一種快速多天線加權合併方法與流程
2023-08-01 12:23:01 2
本發明涉及無線通信技術領域，特別是一種快速多天線加權合併方法。
背景技術：
在無線通信系統中，單天線接收系統雖然簡單，但是通常靈敏度及抗幹擾性能達不到指標要求。因此，多天線接收信號合併技術廣泛應用於雷達、通信等領域。經典的最大比合併方法需要計算每條支路的信噪比(snr)，並利用信噪比完成加權合併；在另外一些方法中，使用信道質量參數進行加權合併，信道質量參數通常通過信道訓練序列的相關峰進行估計，而在計算信道訓練序列的相關峰通常也需要較大的運算量，特別是在多個用戶同時收發情況下，較大的運輸量會使得系統端到端延遲較大。在實際工程中，特別是一些需要低延遲的通信系統中，計算每條支路的信噪比(snr)或信道訓練序列的相關峰需要耗費相對較長的時間和邏輯資源。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供了一種快速多天線加權合併方法。
本發明採用的技術方案如下：一種快速多天線加權合併方法，具體包括以下過程：步驟1、對p個天線接收到的射頻rf信號進行下變頻處理得到數字iq信號，所述p為大於1的自然數，對數字iq信號進行軟解調得到軟解調信號矢量；步驟2、軟解調得到的軟解調信號與偽隨機序列碼進行幅度歸一化匹配運算，分別在天線i接收通道下得到匹配輸出序列，其中i為天線編號，i∈(1，…，p)；步驟3、根據匹配輸出序列，分別得到天線i接收通道下的偽隨機序列碼的相關峰；步驟4、利用偽隨機序列碼的相關峰值對接收到的軟解調信號進行加權合併得到輸出信號。
進一步的，所述步驟1的具體過程為：步驟11、對p個天線接收到的射頻rf信號進行模擬前端處理；步驟12、處理後的信號在中頻進行ad採樣，獲取數字中頻信號；步驟13、數字下變頻模塊(ddc)將數字中頻信號下變頻到基帶，獲得數字iq信號；步驟14、過濾後對數字iq信號進行軟解調得到輸出信號矢量x1,x2,...,xi,...,xp。
進一步的，所述步驟2中匹配輸出序列的計算公式為：
其中，ri(n,k)為輸出序列，xi表示軟解調得到軟解調信號矢量，p表示天線總數，p(m,k)為偽隨機序列碼，m表示偽隨機序列碼的符號長度，偽隨機序列碼符號基本元素為{-1，+1}，k為每個偽隨機序列碼符號採樣點數，n為包含偽隨機序列碼與信息的一幀數據總的符號數。
進一步的，所述步驟3中，得到天線i接收通道下的偽隨機序列碼的相關峰計算方法為：
進一步的，所述步驟4中，合併輸出信號y的計算公式為其中所述r為相關峰檢測門限。
與現有技術相比，採用上述技術方案的有益效果為：本發明不但可以提高無線通信系統接收靈敏度，並且方法計算複雜度較低，能夠快速的完成多天線信號加權合併，從而減小無線通信系統的端到端延遲。
附圖說明
圖1是雙天線加權合併方法的流程圖。
圖2是天線1和天線2的接收信號snr相同時雙天線合併前後的誤包率情況。
圖3是天線1和天線2的接收信號snr不相同時雙天線合併前後的誤包率情況。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步描述。
本實施例通過雙天線為例對合併方法進行說明，天線接收的射頻rf信號可以是最小頻移鍵控(msk)信號，也可以是其它調製方式的信號。如圖1所示，一種快速多天線加權合併方法，具體包括以下過程：步驟1、對天線1和天線2接收到的射頻rf信號進行下變頻處理分別得到數字iq信號，對數字iq信號進行軟解調分別得到軟解調信號矢量x1和x2,軟解調得到的軟解調信號為帶有一定的幅度波動信號，而不是0或1的硬判決結果；步驟2、軟解調得到的軟解調信號矢量x1和x2與偽隨機序列碼進行幅度歸一化匹配運算，分別在天線1和天線2接收通道下得到匹配輸出序列；步驟3、根據匹配輸出序列，分別得到天線1和天線2接收通道下的偽隨機序列碼的相關峰；步驟4、根據偽隨機序列碼匹配得到的相關峰作為軟解調信號的加權係數，並將該相關峰出現的時間確定該幀軟解調信號的起始位置，最後將天線1和天線2下的軟解調信號起始位置對齊後加權合併輸出。
所述步驟1的具體過程為：步驟11、對天線1和天線2接收到的射頻rf信號進行模擬前端處理；模擬前端處理模塊包括低噪放，用於放大天線輸出的微弱信號，還包括混頻器，用於將射頻信號變頻到中頻，還包括濾波器等；經過模擬前端處理後的信號表示為：
其中ai(t)為天線i接收信號的幅度係數，i(t)表示基帶波形，fif為中頻載波頻率，t為符號周期，real{·}表示取實部，j表示虛數單位，n為一幀信號的符號總數；
步驟12、處理後的信號在中頻進行ad採樣，獲取數字中頻信號；
步驟13、ddc將數字中頻信號下變頻到基帶，獲得數字iq信號；數字iq信號的第n+1個符號的第k+1個樣值si(n,k)可表示為：
其中，ai(n)為信號幅度，在系統設計時一幀時長不超過信道相干時間的情況下，可以合理的將信號幅度ai(n)用常數ai取代；k一個符號周期內的採樣點數，ts表示採樣周期；
步驟14、對數字iq信號濾波後進行軟解調得到軟解調信號矢量xi(n,k)，其可表示為：
xi(n,k)＝di(n,k)+qi(n,k),i＝1,2
這裡n表示第n個符號，k表示第n個符號中第k個採樣點，qi(n,k)表示噪聲，無噪聲的軟解調信號di(n,k)為
其中，imag{·}表示取虛部，由軟解調輸出信息可知當k＝0時輸出信號的信息幅度最大，也即在每個符號的第一個點解調輸出抗噪聲性能最佳，也即是最佳採樣點。
軟解調信號矢量與偽隨機序列(pn)碼進行幅度歸一化匹配運算，所述步驟2中匹配輸出序列的計算公式為：
其中，ri(n,k)為幅度歸一化匹配輸出序列，xi表示軟解調得到軟解調信號矢量，p表示天線總數，p(m,k)為偽隨機序列碼，m表示偽隨機序列碼的符號長度，偽隨機序列碼符號基本元素為{-1，+1}，k為每個偽隨機序列碼符號採樣點數，n為包含偽隨機序列碼與信息的一幀數據總的符號數。xi(n+m,k)定義為xi(n+m,k)＝di(n+m,k)+qi(n+m,k)，其中qi(n,k)表示天線i通道下在第n+1個符號第k+1個採樣點處等效的軟解調輸出噪聲。
所述步驟3中，得到天線i接收通道下的偽隨機序列碼的相關峰計算方法為：這裡假定偽隨機序列碼放置於每幀數據的頭部，並進一步假定天線1接收信號的第1個樣點剛好是第一個偽隨機序列碼的第一個樣點，天線2接收信號的第l個樣點剛好是第一個偽隨機序列碼的第一個樣點，則可知這裡表示取小於a的整數。
所述步驟4中，輸出信號y的計算公式為其中所述r為相關峰檢測門限，當天線1與天線2兩通道接收信號中相關峰其中之一過門限，而另一沒過門限，則合併輸出選擇過門限信號作為輸出信號；當兩天線接收信號的相關峰都沒有過門限，則無輸出信號。根據相關峰的位置(本實施例中位於天線1接收信號的相關峰位於第一個樣點，天線2接收信號的相關峰位於第l個樣點)及峰值對雙天線通道軟解調信號進行加權合併，得到雙天線合併輸出信號函數delay{x2(·),l}表示將軟解調信號矢量x2(n,k)延遲l個樣本點。
如圖2所示，給出某雙天線接收系統的誤碼率性能，天線1和天線2接收信號的信噪比相同，若定義接收靈敏度為誤包率不超過5％時的最小接收信號功率，則採用本發明所給出的合併方法明顯的降低了合併後的誤包率，改善了系統接收靈敏度。相比單天線接收系統有近3db的性能提升。圖3所示，給出了雙天線接收信號的信噪比不同時,天線2接收信號的信噪比比天線1接收信號的信噪比高6db，且兩信號都被幹擾掉30％的情況下合併輸出信號的誤包率性能。從圖3結果可看出加權合併後誤包率明顯降低。
本發明並不局限於前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。如果本領域技術人員，在不脫離本發明的精神所做的非實質性改變或改進，都應該屬於本發明權利要求保護的範圍。