数据信号（上行信号）记 为S1，带宽512K bit/s ;直升机发送数据信号（下行信号）记为S2,带宽40M bit/s，两信号 功率相差26dB (地面站发送信号功率大）。卫星为透明转发，地面站接收为混合信号S1+S2。 通过本发明所述在地面站重构自干扰信号S1，从混合信号中消除自干扰信号之后得到有用 信号（直升机信号）S2。
[0043] 如图1所示，包含了 APCMA技术实现中自干扰信号的重构与抵消的流程，包括以下 步骤：
[0044] (1)卫星地面站接收的混合信号为宽带信号，为本地发送的自干扰信号Sl以及有 用信号S2之和S1+S2,对其进行降采样率M倍处理，与本地缓存发送数据信号速率相匹配，
[0045] (2)本地缓存发送数据信号根据接收混合信号的延时进行延时调整，该延时参数 可以根据具体的应用系统情况设定，
[0046] (3)将降采样率后的接收混合信号和延时调整后的本地缓存发送数据信号作为输 入，重构自干扰信号。主要运用了 LMS自适应滤波器的方法，通过迭代处理达到满足需求的 信号重构效果，
[0047] (4)对于得到的重构自干扰信号进行升采样率处理，与步骤（1)相对应。使得重构 的自干扰信号与接收的原始混合信号速率匹配。
[0048] (5)自干扰信号消除：从接收到的混合信号中减去系统生成的重构自干扰信号， 得到所需要的有用信号，在直升机宽带卫星通信系统中有用信号即为直升机发送的信号。
[0049] 如图1所示，包含了 LMS算法重构自干扰信号的流程，步骤如下：
[0050] 步骤1 :系统开始为初始化步骤，包括对于权系数设置迭代初值，其迭代初值 ^ 一般设置为零或者根据具体系统的调制情况设定，如BPSK、QPSK等调制情况下可将& 设置为成型滤波器的系数；此外对于本地发送数据信号也需要缓存K位，K = X L，其中队 为所述LMS滤波器的输入信号与输出信号的速率比，L为量化位数，
[0051] 步骤2 :根据滤波器权系数Af/i)与本地缓存发送数据信号χ(η)计算重构的自干扰 i Ah ?曰可 y (η)，（/?).x(n)'，
[0052] 步骤3 :计算降采样率后的混合信号d(n)与重构信号y(n)之差e(n)，e(n)包含 了降采样率后的有用信号以及误差信号，并且e(n)的信号功率远小于d(n)与y(n)，
[0053] 步骤4 :根据本次迭代的e(n)，迭代更新滤波器权系数 U0 + 1) = _〇 + 2/.，咖》),使得重构的自干扰信号与接收的自干扰信号之间的差距越来 越小，而e(n)越来越接近于降采样率后的有用信号。判断[e(n)-e(n-l)]> ε是否成立，ε 为误差e(n)变化幅度的门限值。若[e(n)-e(n-l)]>e成立，则返回步骤2,开始新一轮的 迭代计算，
[0054] 步骤5 :-直到前后相邻的两个时刻误差e (η)的变化幅度彡ε为止，此时LMS算 法收敛，迭代结束，输出重构的自干扰信号y (N)。此时自干扰消除得到的有用信号满足系统 解调要求。而此后自适应滤波器将随着本地缓存数据信号的输入，输出相应的重构自干扰 信号，在稳定收敛的情况下，自适应滤波器将跟随信号变化及时调整滤波器系数，保证系统 自干扰信号的消除效果。
[0055] 如图2所示，包含了本发明中所述利用变采样率与LMS自适应滤波器相结合实现 APCM技术的装置的各单元，装置各单元与流程中各步骤相对应。对应变采样率步骤的为升 采样率CIC插值滤波器和降采样率CIC抽取滤波器，两个滤波器升、降采样率的倍数相同都 为M倍，而M的大小根据实际应用通信系统中上、下行信号的带宽设置。延时调整单元主要 为缓存模块，根据系统设置的信号延时大小决定缓存数据的长度。自适应滤波器单元输入 为降采样率后的本地接收混合信号d(n)和延时调整后的本地缓存发送信号x(n)，输出为 重构的自干扰信号y(N)。自干扰信号消除单元为一减法器，完成从混合信号S1+S2中减去 重构得到的自干扰信号Sl的功能。装置的输出为自干扰信号抵消后的有用信号S2。
[0056] 如图3所示为应用本发明所述的直升机宽带卫星通信系统仿真结果（LMS自适应 滤波器e(n)信号曲线）。其中本地地面站发送信号（上行信号）记为S1，带宽512K bit/ s ;直升机发送信号（下行信号）记为S2,带宽40M bit/s，两信号功率相差26dB (地面站发 送信号功率大）。自适应滤波器为64阶（升采样8倍、量化位数8位），而升降采样率滤波 器的升降倍数M = 8,采用升降采样率结合LMS自适应滤波器的发明设计相比于仅仅使用自 适应滤波器的方法其滤波器阶数从512降低为64,缩小8倍。而从图示仿真结果可以看出 自适应滤波器快速收敛并维持稳定，最终的e (η)信号稳定在一定程度上不再变化，即为发 明中所述降采样率后的有用信号。
【主权项】
1.基于LMS和变采样率的非对称载波多址通信的实现方法，其特征在于：是在由使用 相同的上、下行通信链路但功率、带宽均非对称的两个卫星地面站和空间卫星共同组成的 非对称载波多址通信系统中依次按照以下步骤实现的： 步骤（1):在本地卫星地面站中构建一个基于最小均方值LMS算法，简称LMS和变采样 率的非对称载波多址技术，APCMA的自干扰信号重构及形成装置，包括：时延调整用的缓存 单元，简称时延调整单元；重构自干扰信号用的LMS自适应滤波器，简称LMS滤波器；升采 样率作用的CIC插值滤波器；降采样率作用的CIC抽取滤波器和自干扰信号消除用的减法 器，简称减法器，其中： 时延调整单元，输入为本地缓存的发送数据信号（S1)和信号传输延时I，单位为秒， 输出为时延调整到时刻n的本地缓存的发送数据信号x(n)， 降采样率的CIC抽取滤波器，输入为作为接收方的本地卫星地面站收到的混合信号 (S1+S2)，所述混合信号d(n)包括所述本地卫星地面站发出的所述本地缓存的发送数据信 号（S1)和所述卫星发出的，来自于发射方卫星地面站的有用信号（S2)，输出为降采样率倍 数为M的混合信号d(n)， 升采样率的CIC插值滤波器，输入为经所述LMS滤波器重构的自干扰信号y(n)，输出 为经M倍升采样率处理后速率已与接收的所述混合信号（S1+S2)相匹配的重构自干扰信号 y(n)，LMS算法迭代收敛后再数值上等于所述的本地缓存的发送数据信号（S1)， 减法器，输入为信号速率已经过所述升采样率CIC插值滤波器匹配的重构的所述本 地缓存的发送数据信号（S1)和接收到的混合信号（S1+S2)共两个信号，输出为有用信号 (S2)， LMS滤波器，设有：最小均方值LMS算法软件，输入为经过时延调整的本地缓存的发 送数据信号x(n)和降采样率后的混合信号d(n)，输出为重构的自干扰信号y(N)，n= 1，2,3…N，N为迭代收敛时刻，y(N)为迭代收敛后的重构自干扰信号，N在数值上等于迭代 次数， 步骤（2):所述基于LMS和变采样率的APCMA多址技术的通信子系统依次按照以下步 骤实现所述的非对称载波多址通信： 步骤（2. 1):所述LMS滤波器初始化，设定： 所述LMS滤波器的阶数为K，K=M^XL，其中队为所述LMS滤波器的输入信号与输出 信号的速率比，L为量化位数， i为所述LMS滤波器的系数，简称权系数，是一个复数矩阵。初始化"为零，或为至少 包括BPSK或QPSK调制时用的成型滤波器的系数， e为误差e(n)变化幅度的门限值，是设定的在N次迭代过程中，e(n) =d(n) -y(n)，e(n)为降采样率后的接收混合信号d(n)与重构的自干扰信号y(n)在n时刻的差，包含了 降采样率后的有用信号以及误差信号， 权系数u.的自适应更新公式：w(/7X?-l) + 2//e(n-l)x(n-l>，其中y为迭代步长， 是设定值，e(n-l) =d(n-l)-y(n-l)是时刻（n- 1)时的误差，d(n- 1)、y(n- 1)分别是时 刻（n- 1)时的降采样率后的混合信号和重构自干扰信号， 步骤（2. 2):初始时刻nQ=0，u，(n〇)、d(nQ)、y(nQ)、e(n。）皆为零， 步骤（2.3):在时刻n，本地卫星地面站把从卫星接收到的混合信号（Sl(n)+S2(n))经 降采样率处理后得到的混合信号d(n)， 步骤（2.4):所述LMS滤波器把输入的所述降采样率后的混合信号d(n)和经过时延调 整后的本地缓存的发送数据信号x(n)用LMS算法按以下步骤处理后输出一个重构过程中 的自干扰信号y(n): 步骤（2.4.1):计算误差6〇1)=(1(11)1(11)，其中1.丨4 = ,1,丨/:^.:^[^，11表示共辄转置，步骤（2.4.2):判断[e(n)-e(n-l)]>e是否成立。若[e(n)-e(n-l)]>e成立，则返 回步骤（2. 3)，在时刻（n+1)时，重复步骤（2. 4)计算e(n+1) =d(n+1)-y(n+1)，其中：步骤（2. 4. 3):判断[e(n)-e(n-1) ] >e是否成立， 如此重复计算步骤（2. 4. 1)~步骤（2. 4. 3) -直到前后相邻的两个时刻误差e(n)的 变化幅度彡e为止，此时LMS算法收敛，迭代结束，输出重构的自干扰信号y(N)， 步骤（2.5):把步骤（2.4)最后得到的重构自干扰信号y(N)经过升采样处理后的得到 所述经过重构的本地缓存的发送数据信号（S1)， 步骤（2.6):所述减法器对从卫星接收到的混合信号（S1+S2)和从所述升采样CIC插 值滤波器接收到的经过重构的本地缓存的发送数据信号（S1)进行减法处理，得到有用信 号（S2)。2.根据权利要求1所述的基于LMS和变采样率的非对称载波多址通信的实现方法，其 特征在于：所述的空间卫星是侦察卫星或者是至少包括直升机、无人侦察机或远程大型侦 察在内的任何一款侦察用的飞行器。
【专利摘要】基于LMS和变采样率的非对称载波多址通信的实现方法属于卫星通信技术领域，其特征在于在非对称载波多址卫星通信系统中，在每一个参与通信的卫星地面站中设立一个以最小均方值LMS算法为核心、再辅之以变采样率技术的基于自适应滤波器的通信装置，实现了自干扰信号的重构。在迭代时，以滤波器系数向量综合模拟了本地发送数据从成型滤波到信道传输以及返回过程中在幅度、相位、频率的变化，使重构信号在允许变化范围内逼近接收到的自干扰信号，相对于独立的参数估计方法，极大地简化了复杂度，通过变采样率方法降低了滤波器阶数，加快了收敛速度，提高了运算效率。
【IPC分类】H04B7/185, H04L25/03, H04L25/02
【公开号】CN105119646
【申请号】CN201510393834
【发明人】倪祖耀, 张剑, 匡麟玲, 张晋华, 陆建华
【申请人】清华大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月7日