在具有多个天线的通信系统中处理信号的方法 【发明领域】
本发明涉及一种通信系统，具体涉及一种在具有多个天线的通信系统中处理信号的方法。相关技术背景
通常，在无线电通信中，接收的信号一般包括一个希望的信号(此后称为“原始信号”)，以及干扰信号，其中对于一个原始信号一般存在多个干扰信号。由干扰信号造成的通信失真程度是由原始信号功率和全部干扰信号功率的和确定的，因而即使原始信号的电平显著高于每个干扰信号电平，但是如果干扰信号的数量很大，使得干扰信号的总功率很大时，也可能产生通信失真。图1示出了在一阵列天线系统中形成射束地相关技术方法。
参考图1，使用CDMA(码分多址)型无线电链路方法的相关技术阵列天线系统具有：一个下变频器101，用于将在天线上接收的很高频率的信号变换成基带信号；一个模/数转换器102，用于数字化基带信号；一个第一乘法器103，用于去扩展数字信号；一个积分器104；一个第二乘法器105，用于把权向量施加到希望的信号以获得希望的信号的更大增益；一个射束形成器106，用于希望的信号的空间处理；和一个阵列传送器(array forwarder)107，用于合成和传送具有施加了权向量的信号。
以下说明形成上述阵列天线射束的相关技术方法。
下变频器101将通过每个天线振子(antenna element)接收的信号变换成基带模拟信号，然后模/数转换器102将基带模拟信号数字化。第一乘法器103和积分器104去扩展数字化信号，并且从中仅提取希望的信号。第二乘法器105将权向量施加到提取的信号。在阵列传送器107合成具有施加了权向量的信号，并传送到一个解调器(未示出)。权向量是由射束形成器106提供的，射束形成器从模/数转换器102的输出信号和积分器104的输出信号更新权向量。来自模/数转换器102的输出信号在用一个CDMA系统已知的代码被去扩展之前是高速信号，而来自积分器104的输出信号在用CDMA系统已知的代码去扩展之后是低速信号。
在相关技术中，计算在去扩展前从信号抽样的信号的自协方差矩阵，计算在去扩展后从信号抽样的信号的自协方差矩阵，和从这两个矩阵计算用于空间处理的权向量。
但是，用于相关技术中自适应阵列天线的自适应算法需要将广义本征值问题改变成仅一个矩阵的本征值问题。在改变处理中，需要利用在广义本征值问题中是“正定”矩阵这一事实将广义本征值问题中的两个矩阵中的一个再分割成两个矩阵，和获得两个分割矩阵的逆矩阵，这是很麻烦的，并且由于需要太多的计算，不适于用作实时自适应阵列算法。发明综述
因此，本发明致力于一种自适应天线阵系统中处理信号的方法及其装置，其实际上消除了由于相关技术的局限和缺点造成的一种或多种问题。
本发明的一个目的是要提供一种自适应天线阵系统中处理信号的方法，其便利自适应算法在自适应阵列天线中实时应用。
本发明的另一个目的是要提供一种自适应天线阵系统中处理信号的方法及其装置，其能够改进自适应阵列天线中通信的质量。
本发明的再一个目的是要提供一种简单并且节约成本的自适应天线阵系统中处理信号的方法及其装置。
在以下的说明中将提出本发明的附加特征和优点，并且从说明中部分地了解本发明的这些附加特征和优点，或可以通过实践本发明学习它们。通过在写出的说明书和权利要求以及附图中特别指出的结构可以实现和获得本发明的目的和其它优点。
为了取得这些和其它优点，并且根据本发明的目的，作为具体和广义的说明，提供了一种在具有多个天线的通信系统中处理信号的方法，该方法包括步骤：(a)从在多个天线接收的信号提取一个主要包括一个特定信号的第一信号，和一个主要包括一个不同于特定信号的信号的第二信号，(b)计算出第一和第二信号的每一个的自协方差矩阵，(c)至少将任意一个计算的自协方差矩阵分割成一个对角组成部分和一个非对角组成部分，以将矩阵分割成组成部分的矩阵，(d)利用分割的自协方差矩阵计算出特定信号的加权值，和(e)将加权值应用于有关特定信号的发送和接收信号，并且传送具有施加了加权值的信号。
在本发明的其它目的中，通信系统是一个CDMA型无线电通信系统，并且第一信号是一个接收信号以特殊代码去扩展了的信号。
第二信号是一个接收信号用特殊代码去扩展之前的信号。
应当知道上述一般性说明和以下的详细说明是示例和说明性的，并且打算用作对权利要求定义的本发明的进一步的说明。附图的简要说明
包括在说明书中以提供对本发明的进一步说明，并且结合在本说明书中和构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一同用于解释本发明的原理。附图中：
图1示出了一个相关技术阵列天线系统；
图2示出了显示根据本发明的一个优选实施例的自适应算法的流程图；和
图3示出了显示根据本发明的另一个优选实施例的自适应算法的流程图。优选实施例的详细说明
现在详细参考本发明的优选实施例，在附图中示出了它们的示例。第一实施例
图2示出了显示根据本发明的一个优选实施例的自适应算法的流程图。
如上所述，在CDMA系统中的相关技术自适应阵列天线系统中的射束形成器106将去扩展前的高速信号和用已知信道代码去扩展后的低速信号用于权向量的更新。也计算出从去扩展前信号抽样的信号的自协方差矩阵，计算出从去扩展后信号抽样的信号的自协方差矩阵，并且从这两个矩阵计算出用于空间处理的权向量。
将“x”定义为在天线接收的信号的向量，并且将y定义为在天线接收的并且用一个已知代码去扩展的信号的向量(S20)。当把Rxx定义为向量x的自协方差矩阵，并且把Ryy定义为向量y的自协方差矩阵时，一个用于获得具有要应用到每个天线振子的复增益的权向量w的方程式称为一种如下面方程式(1)中所示的广义本征值问题。(S21)。
Ryyw＝λRxxw (1)
可以分别用下面的方程式(2)和(3)估算自协方差矩阵Rxx和Ryy。
Rxx(k)＝fRxx(k-1)+x(k)xH(k) (2)
Ryy(k)＝fRyy(k-1)+y(k)yH(k) (3)
其中“f”代表一个具有“0”～“1”范围值的遗忘因数，“H”是一个厄米特算子(Hermitian Operator)。
尽管为了获得相关技术权向量在方程式(1)中进行了矩阵分割和逆矩阵计算，但本发明建议将自协方差矩阵Rxx分割成一个对角元素的对角矩阵，和一个除了对角元素之外非对角元素的非对角矩阵，如下面方程式(4)所示。(S22)。
Ryyw＝λ(RxxD+RxxO)w (4)
其中RxxD代表具有设置为“0”的其它元素的Rxx的对角元素的矩阵，RxxO代表具有设置为“0”的对角元素的Rxx的非对角元素的矩阵。接收信号向量x是一个具有等于或少于天线振子(或阵列)数量的向量元素数量的向量。自协方差矩阵Rxx或Ryy具有与接收信号的向量x元素数量相同数量的列数或行数。
可以用下面的方程式(5)来表示方程式(4)，
Ryyw-λRxxOw＝λRxxDw (5)
将方程式(5)的两侧同乘以RxxD的逆矩阵，并且如下重排列。
尽管在本发明中需要获得逆矩阵RxxD，但是由于逆矩阵RxxD是一个对角矩阵，所以可以如下容易地计算逆矩阵。(S23)。
例如，如果逆矩阵RxxD可以表示为方程式(6)，那么可以利用逆矩阵的特性容易地获得对角矩阵的逆矩阵，方程式(6)。
根据方程式(7)可以如下重排列方程式(5)。
(Ryy-λRxxO)(RxxD)-1w＝λw (8)
可以如下从方程式(8)获得最大适当值λ。(S24)。λ=wHRyywwHRxxw---(9)]]>
因此，可以如下面方程式(10)表达权向量w。w‾={Ryy(RxxD)-1-λRxxO(RxxD)-1}wλ---(10)]]>
在方程式(10)中，计算的权向量的元素的数量与自协方差矩阵Rxx或Ryy的列数或行数相等。
由于需要连续地更新要在自适应阵列天线中使用的权向量w，并且在移动通信的情况下连续地跟踪运动目标，因而可以从方程式(10)将获得权向量w的方法推导为方程式(11)。w‾(k+1)={Ryy(RxxD)-1-λRxxO(RxxD)-1}w‾(k)λ---(11)]]>
其中“k”表示一个代表检测到一个入射到自适应阵列天线的信号时计算出一个新权向量的时间点的指数。因此，通过计算适合于一个新入射信号值的权向量，本发明可以使阵列天线系统在该时间点，即，每个抽取点(snapshot)，自适应于入射信号值。也就是说，通过设置任何一个初始权向量，并且根据方程式(11)连续地更新初始权向量，可以获得一个收敛权向量。
通过取得获得的权向量和向量y的复内积，可以如下计算出阵列天线输出“z”。(S26)。
Z＝wHy (12)
参考图3，本发明提出了另一种方法，在这种方法中用一个已知代码去扩展通过天线接收的信号，将信号向量y的自协方差矩阵Ryy分割成一个对角矩阵和一个非对角矩阵，并且利用对角向量和非对角向量计算权向量。第二实施例
图3示出了显示根据本发明另一个优选实施例的一种自适应算法的流程图。
参考图3，“x”定义为在天线接收的信号的向量，并且把“y”定义为在天线接收的并且用一个已知代码去扩展的信号的向量。(S30)。当把Rxx定义为向量x的自协方差矩阵，和把Ryy定义为向量y的自协方差矩阵时，用于获得具有要应用到每个天线振子的复增益的权向量w的方程式成为一个与方程式(1)一样的广义本征值问题。(S31)。在本例中，也可以用图2中的方程式(2)和(3)预计自协方差矩阵Rxx和Ryy。
尽管通过用方程式(1)进行矩阵分割和逆矩阵计算以获得相关技术权向量，本发明的另一个实施例建议将自协方差矩阵Ryy分割成一个对角元素的对角矩阵，和一个除了对角元素之外的非对角元素的非对角矩阵，如下面方程式(13)所示。(S32)。
(RyyD+RyyO)w＝λRxxw (13)
其中，RyyD代表Ryy的所有其它元素设置为“0”的对角元素的矩阵，和RyyO代表Ryy的对角元素设置为“0”的非对角元素的矩阵。接收信号向量x是一个具有等于或少于天线振子(或阵列)数量的向量元素数量的向量。自协方差矩阵Rxx或Ryy具有与接收信号的向量x元素数量相同的列数或行数。
可以将方程式(13)表示为下面的方程式(14)。
RyyDw＝λRxxw-RyyOw (14)
在方程式(14)的两端同乘RyyD的逆矩阵，并且如下重排列，以将权向量w表达为下面方程式(15)。(S33)。
w＝(λRxxw-RyyOw)(RyyD)-1 (15)
与图2的情况相同，从方程式(9)可以获得方程式(15)中的一个最大适当值λ。与方程式(15)的情况相同，计算的权向量的元素的数量与自协方差矩阵Rxx或Ryy的列数或行数相同。
由于需要连接地更新要在自适应阵列天线中使用的权向量w，和能够在移动通信的情况下连续地跟踪运动目标，因此到现在可以从方程式(15)和根据方程式(9)计算的最大适当值λ将用于获得权向量w的方法表达为下面的方程式(16)。
w(k+1)＝λRxxw(k)(RyyD)-1-RyyOw(k)(RyyD)-1 (16)
其中，“k”表示一个代表在检测入射到自适应阵列天线的信号时计算一个新权向量的时间点的指数。因此，通过计算出适合于一个新入射信号值的权向量，本发明可以使阵列天线系统在该时间点，即，每个抽取点，自适应于入射信号值。也就是说，通过设置任意一个初始权向量，并且根据方程式(16)连续地更新初始权向量，可以获得收敛权向量。
通过取得获得权向量和向量y的复内积，可以如同方程式(12)一样计算出阵列天线输出“z”。
因此，通过简单地进行在CDMA系统中实现自适应阵列天线系统所需的射束形成算法，本发明可以减少进行射束形成算法所需的计算量。本发明可以实时产生自适应阵列天线的射束图(beam pattern)，以充分利用在移动通信情况下跟踪运动目标所需的射束形成器的优点。此外，实时更新的射束图(权向量)的应用可以提高通信质量。在实现射束形成器中应用简单算法使得本发明能够减少DSP的数量，这节约了成本。
熟悉本领域的人员应当知道，可以对本发明的在自适应天线阵系统中处理信号的方法和装置进行各种改进和改变，而不脱离本发明的精神或范围。因此，本发明将包括本发明的改进和改变，只要它们在附属权利要求及其等价物的范围内。