消除多 徑衰落的影響。當期望信號存在多個非相關多徑時，波束成形技術能夠保留其 中的一路信號，而把零陷對準其它信號，這樣，陣列能夠減小由非相關多徑帶 來的干擾，也可以消除不同到達角度上(DOA)的干擾信號。

傳統的波束成形的實現方法是由多個輻射元排陣構成天線陣列，用波束形成網 絡向陣列單元激勵所需的振幅和相位，以形成不同形狀的成形波束。它的優點 是可對波束數目和形狀進行靈活控制，并可控制波束作快速掃描；但結構較復 雜，造價高。已知的另一種做法是利用數字芯片對采樣和下變頻得到的數字基 帶信號作一系列的復數矩陣運算，這種做法所需的計算量較大，且處理過程帶 來一定的誤差，使得處理結果難以達到空域濾波器的誤差指標。同時，應用于 通信系統中的波束成形系統不同于傳統雷達中所采用波束天線陣列，由于雷達 中回波的存在，可以方便估計期望信號的DOA，雖然在通信系統中可采用已有 的多重信號分類(MUSIC)方法和旋轉不變信號參數估計(ESPRIT)方法估計 通信系統中期望信號的DOA，但是實現復雜度高，且誤差較大。已知的最小均 方誤差(MMSE)波束成形方法可以避免DOA估計，降低實現的復雜度，但是傳統 的MMSE方法對接收端采樣同步偏差較為敏感，該偏差會導致陣列輸出信擾噪 聲比(SINR)下降，該方法在采樣同步偏差為10的情況下的輸出SINR在圖4中 給出。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于航空通信信道下的波束成形方法，該方法 能夠有效解決航空通信信道中的多徑衰落以及干擾等問題，降低傳統方法的實 現成本和復雜度，并且能夠克服傳統數字波束成形方法的DOA估計不準以及采 樣同步偏差問題。

本發明所采用的技術方案如下：

一種基于航空通信信道下的波束成形方法，一種基于航空通信信道下的波 束成形方法，其實現步驟包括自相關矩陣處理、協方差向量處理、權值計算輸 出，其流程圖如圖1所示，包括以下步驟：

步驟一：利用長度為N的訓練序列x_n，其中x_n為M×1維的列向量，M為 天線陣列的單元個數，估計基帶信號的自相關矩陣和協方差向量

估計公式為：