基于Landweber迭代法的波束形成方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信信號處理領域，更具體的涉及到一種智能天線中接收信號的波束 形成方法。
【背景技術】
[0002] 智能天線技術作為第三代及第三代以后的移動通信中的關鍵技術之一，具有提高 信號干擾噪聲比，改善通信質量，增加系統(tǒng)容量，提高用戶數量，提高頻率利用率，減少電磁 干擾等眾多優(yōu)點。波束形成方法是智能天線的核心，其好壞直接決定智能天線的性能。常 規(guī)的波束形成方法包括采樣矩陣求逆（SMI)方法、對角加載（DL)方法以及特征子空間投影 (ESB)方法。其中，SMI方法計算簡單，不需要提前決定經驗因子大小。但是這種方法對于 系統(tǒng)誤差特別敏感，非常小的誤差就會導致方法性能大幅下降，很難在實際中應用。DL方法 是對SMI方法的改進，但此方法需要提前決定一個與噪聲相關的加載因子的大小，目前還 沒有有效的方法計算因子的大小，一般采用經驗值。當信噪比較大時，ESB方法能夠表現出 很好的魯棒性，但是當信噪比較小時，此方法性能將劇烈下降。

【發(fā)明內容】

[0003] 鑒于已有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的是要提供一種實用性強，對系統(tǒng)誤差不 敏感的波束形成方法，該方法利用Landweber迭代求解波束形成權值，通過簡化的Godard 代價函數來決定迭代數，最后得到能夠抵抗系統(tǒng)誤差的迭代解。
[0004] 為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案：
[0005] 基于Landweber迭代法的波束形成方法，其特征在于：
[0006] 包括如下步驟
[0007] S1、通過天線陣列接收帶通通信信號，并將該通信信號解調到基帶進行離散采 樣；
[0008] S2、將上述離散采樣數據的前N次采樣數據作為訓練序列，求解與所述訓練序列 對應的協(xié)方差矩陣：
【主權項】
1. 一種基于Landweber迭代法的波束形成方法，其特征在于： 包括如下步驟 51、 通過天線陣列接收帶通通信信號，并將該通信信號解調到基帶進行離散采樣； 52、 將上述離散采樣數據的前N次采樣數據作為訓練序列，求解與所述訓 練序列對應的協(xié)方差矩陣：
其中，N為所述訓練序列采樣個數，k為采樣點x(k) e Cmxi為解調后的基帶通信信號 矢量，M為對應的陣元個數，
是x(k)的共軛轉置； 53、 對上述協(xié)方差矩陣及進行特征值分解，求解出迭代公式中所需要的松弛因子α ; 54、 通過Landweber迭代公式，求解出本方法所需的第m次迭代的權值w(m)，
其中J e 為M階的單位矩陣，? e CMxl:為取決于天線形狀和信號入射方向的陣 列響應矢量，i e {〇, 1，2,…，m-Ι}; 55、 將S4中得到的權值w(m)帶入到代價函數G(m)并求解，其中所述的代價函數G(m)是 指.
56、 施加判斷條件：判斷m是否大于閾值，否則令m = m+1，再次重復步驟S4至步驟S5 ; 57、 施加判斷條件結束后，求解出代價函數G(m)中基于Landweber迭代法的理想迭代 停止數，即求解出使得代價函數G(m)最小化的正則化因子m，以及對應的Landweber迭代法 的最佳權值； 58、 利用S7中求解出的Landweber迭代法的最佳權值，對后續(xù)采樣數據組成的采樣序 列進行波束形成操作。
2. 根據權利要求1所述的一種基于Landweber迭代法的波束形成方法，其特征在于： 所述的S3對上述協(xié)方差矩陣左進行特征值分解，求解出迭代公式中需要的松弛因子 α，包括如下步驟： 531、 首先對協(xié)方差矩陣左進行特征值分解得到
(3-1)， 其中U e Cmxm為酉陣，Λ e Cmxm為對角矩陣，UHe Cmxm^U的共軛轉置矩陣； 532、 求出Λ中最大地對角元素 λ_; 533、 令 α = 〇· 5/λ·，求出 α。
3. 根據權利要求1所述的一種基于Landweber的波束形成方法，其特征在于： 所述的代價函數G(m)為簡化后的Godard代價函數，其對應的簡化過程為： 基于通信信號的恒模特性，若采用經典的Godard代價函數來決定正則化因子m，則其 對應的代價函數G是關于m, c, a和H2的函數，具體函數為： I
通過簡化，本方法得到了只有一個變量m的函數，//〗僅僅作為一個不會影響理想迭代 停止數m的常數，如式（5-5); 同時在實際應用中，一般都采用均值來代替期望，省略常數"22，因此本方法實際使用 的簡化后的Godard代價函數為： (5-6)
求出使式（5-6)最小的m,即為Landweber算法的正則化因子，式（5-6)中的Wljand對應 到本方法即為w(m)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Landweber迭代法的波束形成方法，其包括通過基站天線將帶通通信信號解調到基帶后進行離散采樣；使用前N個離散采樣數據作為訓練序列并求解對應的協(xié)方差矩陣，計算出Landweber迭代公式中的松弛因子α以及通過Landweber迭代公式求解出對應的波束形成權值w(m)；將得到的權值w(m)帶入到代價函數G(m)并求解出代價函數G(m)中基于Landweber迭代法的理想迭代停止數，即求解出使得代價函數G(m)為最小化的正則化因子m，以及對應的Landweber迭代法的最佳權值；最后利用求解出的Landweber迭代法的權值，對后續(xù)采樣序列進行波束形成操作。本發(fā)明利用Landweber迭代求解波束形成權值，通過簡化的代價函數來決定迭代數，最后得到能夠抵抗系統(tǒng)誤差的迭代解。
【IPC分類】H04B7-06
【公開號】CN104683006
【申請?zhí)枴緾N201510059401
【發(fā)明人】劉文龍, 張博
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月4日