专利名称：自适应阵列天线接收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自适应阵列天线接收装置及接收方法，具体地说，涉及自适应阵列天线接收系统，在该系统中，由形成自适应阵列天线的多个天线单元接收CDMA系统的传输信号。
参考
图1，现将描述有关CDMA自适应阵列接收装置，在该装置中使用共同误差信号。在此假设，接收天线的数量等于N(N是不小于2的整数)，多路径的路径数等于L(L是不小于1的整数)。将要考虑的是有关第k个用户(k是大于1的整数)。
如图1所示，CDMA自适应阵列天线接收装置包括形成阵列天线的N个接收天线1-1至1-N、分别对应除多路径的第一路径外的多路径的第二至第L路径的(L-1)延迟单元2-2至2-L、对应多路径的第一至第L路径和N个接收天线1-1至1-N的(N×L)个去扩展电路3-1-1至3-L-N、L个加权/组合电路4-1至4-L、共同连接到L个天线加权/组合电路4-1至4-L的MMSE(最小均方误差)控制电路5、参考信号产生电路7、加法器6、减法器8。
N个接收天线1-1至1-N相互之间紧靠布置，以便使所接收的多个接收信号相互之间相关。延迟电路2-2至2-L延迟通过多路径的第二至第L路径传输的和N个接收天线1-1至1-N接收的接收信号。接收信号按照多路径的第一至第L路径的延迟时间被分类为第一至第L多路径接收信号。第二至第L多路径接收信号被分别供给到延迟单元2-2至2-L，同时，第一多路径接收信号被直接供给到去扩展电路3-1-1至3-1-N。延迟单元2-2至2-L按与多路径的第一路径在时间上同步的方式延迟第二至第L多路径接收信号，以产生第二至第L延迟的信号。因此，图1中省略与多路径的第一路径相应的延迟单元102-1，因为不需要延迟。
用于多路径的第一路径的去扩展电路3-1-1至3-1-N直接由接收天线1-1至103-N接收的第一多路径接收信号分别供给。用于多路径的第二路径的去扩展电路103-2-1至103-2-N由延迟单元2-2产生的第二延迟信号供给。用于多路径的L个路径的去扩展电路103-L-1至3-L-N由延迟单元2-L产生的第L个延迟信号供给。因此，用于多路径的第l个(l＝2至L)路径的去扩展电路3-l-1至3-l-N由延迟单元2-l产生的第l个延迟信号供给。
直接从接收天线1-1至1-N供给第一多路径接收信号和从延迟单元2-2至2-L供给第二至第L个延迟信号，去扩展电路3-1-1至3-L-N产生扩展信号。去扩展电路3-1-1至3-L-N发送扩展信号到天线加权/组合电路4-1至4-L和MMSE控制电路5。根据供给的扩展信号，天线加权/组合电路4-1至4-L产生加权的和组合的信号，作为天线组合信号，并传送该天线组合信号到加法器6。加法器6把天线组合信号相加，以产生作为瑞克(rake)组合信号的相加信号，并将瑞克组合信号供给到减法器8。
现参考图2描述天线加权/组合电路4-1至4-L。因为天线加权/组合电路4-1至4-L具有相同的结构，所以仅通过例子描述天线加权/组合电路4-1。如图2所示，天线加权/组合电路4-1包括多个乘法器9-1至9-N和加法器110。
如上所述，天线加权/组合电路4-1由去扩展电路3-1-1至3-1-N扩展的扩展信号供给。根据扩展的信号和MMSE控制电路5产生的天线加权的供给，乘法器9-1至9-N把扩展的信号与天线加权相乘产生加权的信号。加法器110把各加权的信号相加产生天线组合信号，并把天线组合信号供给到图1中的加法器6。通过控制接收天线1-1至1-N接收的接收信号的幅度和相位，天线加权/组合电路4-1至4-L形成阵列天线的方向图，所以，给出了要求信号分量的增益，抑制了干扰信号分量。
加法器6把天线加权/组合电路4-1至4-L的输出信号相加，以产生瑞克组合信号。从而，完成了瑞克组合。由于加法器6产生的瑞克组合信号和参考信号产生电路7产生的参考信号的供给，减法器8把瑞克组合信号从参考信号中减去，以获得共同误差信号。减法器8把共同误差信号供给到MMSE控制电路5。由于减法器8的共同误差信号和去扩展电路3-1-1至3-L-N的扩展信号的供给，MMSE控制电路5控制天线加权，使共同误差信号的均方最小化。
在这里，MMSE控制电路5使用自适应更新算法控制或更新天线加权。为了通过控制天线加权跟上瞬间信道波动，例如，可以使用如RLS(递归最小平方)算法的快速算法作为自适应更新算法。
下面描述用于第K个用户的通过多路径的第l个路径(l＝1至L)接收的第m个符号(在时间瞬间Mt，其中，T表示符号周期)上接收信号的运算。在此，通过多路径的第l个路径由第n个(n＝1至N)接收天线接收的信号获得的扩展信号表示为yk，l，n(m)。扩展信号yk，l，n(m)被供给到天线加权/组合电路4-1至4-L。在天线加权/组合电路4-1至4-L中的乘法器9-1至9-N把扩展信号yk，l，n(m)与MMSE控制电路5产生的天线加权相乘产生加权的信号。加权的信号由加法器10组合成为天线组合信号。加法器10产生作为天线组合信号的输出信号。
让我们把用于第n个接收天线的天线加权表示为wk，l，n(m)。那么，用于多路径的第l个路径和用于第k个用户的天线组合信号zk，l(m)由下式给出zk,l(m)=Σn=1Nyk,l,n(m)wk,l,n*(m)---(1)]]>其中，*表示共轭复数。
图1中的加法器6把天线加权/组合电路4-1至4-L产生的天线加权信号相加，以至完成了瑞克组合。用于第k个用户的瑞克组合信号zk(m)由下式给出zk(m)=Σl=1Lzk,l(m)---(2)]]>瑞克组合信号zk(m)被供给到减法器8。
按照RLS算法，并在当前时间瞬间上使用所有输入样本，MMSE控制电路5控制天线加权，以至指数加权误差的平方和被直接最小化。平方和 由下式表达Q^(m)=Σi=1mαm-i|ek(m)|2---(3)]]>在此，α表示加权因子(0＜α≤1)，ek(m)表示减法器8产生的共同误差信号。如上所述，共同误差信号是把加法器6产生的瑞克组合信号从参考信号产生电路7产生的参考信号中减去获得的。
减法器8把共同误差信号传送到MMSE控制电路6。共同误差信号ek(m)由下式给出ek(m)=Z^k(m)-Zk(m)---(4)]]>其中， 表示用于第k个用户的参考信号。
在RLS算法中，相关矩阵Rxxk(m)按照方程(3)的指数加权的时间平均计算
Rxxk(0)＝δU(m＝0) ……(5)Rxxk(m)＝αRxxk(m-1)+Xk(m)Xk*H(m)(m＝1，2，3，……) ……(6)在此，δ表示正的常数，H表示共轭复数的转置，U表示单位矩阵。Xk(m)表示由每一个去扩展电路3-1-1至3-L-N产生的扩展信号的扩展信号矢量，并定义为下式Xk(m)＝[yk，1，1(m)，yk，1，2(m)，…，yk，1，n(m)，yk，2，1(m)，yk，2，2(m)，…，yk，2，n(m)，………yk，L，1(m)，yk，L，2(m)，…，yk，L，n(m)]T……(7)在此，T表示转置。
按照自适应更新算法，MMSE控制电路5使用减法器10产生的共同误差信号ek(m)和去扩展电路3-1-1至3-L-N产生的扩展信号更新天线加权。在这个更新操作中，天线加权自适应地由MMSE标准控制，所以最小化了共同误差信号ek(m)。更新运算由下式表示Wk(m)＝Wk(m-1)+γkRxxk-1(m-1)Xk(m)ek*(m)……(8)γk=1α+XkH(m)Rxxk-1(m-1)Xk(m)---(9)]]>在此，Wk(m)表示MMSE控制电路5产生的天线加权的天线加权矢量，并由下式定义Wk(m)＝[wk，1，1(m)，wk，1，2(m)，…，wk，1，n(m)，wk，2，1(m)，wk，2，2(m)，…，wk，2，n(m)，………wk，L，1(m)，wk，L，2(m)，…，wk，L，n(m)]T………(10)方程(8)和(9)需要相关矩阵Rxxk的逆矩阵Rxxk-1计算。逆矩阵Rxxk-1使用下列矩阵公式计算Rxxk-1(0)＝δ-1U (m＝0) ……(11)Rxxk-1(m)=1αRxxk-1(m-1)-Rxxk-1(m-1)Xk(m)XkH(m)Rxxk-1(m-1)α2+αXkH(m)Rxxk-1(m-1)Xk(m)]]>(m＝1，2，3，……) ……(12)然而，上述技术存在下面几方面的缺点。MMSE控制电路5需要按照自适应更新算法进行大量的计算。这种大量计算把大处理负载施加到数字信号处理器(DSP)上。由于使用共同误差信号，使共同误差信号最小化的控制天线加权的自适应算法需要计算(N×L)级相关矩阵Rxxk。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过大大减少用于计算天线加权矢量的自适应更新算法中的计算量，能够减少DSP处理负载的CDMA自适应阵列天线接收装置。
本发明的自适应阵列天线接收装置和本发明的接收方法如下；[1]一种自适应阵列天线接收装置，其通过形成自适应阵列天线的多个天线单元(1-1至1-N)接收CDMA传输信号，所述自适应阵列天线包括预定数量的指状单元L，其中，L是大于1的整数，接收装置包括
形成预定数量指状单元的预定数量L的去扩展装置(3-1-1至3-L-N)，每个预定数量的去扩展装置由来自天线单元的接收信号供给，用于去扩展接收信号以产生扩展信号；给预定数量L的加权因子相乘装置(4-1至4-L)分别提供以来自预定数量的去扩展装置的扩展信号，每个预定数量的加权因子相乘装置把扩展信号与加权因子相乘，以产生加权的信号；给组合装置(6)提供以来自预定数量加权因子相乘装置的加权的信号，被提供以来自预定数量加权因子相乘装置之加权信号的组合装置(6)用于组合加权的信号以产生瑞克组合信号；给误差信号产生装置(8)提供以瑞克组合信号和参考信号，用于计算瑞克组合信号和参考信号之间的差，以产生表示差的共同误差信号；以及给预定数量L的控制装置(5-1至5-L)分别提供以来自预定数量去扩展装置的扩展信号，根据共同使用的共同误差信号并连接到预定数量的加权因子相乘装置，每个预定数量的控制装置控制每个预定数量的加权因子相乘装置的加权因子，以便最小化共同误差信号的均方。
按第[1]段所述的自适应阵列天线接收装置，其中，每个预定数量的控制装置使用RLS(递归最小平方)算法作为自适应更新算法，用于控制每个预定数量加权因子相乘装置的加权因子。
按第[1]段所述的自适应阵列天线接收装置，其中，如果每个接收信号是已知的导频信号，则参考信号是等效于已知导频信号的信号。
按第[3]段所述的自适应阵列天线接收装置，其中还包括确定装置(11)，用于根据瑞克组合装置产生的瑞克组合信号进行数据确定，以产生确定的输出信号，开关装置(12)，用于选择性地切换确定装置产生的确定输出信号和参考信号，控制切换装置，当接收信号是导频信号，以及当接收的信号是数据信号而不是导频信号时，分别选择参考信号和确定输出信号供给到误差信号产生装置。
按第[1]段所述的自适应阵列天线接收装置，其中，在天线单元总共是N的情况中，通过使用N-级相关矩阵(N是不小于2的整数)，每个预定数量的控制装置控制每个预定数量加权因子相乘装置的加权因子。
按第[1]段所述的自适应阵列天线接收装置，其中，形成预定数量指状单元的预定数量的去扩展装置对应来自每个天线单元的接收信号的预定数量的多路径的L路径；接收装置还包括延迟装置，通过分别对应多路径的路径的延迟时间，延迟来自每个天线单元的接收信号，以产生供给到对应一个预定数量去扩展装置的延迟信号，对应的一个预定数量的去扩展装置对应多路径的路径。
一种自适应阵列天线接收装置，通过形成自适应阵列天线的多个天线单元(1-1至1-N)接收CDMA传输信号，所述自适应阵列天线包括预定数量的指状单元L，其中，L是大于1的整数，接收装置包括形成预定数量指状单元之预定数量L的去扩展装置(3-1-1至3-L-N)，给每个预定数量的去扩展装置提供以来自天线单元的接收信号，用于去扩展接收信号以产生扩展信号；给预定数量L的加权因子相乘装置(4-1至4-L)分别提供以来自预定数量的去扩展装置的扩展信号，每个预定数量的加权因子相乘装置把扩展信号与加权因子相乘，以产生加权的信号；给组合装置(6)提供以来自预定数量加权因子相乘装置的加权的信号，用于组合加权的信号；给预定数量L的控制装置(5-1至5-L)分别提供以来自预定数量去扩展装置的扩展信号，并连接到预定数量的加权因子相乘装置，每个预定数量的控制装置控制每个预定数量的加权因子相乘装置的加权因子。
按第[7]段所述的自适应阵列天线接收装置，其中，每个预定数量L的控制装置使用SMI(样本矩阵求逆)算法作为自适应更新算法，用于控制加权因子。
按第[7]段所述的自适应阵列天线接收装置，其中，在天线单元总共是N的情况中，通过使用N-级相关矩阵(N是不小于2的整数)，每个预定数量的控制装置控制每个预定数量加权因子相乘装置的加权因子。
按第[7]段所述的自适应阵列天线接收装置，其中，形成预定数量指状单元的预定数量的去扩展装置对应来自每个天线单元的接收信号的预定数量的多路径的L路径；接收装置还包括延迟装置，通过分别对应多路径的路径的延迟时间，延迟来自每个天线单元的接收信号，以产生供给到对应一个预定数量去扩展装置的延迟信号，对应的一个预定数量的去扩展装置对应多路径的路径。
一种用于自适应阵列天线接收装置的接收方法，通过形成自适应阵列天线的多个天线单元(1-1至1-N)接收CDMA传输信号，所述自适应阵列天线包括第一至第L个指状单元，其中，L是大于1的整数，所述接收方法包括在第一至第L个指状单元中完成第一至第L去扩展步骤(3-1-1至3-L-N)，给第一至第L个去扩展步骤中的每一步被提供以由来自天线单元的接收信号，用于去扩展接收信号以产生扩展信号；给第一至第L个加权因子相乘装置(4-1至4-L)分别提供以来自第一至第L个去扩展步骤扩展信号，每个第一至第L个加权因子相乘装置把扩展信号与加权因子相乘，以产生加权的信号；给组合步骤(6)提供以来自第一至第L个加权因子相乘步骤的加权的信号，用于组合加权的信号以产生瑞克组合信号；给误差信号产生步骤(8)提供以瑞克组合信号和参考信号，用于计算瑞克组合信号和参考信号之间的差，以产生表示差的共同误差信号；以及给第一至第L个控制步骤(5-1至5-L)分别提供以来自第一至第L个去扩展步骤的扩展信号，根据共同使用的共同误差信号，每个第一至第L个控制步骤控制每个第一至第L个加权因子相乘装置的加权因子，以便最小化共同误差信号的均方。
按第[11]段所述的接收方法，其中，每个第一至第L个控制步骤使用RLS(递归最小平方)算法作为自适应更新算法，用于控制每个第一至第L个加权因子相乘装置的加权因子。
按第[11]段所述的接收方法，其中，如果每个接收信号是已知的导频信号，则参考信号是等效于已知导频信号的信号。
按第[13]段所述的接收方法，其中还包括确定步骤(11)，用于根据瑞克组合步骤产生的瑞克组合信号进行数据确定，以产生确定的输出信号；开关步骤(12)，用于选择性地切换由确定步骤产生的确定输出信号和参考信号，受到控制的切换步骤，使得当接收信号是导频信号及当接收的信号是数据信号不是导频信号时，分别选择参考信号和确定输出信号供给到误差信号产生步骤。
按第[11]段所述的接收方法，其中，在天线单元总共是N的情况下，通过使用N-级相关矩阵(N是不小于2的整数)，每个第一至第L个控制步骤控制每个第一至第L个加权因子相乘步骤的加权因子。
按第[11]段所述的接收方法，其中，完成第一至第L个去扩展步骤的第一至第L个指状单元对应来自每个天线单元的接收信号的多路径的第一至第L个路径；接收方法还包括延迟步骤，通过分别对应多路径的路径的延迟时间，延迟来自每个天线单元的接收信号，以产生供给到对应一个第一至第L个去扩展步骤的延迟信号，对应的一个第一至第L个去扩展步骤对应多路径的第一至第L个路径。
一种用于自适应阵列天线接收装置的接收方法，通过形成自适应阵列天线的多个天线单元(1-1至1-N)接收CDMA传输信号，所述自适应阵列天线包括第一至第L个指状单元，其中，L是大于1的整数，接收方法包括在第一至第L个指状单元中完成第一至第L个去扩展步骤(3-1-1至3-L-N)，给第一至第L个去扩展步骤的每一步提供来自天线单元的接收信号，用于去扩展接收信号以产生扩展信号；给第一至第L个加权因子相乘步骤(4-1至4-L)分别提供以由来自第一至第L个去扩展步骤的扩展信号，每个第一至第L个加权因子相乘步骤把扩展信号与加权因子相乘，以产生加权的信号；给组合步骤(6)提供以来自第一至第L个加权因子相乘步骤的加权的信号，用于组合加权的信号；给第一至第L个控制步骤(5-1至5-L)分别提供以来自第一至第L个去扩展步骤的扩展信号，每个第一至第L个控制步骤控制每个第一至第L个加权因子相乘步骤的加权因子。
按第[17]段所述的接收方法，其中，每个第一至第L个控制步骤使用SMI(样本矩阵求逆)算法作为自适应更新算法，用于控制加权因子。
按第[17]段所述的接收方法，其中，在天线单元总共是N的情况中，通过使用N-级相关矩阵(N是不小于2的整数)，每个第一至第L个控制步骤控制每个第一至第L个加权因子相乘步骤的加权因子。
按第[17]段所述的接收方法，其中，完成第一至第L个去扩展步骤的第一至第L个指状单元对应来自每个天线单元的接收信号的多路径的第一至第L个路径，所述接收方法还包括延迟步骤，通过分别对应多路径的路径的延迟时间，延迟来自每个天线单元的接收信号，以产生供给到对应一个第一至第L个去扩展步骤的延迟信号，对应的一个第一至第L个去扩展步骤对应多路径的第一至第L个路径。
在CDMA通信系统中，各指状单元间不存在相关性。因此，通过独立使用与各自指状单元的N-级相关矩阵，用于计算天线加权因子的自适应更新算法等效于计算(N×L)-级相关矩阵的自适应更新算法。因此，独立使用各指状单元的N-级相关矩阵控制天线加权因子，以便在瑞克组合之后最小化共同误差信号的均方。以这种方式，在所有MMSE控制电路中使用的自适应更新算法中的计算量成比例地从(NL)2减少到N2L。结果，减少了加在DSP上的处理负载。
参考图3，描述在使用共同误差信号的情况下，本发明第一实施例的CDMA自适应阵列天线接收装置。在此假设，接收天线的数量等于N(N是不小于2的整数)，多路径的路径数等于L(L是不小于1的整数)。现考虑有关第k个用户的情况(k是大于1的整数)。
如图3所示，本发明第一实施例的CDMA自适应阵列接收装置包括形成阵列天线的N个接收天线1-1至1-N、分别对应除多路径的第一路径外的多路径的第二至第L个路径的(L-1)延迟单元2-2至2-L、对应多路径的第一至第L路径和N个接收天线1-1至1-N的(N×L)个去扩展电路3-1-1至3-L-N、L个加权/组合电路4-1至4-L、分别连接到第一至第L个天线加权/组合电路4-1至4-L的L个MMSE控制电路5-1至5-L、参考信号产生电路7、加法器6、减法器8。
在图3中，由接收天线1-1至1-N接收信号，所述接收信号按照多路径的第一至第L路径的延迟时间被分类为第一至第L多路径接收信号。第二至第L多路径接收信号被分别供给到延迟单元2-2至2-L，同时，第一多路径接收信号被直接供给到去扩展电路3-1-1至3-1-N。延迟单元2-2至2-L延迟第二至第L多路径接收信号，以产生第二至第L延迟的信号。根据来自接收天线1-1至1-N的第一多路径接收信号和来自延迟单元2-2至2-L的第二至第L延迟的信号的供给，去扩展电路3-1-1至3-1-N扩展第一多路径接收信号和第二至第L延迟的信号，以产生扩展信号。去扩展电路3-1-1至3-L-N发送扩展信号到天线加权/组合电路4-1至4-L和MMSE控制电路5-1至5-L。
由于提供扩展信号，天线加权/组合电路4-1至4-L产生加权的和组合的信号，作为天线组合信号，并将天线组合信号供给到加法器6。加法器6把天线组合信号相加，以产生作为瑞克组合信号的和信号，并将瑞克组合信号供给到减法器8。
参考图4，每个天线加权/组合电路4-1至4-L包括多个乘法器9-1至9-N和加法器110。如上所述，天线加权/组合电路4-1至4-L由去扩展电路3-1-1至3-1-N扩展的扩展信号供给。在天线加权/组合电路4-1至4-L中的每一个的乘法器9-1至9-N把扩展的信号与对应一个MMSE控制电路5-1至5-L产生的天线加权相乘产生加权的信号。根据来自乘法器9-1至9-N的加权信号的供给，加法器10把加权的信号相加产生天线组合信号。天线组合信号被传送到图3中的加法器6。
加法器6把天线加权/组合电路4-1至4-L产生的天线组合信号相加，以产生瑞克组合信号。从而，完成了瑞克组合。根据加法器6产生的瑞克组合信号和参考信号产生电路7产生的参考信号的供给，减法器8把瑞克组合信号从参考信号中减去，以获得共同误差信号。减法器8把共同误差信号供给到MMSE控制电路5-1至5-L。对应多路径的各个路径，根据减法器8的共同误差信号和去扩展电路3-1-1至3-L-N的扩展信号的供给，MMSE控制电路5-1至5-L控制天线加权，以至最小化了共同误差信号的均方。
在这里，MMSE控制电路5-1至5-L使用自适应更新算法控制或更新天线加权。为了控制天线加权跟上瞬间信道波动，最好使用RLS(递归最小平方)算法作为快速算法。使用独立于各个指状单元的N-级相关矩阵的控制天线加权的算法，大大减小了计算量和DSP上的处理负载。
下面参考图3和4详细描述接收装置。
接收天线1-1至1-N接收接收信号，每个接收信号包括要求的信号分量和多个相乘的干扰信号分量。接收天线1-1至1-N相互之间靠紧地布置，以便接收信号相互之间相关。延迟电路2-2至2-L延迟通过第二至第L路径传输的和接收天线1-1至1-N接收的接收信号。接收信号按照多路径的第一至第L路径的延迟时间被分类为第一至第L多路径接收信号。第二至第L多路径接收信号被分别供给到延迟单元2-2至2-L，同时，第一多路径接收信号被直接供给到去扩展电路3-1-1至3-1-N。
延迟单元2-2至2-L以与多路径的第一路径在时间上同步的方式延迟第二至第L多路径接收信号，以产生第二至第L延迟的信号。因此，对应多路径的第一路径的延迟单元2-1在图3中被省略，因为不需要延迟。
对用于多路径的第一路径的去扩展电路3-1-1至3-1-N分别直接供给由接收天线1-1至1-N接收的第一多路径接收信号。对用于多路径的第二路径的去扩展电路3-2-1至3-2-N供给由延迟单元2-2产生的第二延迟信号。对用于多路径的第L个路径的去扩展电路3-L-1至3-L-N供给由延迟单元2-L产生的第L个延迟信号。因此，给用于多路径的第l个(l＝2至L)路径的去扩展电路3-l-1至3-l-N供给由延迟单元2-l产生的第l个延迟信号。所有接收天线1-1至1-N共同使用多路径的特殊路径时序。这是因为接收天线1-1至1-N相互之间紧靠，所以接收信号相互之间相关，因此，假设接收天线1-1至1-N具有相同的延迟特征。
直接从接收天线1-1至1-N供给第一多路径接收信号和从延迟单元2-2至2-L供给第二至第L个延迟信号，去扩展电路3-1-1至3-L-N产生扩展信号。去扩展电路3-1-1至3-L-N发送扩展信号到天线加权/组合电路4-1至4-L和MMSE控制电路5-1至5-L。根据所提供的扩展信号，天线加权/组合电路4-1至4-L产生加权的和组合的信号，作为天线组合信号，并将该天线组合信号传送到加法器6。加法器6把加权的和组合的输出相加，以产生作为瑞克组合信号的相加信号，并将瑞克组合信号供给到减法器8。
现参考图4描述天线加权/组合电路4-1至4-L。因为天线加权/组合电路4-1至4-L具有相同的结构，所以仅通过例子描述天线加权/组合电路4-1。
如图4所示，天线加权/组合电路4-1包括乘法器9-1至9-N和加法器10。给天线加权/组合电路4-1供给由去扩展电路3-1-1至3-1-N扩展的扩展信号。根据扩展的信号和MMSE控制电路5-1产生的天线加权的供给，乘法器9-1至9-N把扩展的信号与天线加权相乘产生加权的信号。加法器10把加权的信号相加产生天线组合信号，并把天线组合信号供给到图3中的加法器6。
通过控制接收天线1-1至1-N接收的接收信号的幅度和相位，天线加权/组合电路4-1至4-L形成阵列天线的方向图，所以，给出了要求信号分量的增益，抑制了干扰信号分量。加法器6把天线加权/组合电路4-1至4-L产生的天线组合信号相加，因此完成了瑞克组合。根据加法器6产生的瑞克组合信号和参考信号产生电路7产生的参考信号的供给，减法器8把瑞克组合信号从参考信号中减去，以获得共同误差信号。减法器8把共同误差信号供给到MMSE控制电路5-1至5-L。根据减法器8的共同误差信号和对应多路径的各个路径的去扩展电路3-1-1至3-L-N的扩展信号的供给，MMSE控制电路5-1至5-L控制天线加权，致使共同误差信号的均方最小化。
在这里，MMSE控制电路5-1至5-L使用自适应更新算法控制或更新天线加权。为了控制天线加权跟上瞬间信道波动，最好使用RLS(递归最小平方)算法作为快速算法。使用独立于各个指状单元的N-级相关矩阵控制天线加权的算法。
参考图3和4，描述本实施例的工作过程。在此，详细描述MMSE控制电路5-1至5-L所用的RLS算法。下面描述用于第K个用户的通过多路径的第l个路径(l＝1至L)接收的第m个符号(在时间瞬间Mt，其中，T表示符号周期)上接收的信号运算。
使用在每一个MMSE控制电路5-1至5-L的RLS算法中，相关矩阵按下式计算Rxxk，l(0)＝δU(m＝0) ……(13)Rxxk，l(m)αRxxk，l(m-1)+Xk，l(m)Xk，lH(m)(m＝1，2，3，……) ……(14)在此，δ表示正的常数，H表示共轭复数转置，α表示加权因子(0＜α≤1)。
如果加权因子α较大，则自适应控制的精度和稳定性就非常好，但自适应控制的收敛较慢。另一方面，如果加权因子α较小，则自适应控制的收敛较快，但自适应控制的精度和稳定性较差。
在每一个MMSE控制电路5-1至5-L的RLS所用的算法中，加权因子α必须自适应地随衰减频率变化，以便天线加权跟上瞬间信道波动。具体地说，如果衰减频率较小，加权因子α增大，如果衰减频率较大，加权因子α减小。
由对应多路径的第l(l＝1至L)路径的去扩展电路3-l-1至3-l-N产生的扩展信号具有扩展信号矢量Xk，l(m)，由下式表示Xk，l(m)＝[yk，l，1(m)，yk，l，2(m)，……，yk，l，n(m)]T……(15)其中，T表示转置。
按照RLS算法，每个MMSE控制电路5-1至5-L使用减法器8产生的共同误差信号ek(m)和对应多路径的各个路径的去扩展电路3-l-1至3-l-N(l＝1至L)产生的扩展信号更新天线加权。如上所述，通过把加法器6产生的瑞克组合信号从参考信号产生电路7产生的参考信号中减去获得共同误差信号。
在这种更新运算中，天线加权自适应地由MMSE标准控制，致使共同误差信号ek(m)最小化。更新运算由下式表示Wk，l(m)＝Wk，l(m-1)+γk，lRxxk，l-1(m-1)Xk，l(m)ek*(m)……(16)γk,l=1α+Xk,lH(m)Rxxk,l-1(m-1)Xk,l(m)---(17)]]>在此，Wk，l(m)表示对应多路径的第l路径的MMSE控制电路5-l(l＝1至L)产生的天线加权的天线加权矢量，由下式定义Wk，l(m)＝[wk，l，1(m)，wk，l，2(m)，…，wk，l，n(m)]T……(18)方程(16)和(17)需要计算相关矩阵Rxxk，l的逆矩阵。为了减少逆矩阵的计算量，方程(13)和(14)的两端使用矩阵公式变换成逆矩阵。那么，Rxxk，l-1由下式给出Rxxk，l-1(0)＝δ-1U(m＝0)……(19)Rxxk,l-1(m)=1αRxxk,l-1(m-1)]]>-Rxxk,l-1(m-1)Xk,l(m)Xk,lH(m)Rxxk,l-1(m-1)α2+αXk,lH(m)Rxxk,l-1(m-1)Xk,l(m)]]>(m＝1，2，3，……)………(20)
由于采用方程(19)和(20)而不采用方程(13)和(14)，没有必要进行大量的逆矩阵的计算就可获得Rxxk，l-1。因此，能够减少所需计算天线加权的计算量。
在CDMA系统中，由扩展码和各个指状单元之间不再存在的相关分隔多路径接收信号。因此，使用独立与各个指状单元的N-级相关矩阵的计算天线加权的RLS算法等效于计算(N×L)-级相关矩阵的RLS算法。之后，将证明使用在本发明CDMA自适应阵列天线接收装置中的MMSE控制电路5-1至5-L的RLS算法等效于使用在有关CDMA自适应阵列天线接收装置中的单个MMSE控制电路5的RLS算法。
为简化描述，考虑多路径的路径数等于2，即指状单元数等于2。在有关的CDMA自适应阵列天线接收装置中，在用于所有指状单元的共同误差信号的情况下，相关矩阵Rxx由分矩阵表示如下Rxx=R11R12R21R22---(21)]]>在此，R11表示指状单元1的自相关矩阵，R22表示指状单元2的自相关矩阵，R12表示指状单元1到指状单元2的交叉相关矩阵，R21表示指状单元2到指状单元1的交叉相关矩阵。
在CDMA系统中，由去扩展分隔的多路径的各个路径相互之间互不相关。因此，由R12＝R21＝0给出各个指状单元之间的相关性。因此，相关矩阵Rxx由下式给出Rxx=R1100R22---(22)]]>那么，具有单独对角线元的相关矩阵Rxx的逆矩阵Rxx-1由下式表示Rxx-1=R11-100R22-1---(23)]]>
在有关的CDMA自适应阵列天线接收装置中，在单个MMSE控制电路5为所有指状单元使用共同误差信号的情况下，RLS算法由下面的共式表达W(m)＝W(m-1)+γRxx-1(m-1)X(m)e*(m)…(24)W(m)＝[W1(m)，W2(m)]T……(25)X(m)＝[X1(m)，X2(m)]T……(26)在此，W(m)表示在第m个符号上的指状单元1和指状单元2的加权矢量，W1(m)表示在第m个符号上的指状单元1加权矢量，W2(m)表示在第m个符号上的指状单元2加权矢量，X(m)表示在第m个符号上的指状单元1和指状单元2的扩展信号矢量，X1(m)表示在第m个符号上的指状单元1的扩展信号矢量，X2(m)表示在第m个符号上的指状单元扩展信号矢量。
上述方程由分矩阵表示如下W1(m)W2(m)=W1(m-1)W2(m-1)+γR11-1(m-1)00R22-1(m-1)X1(m)X2(m)e(m)*]]>W1(m)W2(m)=W1(m-1)W2(m-1)+γR11-1(m-1)X1(m)R22-1(m-1)X2(m)e(m)*]]>………(27)上述方程显示，如果各个指状单元之间不存在相关性，则计算(N×L)-级相关矩阵的RLS算法等效于计算独立于各个指状单元的N-级相关矩阵的RLS算法。
下面将证明由本发明的CDMA自适应阵列天线接收装置中的MMSE控制电路5-1至5-L获得的最佳加权等效于在有关CDMA自适应阵列天线接收装置中的单个MMSE控制电路5获得的最佳加权。
由于W＝Rxx-1S，最佳加权由下面分矩阵表示W1W2=R11-100R22-1S1S2=R11-1S1R22-1S2---(28)]]>W＝[W1，W2]T……(29)S＝[S1，S2]T……(30)在此，W表示用于指状单元1和指状单元2的加权矢量，W1表示用于指状单元1的加权矢量，W2表示用于指状单元2的加权矢量，S表示用于指状单元1和指状单元2的相关矢量，S1表示用于指状单元1的相关矢量，S2表示用于指状单元2的相关矢量。
上述方程显示，如果在各个指状单元之间不存在相关，则从(N×L)-级相关矩阵计算的最佳加权等效于独立于各个指状单元的N-级相关矩阵计算的最佳加权。为简化描述，考虑指状单元数等于2。然而，很明显，上述证明对任何数量的指状单元也是有效的。
如上所述，通过利用相关矩阵中多路径的各个路径之间不存在交叉相关性的实际情况，单个(N×L)-级相关矩阵可以在数量级上减少到L个N级相关矩阵。因此，计算量可以显著成比例地从(NL)2减少到N2L。因此，能够减小DSP上的处理负载。
参考图5，本发明第二实施例的CDMA自适应阵列天线接收装置基本上与第一实施例的CDMA自适应阵列天线接收装置的结构类似。类似的部件由相同的参考符号指定。在图5中，接收装置还包括确定单元11，用于根据加法器6产生的瑞克组合信号的符号数据做出决定，并产生确定的输出信号，开关12连接到确定输出信号和参考信号产生电路7的参考信号。
给确定单元11提供来自加法器6的瑞克组合信号，并根据符号数据做出确定。因此，共同误差信号不仅使用参考信号产生电路7产生的参考信号计算，也使用确定单元11产生的确定输出信号计算。因此，按照自适应更新算法，能够较快地收敛MMSE控制电路5-1至5-L中计算的天线加权。
具体地说，在图3所示的实施例中，已知的接收信号中的导频信号是作为数据信号接收的。用于各个指状单元的导频信号是产生瑞克组合信号的的瑞克-组合。瑞克组合信号与参考信号进行比较，产生共同误差信号，以便控制天线加权。另一方面，图5所示的实施例也适用于除导频信号之外的其它数据信号的接收。根据接收的导频信号，开关12从参考信号产生电路7选择参考信号。根据接收的其它数据信号，开关12从所用的确定单元11选择确定输出信号而不是参考信号。
本实施例的新优点是按照自适应更新算法，MMSE控制电路5-1至5-L计算的天线加权可以较快地收敛。
如使用在MMSE控制电路5-1至5-L中的自适应更新算法一样，可以使用SMI(采样矩阵逆变)算法作为另一个快速算法，以便控制天线加权跟上瞬间信道波动。使用SMI算法显示了类似的结果，即，显著减少了计算量和DSP上的处理负载。
参考图6，描述本发明第三实施例的CDMA自适应阵列天线接收装置。在第三实施例中，使用SMI算法作为使用在MMSE控制电路5-1至5-L中的自适应更新算法。类似的部件由相同参考符号指示。
在这个实施例中，省略了减法器8(图3)，减法器8是通过把加法器6产生的瑞可组合信号从参考信号产生电路7产生的参考信号中减去而计算共同误差信号。代替所述共同误差信号，给MMSE控制电路5-1至5-L提供参考信号产生电路7产生的参考信号。通过使用参考信号和对应多路径的各个路径的去扩展电路3-1-1至3-L-N产生的扩展信号，MMSE控制电路5-1至5-L控制天线加权。
下面描述用于第K个用户的通过多路径的第l个路径(l＝1至L)接收的第m个符号(在时间瞬间Mt，其中，T表示符号周期)上接收的信号的运算。使用在每一个MMSE控制电路5-1至5-L的SMI算法中，相关矩阵按下式计算Rxxk，l(1)＝Xk，l(1)Xk，lH(1)(m＝1)……(31)Rxxk，l(m)＝βRxxk，l(m-1)+(1-β)Xk，l(m)Xk，lH(m)(m＝2，3，……) ……(32)在此，β是忽略因子(0＜β＜1)，其特征与使用在RLS算法中的加权常数δ类似。相关矢量由下式计算Sk,l(1)=Xk,l(1)Z^k*(1)(m=1)---(33)]]>Sk,l(m)=βSk,l(m-1)+(1-β)Xk,l(m)Z^k*(m)]]>(m＝2，3，……) ………(34)其中，Zk(m)表示参考信号产生电路7产生的参考信号。
因此，下式给出由MMSE控制电路5-1至5-L产生的天线加权Wk，l(m)＝Rxxk，l-1(m)Sk，l(m)……(35)方程(35)需要相关矩阵Rxxk，l的逆矩阵计算。因此，为了减少逆矩阵的计算量，方程(32)的两端使用矩阵公式转换为逆矩阵。然后，逆矩阵Rxxk，l-1由下式给出Rxxk,l-1(m)=1βRxxk,l-1(m-1)]]>-(1-β)Rxxk,l-1(m-1)Xk,l(m)Xk,lH(m)Rxxk,l-1(m-1)β2+β(1-β)Xk,lH(m)Rxxk,l-1(m-1)Xk,l(m)]]>(m＝2，3，……) ………(36)通过使用方程(36)而不使用方程(32)，不需要大量计算逆矩阵，即可获得Rxxk，l。因此，能够减少需要计算天线加权的计算量。
在使用SMI算法作为MMSE控制电路5-1至5-L中的自适应更新算法中，在相关矩阵中的多路径的各个路径之间不存在交叉相关性。因此，通过把单个(N×L)-级相关矩阵的数量级减少到L个N级相关矩阵，计算量可以显著成比例地从(NL)2减少到N2L。因此，获得了减小DSP上处理负载的类似优点。
按照本发明，天线加权因子使用独立于各个指状单元的自适应更新算法控制，以便在瑞克组合之后最小化共同误差信号的均方。以这种方式，使用在所有MMSE控制电路中的自适应算法的计算量可以显著成比例地从(NL)2减少到N2L。结果，能够减小DSP上的处理负载。
权利要求
1.一种自适应阵列天线接收装置，通过形成自适应阵列天线的多个天线单元(1-1至1-N)接收CDMA传输信号，所述自适应阵列天线包括预定数量的指状单元L，其中，L是大于1的整数，所述接收装置包括形成所述预定数量指状单元的预定数量L的去扩展装置(3-1-1至3-L-N)，给每个所述预定数量的去扩展装置提供来自天线单元的接收信号，用于去扩展接收信号以产生扩展信号；给预定数量L的加权因子相乘装置(4-1至4-L)分别提供来自预定数量的去扩展装置的扩展信号，每个所述预定数量的加权因子相乘装置把扩展信号与加权因子相乘，以产生加权的信号；组合装置(6)，给它提供来自所述预定数量加权因子相乘装置的加权信号，用于组合加权的信号以产生瑞克组合信号；误差信号产生装置(8)，给它提供瑞克组合信号和参考信号，用于计算瑞克组合信号和参考信号之间的差，以产生表示差的共同误差信号；以及预定数量L的控制装置(5-1至5-L)，分别给它们提供来自所述预定数量去扩展装置的扩展信号，根据共同使用的共同误差信号并连接到所述预定数量的加权因子相乘装置，每个所述预定数量的控制装置控制每个所述预定数量的加权因子相乘装置的加权因子，致使共同误差信号的均方最小化。
2.按权利要求1所述的自适应阵列天线接收装置，其特征在于，每个预定数量的控制装置使用RLS(递归最小平方)算法作为自适应更新算法，用于控制每个预定数量加权因子相乘装置的加权因子。
3.按权利要求1所述的自适应阵列天线接收装置，其特征在于，如果每个接收信号是已知的导频信号，则参考信号是等效于已知导频信号的信号。
4.按权利要求3所述的自适应阵列天线接收装置，其特征在于还包括确定装置(11)，用于根据瑞克组合装置产生的瑞克组合信号进行数据确定，以产生确定的输出信号；开关装置(12)，用于选择性地切换确定装置产生的确定输出信号和参考信号，控制切换装置，当接收信号是导频信号及当接收的信号是数据信号而不是导频信号时，分别选择参考信号和确定输出信号，供给到误差信号产生装置。
5.按权利要求1所述的自适应阵列天线接收装置，其特征在于，在天线单元总共是N的情况中，通过使用N-级相关矩阵(N是不小于2的整数)，每个预定数量的控制装置控制每个预定数量加权因子相乘装置的加权因子。
6.按权利要求1所述的自适应阵列天线接收装置，其特征在于，形成预定数量指状单元的预定数量的去扩展装置对应来自每个天线单元的接收信号的预定数量的多路径的L路径；所述接收装置还包括延迟装置，通过分别对应多路径的路径的延迟时间，延迟来自每个天线单元的接收信号，以产生被提供给对应一个预定数量去扩展装置的延迟信号，所述对应的一个预定数量的去扩展装置对应多路径的路径。
7.一种自适应阵列天线接收装置，通过形成自适应阵列天线的多个天线单元(1-1至1-N)接收CDMA传输信号，所述自适应阵列天线包括预定数量的指状单元L，其中，L是大于1的整数，接收装置包括形成所述预定数量指状单元的预定数量L的去扩展装置(3-1-1至3-L-N)，给每个所述预定数量的去扩展装置提供来自所述天线单元的接收信号，用于去扩展接收信号以产生扩展信号；给预定数量L的加权因子相乘装置(4-1至4-L)分别提供来自所述预定数量的去扩展装置的扩展信号，每个所述预定数量的加权因子相乘装置把扩展信号与加权因子相乘，以产生加权的信号；给组合装置(6)提供来自所述预定数量加权因子相乘装置的加权的信号，用于组合加权的信号；给预定数量L的控制装置(5-1至5-L)分别提供来自所述预定数量去扩展装置的扩展信号供给，并连接到预定数量的加权因子相乘装置，每个所述预定数量的控制装置控制每个所述预定数量的加权因子相乘装置的加权因子。
8.按权利要求7所述的自适应阵列天线接收装置，其特征在于，每个预定数量L的控制装置使用SMI(样本矩阵求逆)算法作为自适应更新算法，用于控制加权因子。
9.按权利要求7所述的自适应阵列天线接收装置，其特征在于，在天线单元总共是N的情况中，通过使用N-级相关矩阵(N是不小于2的整数)，每个所述预定数量的控制装置控制每个预定数量加权因子相乘装置的加权因子。
10按权利要求7所述的自适应阵列天线接收装置，其特征在于，形成预定数量指状单元的预定数量的去扩展装置对应来自每个天线单元的接收信号的预定数量的多路径的L路径，所述接收装置还包括延迟装置，通过分别对应多路径的路径的延迟时间，延迟来自每个天线单元的接收信号，以产生供给到对应一个预定数量去扩展装置的延迟信号，所述对应的一个预定数量的去扩展装置对应多路径的路径。
11.一种用于自适应阵列天线接收装置的接收方法，通过形成自适应阵列天线的多个天线单元(1-1至1-N)接收CDMA传输信号，所述自适应阵列天线包括第一至第L个指状单元，其中，L是大于1的整数，接收方法包括在所述第一至第L个指状单元中完成第一至第L去扩展步骤(3-1-1至3-L-N)，给每个所述第一至第L个去扩展步骤提供来自所述天线单元的接收信号，用于去扩展接收信号以产生扩展信号；给第一至第L个加权因子相乘装置(4-1至4-L)分别提供自所述第一至第L个去扩展步骤扩展信号，每个所述第一至第L个加权因子相乘装置把扩展信号与加权因子相乘，以产生加权的信号；对组合步骤(6)提供来自所述第一至第L个加权因子相乘步骤的加权的信号，用于组合加权的信号以产生瑞克组合信号；对误差信号产生步骤(8)提供瑞克组合信号和参考信号，用于计算瑞克组合信号和参考信号之间的差，以产生表示差的共同误差信号；以及对第一至第L个控制步骤(5-1至5-L)分别提供来自所述第一至所述第L个去扩展步骤的扩展信号，根据共同使用的共同误差信号，每个所述第一至所述第L个控制步骤控制每个所述第一至所述第L个加权因子相乘装置的加权因子，以便最小化共同误差信号的均方。
12.按权利要求11所述的接收方法，其特征在于，每个所述第一至所述第L个控制步骤使用RLS(递归最小平方)算法作为自适应更新算法，用于控制每个所述第一至所述第L个加权因子相乘装置的加权因子。
13.按权利要求11所述的接收方法，其特征在于，如果每个接收信号是已知的导频信号，则参考信号是等效于已知导频信号的信号。
14.按权利要求13所述的接收方法，其特征在于，还包括确定步骤(11)，用于根据所述瑞克组合步骤产生的瑞克组合信号进行数据确定，以产生确定的输出信号；开关步骤(12)，用于选择性地切换由确定步骤产生的确定输出信号和参考信号，控制切换步骤，使得当接收信号是导频信号及当接收的信号是数据信号不是导频信号时，分别选择参考信号和确定输出信号，以提供给误差信号产生步骤。
15.按权利要求11所述的接收方法，其特征在于，在天线单元总共是N的情况中，通过使用N-级相关矩阵(N是不小于2的整数)，每个所述第一至所述第L个控制步骤控制每个所述第一至所述第L个加权因子相乘步骤的加权因子。
16.按权利要求11所述的接收方法，其特征在于，完成所述第一至所述第L个去扩展步骤的所述第一至所述第L个指状单元对应来自每个天线单元的接收信号的多路径的第一至第L个路径，所述接收方法还包括延迟步骤，通过分别对应多路径的路径的延迟时间，延迟来自所述每个天线单元的接收信号，以产生供给到对应一个所述第一至所述第L个去扩展步骤的延迟信号，对应的一个所述第一至所述第L个去扩展步骤对应多路径的所述第一至所述第L个路径。
17.一种用于自适应阵列天线接收装置的接收方法，通过形成自适应阵列天线的多个天线单元(1-1至1-N)接收CDMA传输信号，所述自适应阵列天线包括第一至第L个指状单元，其中，L是大于1的整数，接收方法包括在所述第一至第L个指状单元中完成所述第一至所述第L个去扩展步骤(3-1-1至3-L-N)，对每个所述第一至所述第L个去扩展步骤提供来自所述天线单元的接收信号，用于去扩展接收信号以产生扩展信号；对第一至第L个加权因子相乘步骤(4-1至4-L)分别提供来自所述第一至所述第L个去扩展步骤的扩展信号，每个所述第一至所述第L个加权因子相乘步骤把扩展信号与加权因子相乘，以产生加权的信号；对组合步骤(6)提供来自所述第一至所述第L个加权因子相乘步骤的加权的信号，用于组合加权的信号；对第一至第L个控制步骤(5-1至5-L)分别提供来自所述第一至所述第L个去扩展步骤的扩展信号，每个所述第一至所述第L个控制步骤控制每个所述第一至所述第L个加权因子相乘步骤的加权因子。
18.按权利要求17所述的接收方法，其特征在于，每个所述第一至所述第L个控制步骤使用SMI(采样矩阵求逆)算法作为自适应更新算法，用于控制加权因子。
19.按权利要求17所述的接收方法，其特征在于，在天线单元总共是N的情况下，通过使用N-级相关矩阵(N是不小于2的整数)，每个所述第一至所述第L个控制步骤控制每个所述第一至所述第L个加权因子相乘步骤的加权因子。
20.按权利要求17所述的接收方法，其特征在于，完成所述第一至所述第L个去扩展步骤的所述第一至所述第L个指状单元对应来自每个所述天线单元的接收信号的多路径的所述第一至所述第L个路径，所述接收方法还包括延迟步骤，通过分别对应多路径的路径的延迟时间，延迟来自每个所述天线单元的接收信号，以产生供给到对应一个所述第一至所述第L个去扩展步骤的延迟信号，对应的一个所述第一至所述第L个去扩展步骤对应多路径的所述第一至所述第L个路径。
全文摘要
在CDMA通信系统中使用自适应阵列天线接收装置,该装置包括预定数量的L(L是大于1的整数),并且在各个指状单元之间不存在相关。通过使用独立于各指状单元的N－级相关矩阵,计算天线加权因子的自适应更新算法等效于计算(N×L)－级相关矩阵的自适应更新算法。在自适应阵列天线接收装置中,天线加权因子由独立于各个指状单元的自适应更新算法控制,所以,在作为瑞克组合电路的加法器(6)产生的瑞克组合之后,使加法器(8)所产生的共同误差信号的均方被最小化。以这种方式,在所有MMSE控制电路中使用的自适应更新算法中的计算量成比例地从(NL)
文档编号H04B7/08GK1353516SQ0113493
公开日2002年6月12日 申请日期2001年11月15日 优先权日2000年11月15日
发明者木全昌幸 申请人:日本电气株式会社