[发明专利]稳健GSC波束形成器及其波束优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及智能天线传输技术。

背景技术

GSC(Generalized Sidelobe Canceler)波束形成器是智能天线接收技术的一个重要系统类型，它在保证期望信号接收增益的条件下通过调节复权值向量使接收端输出信号功率最小，因而最大限度地抑制其他方向干扰，使输出的信干噪比最大。GSC波束形成器的结构如图1所示，包括信号输入端、信号输出端、阻塞矩阵模块、第一复加权模块、第二复加权模块及加法器，其中，信号输入端与第一复加权模块连接，并与阻塞矩阵模块连接，阻塞矩阵模块与第二复加权模块连接，第二复加权模块与第一复加权模块分别于加法器的输入端连接，加法器的输出端与信号输出端连接，设GSC波束形成器接收端的天线数量为M，x(n)=[x₀(n),x₁(n),……,x_M-1(n)]^T是天线阵列的输入信号向量，x_i(n)(i=0,1,……,M-1)是第i根天线的输入信号，即信号输入端的输入信号；y₀(n)是GSC波束形成器的输出，即信号输出端的输出信号。GSC波束形成器的系统结构主要分为上支路与下支路，上支路主要是第一复加权模块的复加权向量w_c(M×1)；下支路主要由阻塞矩阵模块中的阻塞矩阵B((M-1)×M)与第二复加权模块的复加权向量w_a（（M-1）×1）组成。复加权向量w_c形成一个与期望信号的方向一致的波束，能让期望信号进入接收系统，但部分干扰信号也可能通过w_c波束的旁瓣进入。阻塞矩阵B的每一行都与w_c正交，即Bw_c=0，其目的是让与期望信号不同方向的干扰信号通过，并同时通过正交性阻止期望信号通过，因此称为阻塞矩阵。上支路信号主要包含期望信号及一定的干扰信号。下支路有(M-1)路信号，即Bx(n)((M-1)×1)，主要包含干扰信号，经w_a复加权后进入一个加法器A，与上支路信号在加法器A中进行相减运算后得到GSC波束形成器的输出。上、下支路信号相减就实现了干扰消除。系统通过自适应地计算w_a优化值取得干扰消除的效果，优化GSC波束形成器的系统性能，w_a可通过下面公式计算。

w_a=(BRB^H)^-1BRw_C

其中，R=E[x(n)x(n)^H]是输入信号的自相关矩阵，H是指共轭转置运算，本文所有n都指代离散时间。

GSC波束形成器系统结构的一个重要特点是利阻塞矩阵B与向量w_c的正交性来确保下支路的信号中只有干扰信号，以有效地实现干扰消除。但在实际应用中，由于硬件的不稳定性，温度变化，模数转换器的量化误差等多种因素，要保证B与w_c的完全正交是很困难的。当B与w_c不正交时，期望信号就可能通过B进入下支路，造成期望信号的抵消或部分抵消，导致GSC性能的明显下降。另外，当期望信号的入射方向与w_c的波束方向不完全一致时，期望信号也有可能通过矩阵B进入下支路，同样引起期望信号抵消的问题。这些问题的存在，使GSC波束形成器的实际应用受到了很大的制约。

发明内容

本发明的目的是要克服目前GSC波束形成器在消除干扰时可能造成期望信号被抵消的缺陷，提供一种稳健GSC波束形成器及其波束优化方法。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，稳健GSC波束形成器，包括信号输入端、信号输出端、阻塞矩阵模块、第一复加权模块、第二复加权模块及加法器，其特征在于，还包括第三复加权模块及向量加法器，所述信号输入端分别与第一复加权模块及阻塞矩阵模块的输入端连接，第一复加权模块的输出端分别与加法器的一个输入端及第三复加权模块的输入端连接，阻塞矩阵模块的输出端与向量加法器的一输入端连接，第三复加权模块的输出端与向量加法器的另一个输入端连接，向量加法器的输出端与第二复加权模块的输入端连接，第二复加权模块的输出端与加法器的另一个输入端连接，加法器的输出端与信号输出端连接；

所述信号输入端用于接收输入的信号向量，并将该信号向量传输给第一复加权模块及阻塞矩阵模块，该信号向量至少包含期望信号及干扰信号；