一种半盲动态恒模自适应波束形成的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种应用于60GHz无线通信系统的半盲动 态恒模自适应波束形成的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来移动通信事业在全球范围内得到了迅猛的发展，对带宽的要求越来越高。 60GHz无线通信技术由于其超高速的数据传输能力、成本低、抗干扰性和安全性高、具有国 际通用性和免许可特性的特点，将成为第4代无线通信技术的代表。然而它面临的最大挑 战是过高的路径损失。60GHz频段的路径损耗决定了其必须采用波束形成技术来改善链路 质量。自适应波束形成技术作为有效提高带宽的新技术已经成功应用于移动通信系统。它 利用现代数字信号处理技术，选择合适的自适应算法，动态形成空间定向波束，使天线阵列 方向图主瓣对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移 动用户信号来抵消或最大程度地抑制干扰信号的目的，从而成倍地提高了系统的容量和覆 盖范围，极大地改善了频谱的使用率。
[0003] 非盲算法是指需要借助参考信号的算法。由于发送时的参考信号是预先知道的， 对接收到的参考信号进行处理可以确定出信道响应，再按一定准则（如迫零准则）确定各 加权值，或者直接根据某一准则自适应调整权值，以使输出误差尽量减小或稳定在可预知 的范围内。自适应调整则采取最优化技术，如最大梯度下降法。它收敛速度很快，稳定性较 好。在移动无线环境、信道特性时变的条件下仍能获得较好的性能，特别是当阵元数小于信 号源数时能适用，当延扩展不太大也能适用，但是导频信号占用信道资源，对资源利用率有 一定的影响。
[0004] 中华人民共和国国家知识产权局于2009年04月01日公开了公开号为 CN101399592A的专利文献，名称是波束形成方法，其包括以下步骤：：S502,基站通过无线 帧中的波束形成子帧/预编码子帧向用户设备发送专用导频信息；S504,用户设备根据专 用导频信息进行信道估计，根据信道估计结果选择加权系数，并通过波束形成子帧/预编 码子帧将对应于加权系数的编号发送至基站；以及S506,基站根据对应于加权系数的编号 找出加权系数，利用加权系数对下行数据进行加权处理，以形成对准用户设备方向的波 束。此方案为非盲算法，存在导频信号占用信道资源等问题，影响效率。
【发明内容】
[0005] 本发明主要是解决现有技术所存在的非盲算法影响效率、盲算法有较高误码率等 的技术问题，提供一种应用于60GHz无线通信系统的自适应波束形成快速计算方法，能在 改善无线接收器、发送器性能的基础上降低波束形成算法的计算复杂度，降低误码率，从而 在保证高速通讯信号品质的同时，大幅度缩短了自适应波束形成计算耗时。
[0006] 半盲算法，在同等条件下它比盲算法有更低的误码率，比较实用，但是它们是以 计算复杂度的增加为代价的。为了减少计算的复杂度，并且尽量使用较少的训练序列，当信 号数少于天线阵元数时，可以使用空间特征的方法求出次优的权矢量。它不需要对矩阵进 行求逆，从而大大减少了整个算法的运算量。
[0007] 本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种半盲动态恒 模自适应波束形成的方法，包括以下步骤：
[0008] S01、天线阵接收原始信号；
[0009]S02、使用特征空间法将原始信号分离成噪声子空间和信号子空间；
[0010] S03、使用噪声空间消除法消除干扰噪声信号；
[0011]S04、确定初始权向量；
[0012] S05、对初始权向量进行迭代；
[0013]S06、波束形成器将处理后的数据输出。
[0014] 作为优选，信号子空间为：Qs=[qnq2, · · ·，qK+1]，其中q2, · · ·，qK+1是原始信号 产生的特征值相应的特征矢量；原始信号包括需要信号和干扰噪声信号；
[0015]噪声子空间为：Qn= [qK+2,qK+3,…，％]，其中％+2, ％+3,…，％是噪声产生的特征值 相应的特征矢量；
[0016] 噪声消除子空间为：??其中备办&+3，…:,? 补的特征值相应的特征矢量；
[0017] 所述确定初始权向量具体为：
[0018] A.利用接收信号构造样本的自相关矩阵:L
[0019]
[0020] 其中：
[0021] 队为一个时隙内的训练字符数；
[0022] Nb为一个时隙内的总字符数；
[0023]X= [x(0)，…，x(Nt_l)]是发送训练序列期间天线阵所接收到的信号；
[0024]ρ= -1)]是发送训练序列期间天线阵所接收到的协助理信号，用于 信号预测和部分信号的补充；Η为矩阵共辄转置符号；
[0025]Β.自相关矩阵特征值的分解
[0026]将自相关矩阵1分解为两部分，即之二人+ [),人t/f
[0027]其中：
[0028]UjPUn分别是QjPQn的特征矩阵；字母上方的箭头为自相关矩阵符号，如^为自 相关特征矩阵；
[0029]As=diag[λ· ··，XL+1],Λη=diag[λL+2, · ··，λΜ]，λ· ··，XL+1为原始信号 产生的特征值，λU2,...，λM为噪声产生的特征值，Μ为天线的阵元数；
[0030]α计算权向量
[0031]
[0032] 其中：
[0033] ξ为权向量系数，γ(Θs)为期望信号以Θs方向入射构成的信号矢量；
[0034] r是校正函数，Γ=ρσ_0 +Ω，0，p为信号矢量系数，Ω为噪声矢量系数；
[0035]
[0036] j为虚数单位，m为矩阵的行编号，也可以看作是对天线元件的编号；k为矩阵的 列编号，也可以看作是对波束的编号，K为波束数量；floor函数表示取小于或者等于括号 内指定表达式的最大整数;mod表示取余运算函数，mod(X，Y)为X除以Y所得的余数；s= [s(0)，s(1)，…，s(Nt-1)]为训练序列。
[0037] 作为优选，权向量的迭代过程具体为：
[0038] 在步骤⑵中求出的权向量作为初始的权向量，即；
[0039] 令第i次迭代的权向量的公式如下：
[0040]
[0041] 其中s= [s(0),s(l),…，s(Nt_l)]为训练序列；
[0042] #是包含从队个己知的信源符号和Nb-队个估计出的信源符号的序列；函数
Ι?目源星座图的先验知识；
[0043] 函数Δ⑴是校正补偿函数，Δ(t)=qcost+σsint，η为信号矢量归一化系 数，σ为噪声矢量归一化系数；
[0044] 权向量进行迭代，直到
[0045]
[0046] 其中ζ> 0。
[0047] 作为优选，所述ζ的取值范围是0 <ζ< 1。
[0048] 作为优选，波束形成器输出的数据进行误码率抑制以后，输入到模数转换器，通过 模数转换器后再传送到功率放大器，经过功率放大器再通过天线输出。
[0049] 本发明提供的60GHz无线通信系统自适应波束形成快速计算方法，所述自适应波 束形成快速计算方法应用在超高带宽60GHz无线接收器的控制程序中。
[0050] 在60GHz无线通信系统的实际应用中，由于外部干扰阻挡的存在，如发送和接收 之间瞬间被障碍物阻挡等等，天线接收到的信号中可能存在某种比较少见、一般情况不考 虑的干扰信号，以及其他无法预知的有效信号迅速衰减，通过本方法在自相关矩阵中发送 训练序列期间天线阵所接收到的协助理信号f?、权矢量中的
9校正 函数以及第i次迭代的权向量的公式中的Λ(t)校正函数的综合的补偿和调整作用，可以 有效消除这些干扰。
[0051] 本方案把信号的恒模特性与特征空间法结合到了一起，运用已知的符号，形成了 一种改进的子空间半盲最小二乘恒模算法。
[0052] 本发明提供的60GHz无线通信系统自适应波束形成快速计算方法，其基本思想就 是首先利用特征空间算法和噪声空间消除法求出初始权矢量，消除噪声，然后构建虚拟的 训练序列，利用上述改进优化的动态最小二乘恒模算法进行权矢量的迭代，从而降低计算 复杂度，大幅度缩短了 60GHz无线通信系统中自适应波束形成计算耗时。本方案只能应用 于信号空间维数小于天线阵元数的情况。
[0053] 本发明带来的实质性效果是，算法有着更好的特性，收敛速度较快，并且有着更 低的误码率，不会因为导频信号占用信道资源而影响效率。
【附图说明】
[0054] 图1是本发明的一种计算过程流程图。
【具体实施方式】
[0055] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0056] 实施例：本实施例的一种半盲动态恒模自适应波束形成的方法，如图1所示，包括 以下步骤：
[0057]