[发明专利]一种基于凸组合的自适应波束形成方法

摘要

本发明公开了一种基于凸组合的自适应波束形成方法，本方法的主要步骤是：阵列天线接收信号；构建最小二乘自适应滤波器和变步长自适应滤波器；将两个自适应滤波器的权值更新公式进行凸组合得到组合滤波器的权值；输入接收信号通过凸组合滤波器得到最佳权向量；最佳权向量和扫描向量相乘得到天线的输出信号。该方法收敛速度快且稳态误差小，使移动通信的信噪比高、稳定性好。

主权项

1.一种基于凸组合的自适应波束形成方法，包括以下步骤：A、通信信号的接收和离散处理选用16根天线构成的均匀线阵列天线接收通信信号，阵列中相邻天线的间距为通信信号波长的1/2；将天线接收的通信信号离散化处理得到离散的通信信号矩阵X(k)，通信信号矩阵X(k)包括期望信号及干扰信号S(k)和高斯白噪声N(k)，即：X(k)＝AS(k)+N(k)；其中，k为采样时间点，S(k)是通信信号矩阵X(k)的矢量表达式，S(k)＝[s₁(k) s₂(k) …s_i(k)]^T，s_i(k)是通信信号矩阵X(k)在空间域上的第i个信号源的子信号，A为天线阵列流型矩阵，A＝[a(θ₁) a(θ₂) … a(θ_i)]，θ_i为s_i(k)与天线阵列的夹角，a(θ_i)为s_i(k)的导向矢量，：式中上表T表示的是转置，M的值为天线个数，值为16。N(k)是噪声矢量。B、信号滤波将通信信号矩阵X(k)分别输入变步长自适应滤波器和最小二乘滤波器得到变步长滤波值y₁(k)，y₁(k)＝w₁(k)^Hx(k)和最小二乘滤波值y₂(k)，y₂(k)＝w₂(k)^Hx(k)；其中，上标H代表共轭转置，w₁(k)为变步长自适应滤波器在k时刻的抽头权系数，w₂(k)为最小二乘自适应滤波器在k时刻的抽头权系数，若k时刻为初始时刻w₁(k)和w₂(k)的值均取零。C、凸组合将变步长滤波值y₁(k)和最小二乘滤波值y₂(k)进行凸组合得到组合滤波值y(k)，y(k)＝λ(k)y₁(k)+(1-λ(k))y₂(k)凸组合滤波器抽头权系数为：w(k)＝λ(k)w₁(k)+(1-λ(k))w₂(k)其中，λ(K)是凸组合滤波器中变步长自适应滤波器的权重，(1-λ(k))是凸组合滤波器中最小二乘自适应滤波器的权重，λ(K)的表达式为：λ(K)=11+e-a(K)]]>a(K)为权重参数，其初值为0。D、凸组合参数的更新期望信号d(k)分别减去滤波后的输出y₁(k)和y₂(k)，得到两个滤波器的误差信号e₁，e₁(k)＝d(k)-y₁(k)和e₂，e₂(k)＝d(k)-y₂(k)D1、最小二乘滤波器抽头权向量w₂(k)的更新：w2(k+1)=w2(k)+μ2x(k)e2*(k)]]>μ₂为最小二乘滤波器的步长，其值为μ₂＝0.000003。D2、变步长滤波器抽头权向量w₁(k)的更新：w1(k+1)=w1(k)+uvδx(k)δe1*(k)||δx(k)||2]]>其中：上表*表示共轭，δx(k)为通信信号矩阵X(k)当前时刻和前一时刻的差值，即：δx(k)＝x(k)-x(k-1)δe₁(k)为变步长滤波器当前时刻误差和前一时刻误差的差值，即：δe₁(k)＝e₁(k)-e₁(k-1)u_v是变步长滤波器的步长，uv=1.001(1-10.01||δe1(k)δx(k)||2+1.0012);]]>D3、权重参数a(K)的更新a(k+1)＝a(k)+3Re[e^*(k)(y₁(k)-y₂(k))]λ(k)(1-λ(k))E、滤波器的权重限定如果λ(k+1)＜0.01，则令a(k+1)＝0，λ(k+1)＝0.5；如果λ(k+1)＞0.99，则a(k+1)＝0，λ(k+1)＝0.5F、令k＝k+1，重复A、B、C、D、E的步骤，直至当前组合误差e(k)，e(k)＝d(k)-y(k)与前一时刻的组合误差e(k-1)，e(k-1)＝d(k-1)-y(k-1)的差值小于设定的阈值，得到组合权向量w(k)；将组合权向量w^T(k)和扫描矢量A₀，相乘得到天线的输出信号，直到本次通信结束。