基于ds-cdma體制的正交碼字同頻多波束分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于DS-CDMA體制的正交碼字同頻多波束分離方法，屬于數(shù)字信 號處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 擴(kuò)頻通信技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)，隱蔽性好等特性，廣泛應(yīng)用在了數(shù)字蜂窩移動 通信系統(tǒng)，衛(wèi)星移動通信，室內(nèi)無線通信和未來的個人通信中。在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，直接序列擴(kuò) 頻碼分多址（DS-CDMA)系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的擴(kuò)頻系統(tǒng)。擴(kuò)頻碼的設(shè)計對系統(tǒng)容量有著 至關(guān)重要的作用，系統(tǒng)容量和性能直接與碼字的互相關(guān)性和自相關(guān)性相關(guān)。
[0003] 在多波束網(wǎng)絡(luò)中，所有用戶波束均占有同一整個頻段與同一整個時隙，所以劃分 不同用戶的正交參量既不能用頻段，也不能用時隙，而是用各自不同的編碼序列的自相關(guān) 函數(shù)來區(qū)分，或者說靠信號的不同波形來區(qū)分。從頻域或時域上看，多個基于DS-CDMA體制 的多用戶信號是相互重疊的，因此，采用傳統(tǒng)的方法是不能分離信號的，對應(yīng)某用戶發(fā)送的 信號，只有與其相匹配的接收機(jī)通過相關(guān)檢測才可以正確的接收。
[0004] 在多波束網(wǎng)絡(luò)實(shí)際系統(tǒng)中，多波束網(wǎng)絡(luò)中模擬器件的幅相不一致性等因素會導(dǎo) 致陣列通道間各輸出波束的幅相關(guān)系偏離預(yù)設(shè)值。因此精確估算出天線系統(tǒng)的多波束同 頻CDMA信號的幅相關(guān)系具有重要的實(shí)際意義，需要精確估算出天線系統(tǒng)的通道幅相不一 致性并進(jìn)行補(bǔ)償，以保證波束成形的質(zhì)量。幅相一致性測試儀測試精度要求達(dá)到幅度小于 0. ldB，相位小于1°。在幅相一致性測試儀中，采用了基于DS-CDMA體制的正交碼字多波束 分離方法進(jìn)行同頻多波束的分離，從而解算得到相應(yīng)的多波束間的幅相不一致性。
[0005] 使用正交碼字的原因是在多波束形成產(chǎn)生模塊中，由于同頻多波束CDMA信號的 疊加，在時域和頻域上都沒有辦法對多波束信號進(jìn)行分離，因此不能用用時分多址（TDMA) 和頻分多址（FDMA)兩種方法，只能采用碼分多址（CDMA)進(jìn)行波束分離。要達(dá)到多路多用 戶的目的，就要有足夠多的偽隨機(jī)序列，而這些偽隨機(jī)序列又要有良好的自相關(guān)性和互相 關(guān)性。利用自相關(guān)性很強(qiáng)而互相關(guān)值為〇或者很小的周期性碼序列是較好的選擇。這種PN 碼組的非零互相關(guān)系數(shù)會引起各用戶間的相互干擾，即多址干擾，在異步傳輸信道以及多 徑傳播環(huán)境中，多址干擾將更加嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于通過一種基于DS-CDMA體制的正交碼字同頻多波束分離方法， 將多波束網(wǎng)絡(luò)中的各個陣列通道間輸出同頻波束進(jìn)行分離，且準(zhǔn)確估算出分離后各個波束 的幅相不一致性。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008] -種基于DS-CDMA體制的正交碼字同頻多波束分離方法，其主要步驟如下：
[0009] 步驟一、波束信號生成器預(yù)設(shè)各個DS-CDMA體制下的通信用戶的幅相關(guān)系，每一 個用戶對應(yīng)著一組正交碼字，并將預(yù)設(shè)的各個用戶的幅相關(guān)系和各個用戶各自對應(yīng)的正交 碼字相乘，得到附有幅度和相位信息的基帶多波束信號；
[0010] 步驟二、將步驟一得到的各個用戶對應(yīng)的基帶多波束信號分別經(jīng)過成形濾波器進(jìn) 行波形成形；
[0011] 步驟三、將波形成形后的基帶多波束信號進(jìn)行多路并行混頻，各路信號的頻譜從 基帶搬移到中頻或射頻頻段，將混頻后的多路信號疊加，得到同頻多波束信號；
[0012] 步驟四、幅相一致性測試儀接收同頻多波束信號，進(jìn)行下變頻，將同頻多波束CDMA 信號搬移到基帶，同時進(jìn)行濾除二倍頻的操作，得到基帶多波束信號；
[0013] 步驟五、將基帶的多波束信號經(jīng)過匹配濾波器進(jìn)行匹配濾波，得到無碼間串?dāng)_的 基帶多波束信號；
[0014] 步驟六、接收端接收步驟五得到的無碼間串?dāng)_的基帶多波束信號，經(jīng)過多路數(shù)字 匹配濾波器，進(jìn)行多路并行數(shù)字匹配濾波，數(shù)字匹配濾波輸出各用波束的相關(guān)峰信號，此相 關(guān)峰信號即為已經(jīng)分離好的波束信號。
[0015] 具體數(shù)字匹配濾波方法為：接收端收到的步驟五得到的基帶多波束信號為r，期 望求解出來的原始信號為I , A為數(shù)字匹配濾波器內(nèi)置的PN碼組，該P(yáng)N碼組是步驟一 中各個用戶對應(yīng)的正交碼字的合集，AH表示PN碼組的轉(zhuǎn)置，數(shù)字匹配濾波的運(yùn)算公式為 S =f5
[0016] 經(jīng)過上述六個步驟即完成了基于DS-CDMA體制的正交碼字同頻多波束分離。
[0017] 有益效果
[0018] 本發(fā)明方法可以將多波束網(wǎng)絡(luò)中各個陣元通道間輸出的同頻波束進(jìn)行分離，并且 解算出各個波束分量的幅度和相位關(guān)系。本發(fā)明方法使用具有完全正交特性的PN碼在接 收端進(jìn)行匹配濾波和多用戶檢測，可確保幅度相位測量精度僅受限于接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲， 而不受多址干擾的影響。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明整體系統(tǒng)架構(gòu)；
[0020] 圖2是本發(fā)明波束信號生成器流程圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明幅相一致性測試儀流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明和詳細(xì)描述。
[0023]圖1是本發(fā)明的整體架構(gòu)圖。信號在波束信號生成器中依照預(yù)設(shè)的幅度和相位關(guān) 系對正交的偽隨機(jī)碼進(jìn)行對應(yīng)相乘，然后將多用戶信號進(jìn)行多路并行的波形成型和混頻操 作。波束信號生成器產(chǎn)生的M個波束的信號經(jīng)過多波束網(wǎng)絡(luò)，多波束網(wǎng)絡(luò)中模擬器件的幅 相不一致性等因素會導(dǎo)致陣列通道間各輸出波束的幅相關(guān)系偏離預(yù)設(shè)值。多波束網(wǎng)絡(luò)輸出 N個饋源信號傳輸給幅相一致性測試儀，系統(tǒng)進(jìn)行下變頻、匹配濾波等操作最終解算出多用 戶預(yù)設(shè)的相對應(yīng)幅相關(guān)系。
[0024] 圖2是本發(fā)明中波束信號生成器的流程圖。由圖可知，在多波束信號產(chǎn)生器中，根 據(jù)預(yù)設(shè)的多用戶幅度和相位關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的PN碼組的對應(yīng)相乘，中令PN碼組波形中包含 幅度和相位信息。將M路并行的序列經(jīng)過M組并行的成形濾波器進(jìn)行波形成型。經(jīng)過波形 成型濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行M路并行的混頻將頻譜從基帶搬移到中頻或射頻頻段。最后將M路 并行的混頻結(jié)果相加，即可得到同頻多波束CDMA信號。
[0025] 圖3是本發(fā)明的幅相一致性測試儀的流程圖。由圖3可知，接收機(jī)接收從多波束 網(wǎng)絡(luò)輸出的信號，首先進(jìn)行混頻將頻譜從中頻或射頻搬移到基帶，然后經(jīng)過低通濾波器濾 除高頻分量，再經(jīng)過匹配濾波器消除碼間串?dāng)_，然后通過數(shù)字匹配濾波器對CDMA信號進(jìn)行 波束分離，同時得到相關(guān)峰。由于選擇的PN碼組是正交碼組，故直接將得到的相關(guān)峰進(jìn)行 解算后即可得到相應(yīng)的幅相關(guān)系。
[0026] 實(shí)施例
[0027] 以8用戶，選用具有完全正交特性的零相關(guān)區(qū)（ZCZ)序列作為擴(kuò)頻碼的多波束幅 相測試系統(tǒng)為例，對本發(fā)明的具體實(shí)施過程進(jìn)行說明。
[0028] 上述多波束幅相測試系統(tǒng)包括波束信號生成器和幅相一致性測試儀，測試用戶為 8 (即8組擴(kuò)頻碼），采用的擴(kuò)頻碼字為ZCZ序列，擴(kuò)頻比為2048。信號帶寬為20KHz，載波 頻段為200MHz。測試的幅相精度可達(dá)幅度小于0. ldB，相位小于1°。
[0029] 步驟一、波束信號生成器預(yù)設(shè)8個用戶的幅相關(guān)系，其中用戶指在DS-CDMA體制下 的通信用戶，每一個用戶對應(yīng)著一組擴(kuò)頻比為2048的正交碼字ZCZ碼，并將預(yù)設(shè)的各個用 戶的幅相關(guān)系和各個用戶各自對應(yīng)的正交碼字相乘，最終得到附有幅度和相位信息的基帶 多波束信號；
[0030] 步驟二、將步驟一得到的8個用戶對應(yīng)的基帶多波束信號分別經(jīng)過成形濾波器進(jìn) 行波形成形。成形濾波器選擇根升余弦濾波器，滾降系數(shù)選擇1，過采樣率為16 ;
[0031] 步驟三、將波形成形后的基帶多波束信號進(jìn)行多路并行混頻，各路信號的頻譜從 基帶搬移到中頻200MHz，將混頻后的多路信號疊加，得到同頻多波束信號；
[0032] 步驟四、幅相一致性測試儀接收同頻多波束信號，進(jìn)行下變頻，將同頻多波束信號 搬移到基帶，同時進(jìn)行濾除二倍頻的操作，得到基帶多波束信號；
[0033] 步驟五、將基帶的多波束信號經(jīng)過匹配濾波器進(jìn)行匹配濾波，得到無碼間串?dāng)_的 基帶多波束信號，匹配濾波器選擇根升余弦濾波器，滾降系數(shù)選擇1，過采樣為16 ;
[0034] 步驟六、接收端接收步驟五得到的基帶多波束信號，將其經(jīng)過8組數(shù)字匹配濾波 器，進(jìn)行多路并行數(shù)字匹配濾波，輸出8個用戶波束的相關(guān)峰信號，此相關(guān)峰信號即為已經(jīng) 分離好的波束信號。
[0035] 具體匹配方法為：接收端收到的步驟五得到的基帶多波束信號為r，期望求解出 來的原始信號為I，A為數(shù)字匹配濾波器內(nèi)置的PN碼組，該P(yáng)N碼組是步驟一中各個用戶對 應(yīng)的正交碼字的合集，AH表示PN碼組的轉(zhuǎn)置，數(shù)字匹配濾波的運(yùn)算公式為S =
[0036] 以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公 開的內(nèi)容。凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范 圍。
【主權(quán)項】
1.基于DS-CDMA體制的正交碼字同頻多波束分離方法，其特征在于：具體步驟如下： 步驟一、波束信號生成器預(yù)設(shè)各個DS-CDM體制下的通信用戶的幅相關(guān)系，每一個用 戶對應(yīng)著一組正交碼字，并將預(yù)設(shè)的各個用戶的幅相關(guān)系和各個用戶各自對應(yīng)的正交碼字 相乘，得到附有幅度和相位信息的基帶多波束信號； 步驟二、將步驟一得到的各個用戶對應(yīng)的基帶多波束信號分別經(jīng)過成形濾波器進(jìn)行波 形成形； 步驟三、將波形成形后的基帶多波束信號進(jìn)行多路并行混頻，各路信號的頻譜從基帶 搬移到中頻或射頻頻段，將混頻后的多路信號疊加，得到同頻多波束信號； 步驟四、幅相一致性測試儀接收同頻多波束信號，進(jìn)行下變頻，將同頻多波束CDM信 號搬移到基帶，同時進(jìn)行濾除二倍頻的操作，得到基帶多波束信號； 步驟五、將基帶的多波束信號經(jīng)過匹配濾波器進(jìn)行匹配濾波，得到無碼間串?dāng)_的基帶 多波束信號； 步驟六、接收端接收步驟五得到的無碼間串?dāng)_的基帶多波束信號，經(jīng)過多路數(shù)字匹配 濾波器，進(jìn)行多路并行數(shù)字匹配濾波，數(shù)字匹配濾波輸出各用波束的相關(guān)峰信號，此相關(guān)峰 信號即為已經(jīng)分離好的波束信號。 具體數(shù)字匹配濾波方法為：接收端收到的步驟五得到的基帶多波束信號為r，期望求 解出來的原始信號為S，: A為數(shù)字匹配濾波器內(nèi)置的PN碼組，該P(yáng)N碼組是步驟一中各個用 戶對應(yīng)的正交碼字的合集，Ah表示PN碼組的轉(zhuǎn)置，數(shù)字匹配濾波的運(yùn)算公式為A = .4〃/·; 至此完成了基于DS-CDMA體制的正交碼字同頻多波束分離。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于DS-CDMA體制的正交碼字同頻多波束分離方法，屬于數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法可以將多波束網(wǎng)絡(luò)中各個陣元通道間輸出的同頻波束進(jìn)行分離，并且解算出各個波束分量的幅度和相位關(guān)系。本發(fā)明方法使用具有完全正交特性的PN碼在接收端進(jìn)行匹配濾波和多用戶檢測，可確保幅度相位測量精度僅受限于接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲，而不受多址干擾的影響。
【IPC分類】H04B7/04, H04J13/00
【公開號】CN105071841
【申請?zhí)枴緾N201510382363
【發(fā)明人】方金輝, 劉策倫, 安建平, 魯楠, 代計博, 羅婧, 王帥, 宋哲
【申請人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月2日