專利名稱：一種多信號流的信號合成方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及信號處理技術領域，尤其涉及一種多信號流的信號合成方法及裝置。
背景技術：
隨著無線通信的使用范圍越來越廣泛，使得無線信號越來越密集，電磁環(huán)境越來越復雜，造成某些應用環(huán)境(如非合作通信)的接收信號變得越來越微弱。其中，隨著人類對深空探索的逐漸深入，深空航天器離地球的距離越來越遠，到達地面的信號變得越來越微弱，且使用大口徑天線仍難以實現(xiàn)信號的有效接收，因此需要找出一種能夠提高接收信號信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)的方法來解決這一問題,而多天線信號合成技術是提高接收信號信噪比的一種有效方法，它通過對接收同一信號的多個天線信號進行合成，以達到提高信號信噪比的目的。理想的信號合成效果指的是合成輸出的SNR為所有接收天線SNR之和，由最大合成信號 SNR(Maximizing the Combined Output Signal-to-Noise Ratio, MCOSNR)準則可知，得到該理想合成SNR的條件為:各天線信號的權值在相位上使得各信號相位對齊，在幅度上正比于各加權信號幅度和噪聲方差的比值。因此多天線信號合成的關鍵技術主要可分為參數(shù)差異估計與補償、權值估計與信號合成兩個部分。參數(shù)估計與補償主要完成接收信號間頻差和時差的估計與補償工作；權值估計與信號合成主要完成權值的估計，利用該權值實現(xiàn)信號間相差和幅度差的補償，以將補償后的信號加權求和得到合成信號。其中，接收信號間頻差和時差可通過頻率預校正和根據(jù)地理位置的時差預校正等方法得到解決。而權值可分為權值相位和權值幅度，而權值幅度可根據(jù)天線口徑或天線增益直接得到，當然也可通過估計算法得到，在各路信號接收質量(即信噪比)相差不大時，權值幅度對合成性能的影響較??；權值相位卻直接影響合成效果，故必須通過信號處理算法進行校準，因此相位校準對齊是信號合成實現(xiàn)方案中必不可缺的基本步驟，也是最為重要的步驟。在現(xiàn)有的相位估計補償算法中的SUMPLE算法中，該算法的權值相位從O開始迭代，每次輪流Na個天線中的一個，通過將每個天線與由其余Na-1天線的加權和信號進行互相關(共軛相乘)，以獲得權值相位，Na表示天線總數(shù)。每次迭代后，前一個權值相位被新的權值相位所代替，經(jīng)過幾次迭代后算法總是從隨機狀態(tài)收斂。SUMPLE算法合成性能與天線數(shù)量、每次迭代的信號長度以及各路信號信噪比有關。參見圖1所示的SUMPLE算法處理示意圖，主要是依次對每根天線連續(xù)接收的一段數(shù)據(jù)進行處理，即是將每根天線接收的一段信號與其余信號段的加權和(稱為“偽參考信號”)作互相關(共軛相乘)，每根天線的接收信號(每路輸入信號)均為長為X個采樣點的一段信號，X為整數(shù)，1該算法可歸納為以下幾個步驟:(I)、首先對每根天線接收到的每段信號加權(補償相位)，而后對加權后的所有信號求和以得到信號加權和，每段信號對應的權值來自上一段數(shù)據(jù)的權值(相位)計算結
果O
(2)、將每路每段信號加權和與所有信號加權和相減構造出N個“偽參考信號”，再利用“偽參考信號”與各路信號計算互相關(共軛相乘)；圖中的“相關”表示“一段數(shù)據(jù)的互相關運算”，即為一段信號中的每個信號分別與對應的“偽參考信號”進行共軛乘積后得到X個乘積。(3)、將各路獲取的X個乘積取平均值后，對各個平均值進行模值歸一化后即為新得到的權值(相位)計算結果。但在SUMPLE算法中，由于各路信號的相位均向“偽參考信號”靠攏，而“偽參考信號”的相位在低SNR時會隨著時間變化，造成在低SNR下存在相位漂移問題，且由于信號參考不同，使得每段信號的相位對齊到不同的參考相位，造成段與段之間的相位不連續(xù)，從而利用該相位進行信號合成將降低合成信號的質量。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種多信號流的信號合成方法及裝置，以實現(xiàn)提高合成信號質量的目的。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種多信號流的信號合成方法，包括:在每個采樣周期內，利用N個天線同時接收N路第一信號，其中，N為整數(shù)，NS I ；將所述N路第一信號寫入對應的N個緩存區(qū)，并根據(jù)所述寫入的緩存地址從第一緩存出口與第二緩存出口分別輸出N路第二信號和N路第三信號；分別對所述N路第一信號中的每不同兩路信號進行共軛相乘處理，以獲取M個第一共軛乘積，并 分別對所述N路第二信號中的每不同兩路信號進行共軛相乘處理，以獲取M個第二共軛乘積，其中，M為整數(shù)，MS I ；將所述M個第一共軛乘積中的每個數(shù)據(jù)分別與當前M個累計值中的對應值相加，并將M個相加值與所述M個第二共軛乘積中的對應值相減，以利用所述相減后的M個相減值更新當前M個累計值；利用更新后的M個累計值更新當前N路輸出因子；將更新后的N路輸出因子分別與所述N路第三信號中的對應數(shù)值相乘，并將相乘后得到的N個乘積相加，以將相加后的數(shù)據(jù)作為當前采樣周期的合成信號。本發(fā)明還提供了一種多信號流的信號合成裝置，包括:信號接收模塊，用于在每個采樣周期內，利用N個天線同時接收N路第一信號，其中，N為整數(shù)，N彡I ；信號緩存模塊，用于將所述N路第一信號寫入對應的N個緩存區(qū)，并根據(jù)所述寫入的緩存地址從第一緩存出口與第二緩存出口分別輸出N路第二信號和N路第三信號；共軛相乘處理模塊，用于分別對所述N路第一信號中的每不同兩路信號進行共軛相乘處理，以獲取M個第一共軛乘積，并分別對所述N路第二信號中的每不同兩路信號進行共軛相乘處理，以獲取M個第二共軛乘積，其中，M為整數(shù)，MS I ；共軛乘積累計模塊，用于將所述M個第一共軛乘積中的每個數(shù)據(jù)分別與當前M個累計值中的對應值相加，并將M個相加值與所述M個第二共軛乘積中的對應值相減，以利用所述相減后的M個相減值更新當前M個累計值；輸出因子更新模塊，用于利用更新后的M個累計值更新當前N路輸出因子；
合成信號獲取模塊，用于將更新后的N路輸出因子分別與所述N路第三信號中的對應數(shù)值相乘，并將相乘后得到的N個乘積相加，以將相加后的數(shù)據(jù)作為當前采樣周期的合成信號。本發(fā)明多信號流的信號合成方法及裝置，以逐個樣點間相位權值(輸出因子)的緩慢變化替代了現(xiàn)有SUMPLE算法中的每段信號的相位突變，避免了段與段之間的相位不連續(xù)，且逐個樣點的處理方式避免了相位漂移在一段數(shù)據(jù)中的累積，因此出現(xiàn)較大相位漂移的概率大大降低，即漂移幅度在一定程度上被降低，使得相位漂移的問題得到大大改善，從而利用該相位進行信號合成將提高合成信號的質量。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術中SUMPLE算法處理示意圖；圖2為本發(fā)明多信號流的信號合成方法的流程示意圖；圖3為本發(fā)明多路信號流流向框圖；圖4為本發(fā)明信號緩存輸出示意圖；圖5為本發(fā)明共軛相乘處理示意圖；圖6為本發(fā)明共軛相乘結果累計示意圖；圖7為本發(fā)明輸出因子更新不意圖；圖8為本發(fā)明信號合成示意圖；圖9為本發(fā)明多信號流的信號合成裝置的結構示意圖；圖10為本發(fā)明多信號流的信號合成裝置的具體結構示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。參見圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的一種多信號流的信號合成方法的流程示意圖，實現(xiàn)該方法的步驟如下:S201:在每個采樣周期內，利用N個天線同時接收N路第一信號，其中，N為整數(shù)，N > I。以采樣周期為時間單位，所述N路第一信號是N個不同天線對同一信號進行接收時分別接收到的N個信號。S202:將所述N路第一信號寫入對應的N個緩存區(qū)，并根據(jù)所述寫入的緩存地址從第一緩存出口與第二緩存出口分別輸出N路第二信號和N路第三信號。為了方便理解本發(fā)明的技術方案，參見圖3所示的多路信號流流向框圖。
圖3中的方框A可實現(xiàn)下述功能，具體參見圖4所示的信號緩存輸出示意圖，可按照下述方式實現(xiàn)本發(fā)明的步驟S202:首先，將所述N路第一信號中的每路信號分別寫入N個不同緩存區(qū)的同一緩存地址中。以采樣周期為時間單位，將在每個采樣周期內獲取的N路第一信號分別寫入對應的緩存區(qū)進行緩存。具體地:第一、各路信號流的緩存是并行的，每路對應有獨立的緩存區(qū)(在數(shù)據(jù)開始寫入緩存區(qū)前，緩存區(qū)內容為全O);第二、每路信號具有相同的寫入方式，即每路信號的緩存區(qū)均設有L個緩存地址(L為整數(shù)，L為每個緩存區(qū)中緩存地址的總數(shù))，每個緩存地址對應緩存一個采樣周期采集的一路信號；且每個采樣周期獲取的N路第一信號被寫入的緩存地址均相同，例如:第一個采樣周期獲取的N路第一信號被寫入每個緩存區(qū)的緩存地址1，在下一個采樣周期即第二個采樣周期獲取的N路第一信號被寫入每個緩存區(qū)的緩存地址2，以此類推，在每個時間單位由I至L順序遞增，但若當前寫入的緩存地址為L時，下一個緩存地址便重新變?yōu)镮。然后，確定N路第一信號被寫入的緩存地址，如果所述N路第一信號被分別寫入對應緩存區(qū)的第一地址add_W，則從第一緩存出口輸出所述對應緩存區(qū)的第二地址BdcLR1中存儲的N路第二信號，并從第二緩存出口輸出所述對應緩存區(qū)的第三地址add_R2中存儲的N路第三信號，其中:
權利要求
1.一種多信號流的信號合成方法，其特征在于，包括: 在每個采樣周期內，利用N個天線同時接收N路第一信號，其中，N為整數(shù)，N31;將所述N路第一信號寫入對應的N個緩存區(qū)，并根據(jù)所述寫入的緩存地址從第一緩存出口與第二緩存出口分別輸出N路第二信號和N路第三信號； 分別對所述N路第一信號中的每不同兩路信號進行共軛相乘處理，以獲取M個第一共軛乘積，并分別對所述N路第二信號中的每不同兩路信號進行共軛相乘處理，以獲取M個第二共軛乘積，其中，M為整數(shù)，M > I ； 將所述M個第一共軛乘積中的每個數(shù)據(jù)分別與當前M個累計值中的對應值相加，并將M個相加值與所述M個第二共軛乘積中的對應值相減，以利用所述相減后的M個相減值更新當前M個累計值； 利用更新后的M個累計值更新當前N路輸出因子； 將更新后的N路輸出因子分別與所述N路第三信號中的對應數(shù)值相乘，并將相乘后得到的N個乘積相加，以將相加后的數(shù)據(jù)作為當前采樣周期的合成信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將所述N路第一信號寫入對應的N個緩存區(qū)，并根據(jù)所述寫入的緩存地址從第一緩存出口與第二緩存出口分別輸出N路第二信號和N路第三信號包括: 將所述N路第一信號中的每路信號分別寫入N個不同緩存區(qū)的同一緩存地址中； 如果所述N路第一信號被分別寫入對應緩存區(qū)的第一地址add_W，則從第一緩存出口輸出所述對應緩存區(qū)的第二地址adcLRi中存儲的N路第二信號，并從第二緩存出口輸出所述對應緩存區(qū)的第三地址add_R2中存儲的N路第三信號，其中:
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述分別對所述N路第一信號中的每不同兩路信號進行共軛相乘處理，以獲取M個第一共軛乘積包括: 從所述N路第一信號中選取第i路信號和第j路信號，以獲取M組第一信號組合，其中，I ≤ i ≤ N，I ≤ j ≤ N，i > j，i 和 j 為整數(shù)，M = N.(N-1)/2 ； 將每組第一信號組合中的第i路信號取共軛后與第j路信號相乘，以獲取M個第一共軛乘積。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述分別對所述N路第二信號中的每不同兩路信號進行共軛相乘處理，以獲取M個第二共軛乘積包括: 從所述N路第二信號中選取第i路信號和第j路信號，以獲取M組第二信號組合，其中，I ≤ i ≤ N，I ≤ j ≤ N，i > j，i 和 j 為整數(shù)，M = N.(N-1)/2 ； 將每組第二信號組合中的第i路信號取共軛后與第j路信號相乘，以獲取M個第二共軛乘積。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用更新后的M個累計值更新當前N路輸出因子包括: 分別對當前N路輸出因子中的每不同兩路因子進行共軛相乘處理，以獲取M個共軛輸出因子； 將更新后的M個累計值中的每個數(shù)值分別與所述M個共軛輸出因子中的對應因子相乘，并從相乘后的M個結果中獲取每組為N-1個數(shù)值的N種組合； 將每種組合中的N-1個數(shù)值相加，并對相加后的N個數(shù)值進行模值歸一化處理后獲取N路輸出因子的更新值，以利用所述更新值更新當前N路輸出因子。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述分別對當前N路輸出因子中的每不同兩路因子進行共軛相乘處理，以獲取M個共軛輸出因子包括: 從當前N路輸出因子中選取第i路因子和第j路因子，以獲取M組輸出因子組合，其中，I 彡 i 彡 N，I 彡 j 彡 N，i > j，i 和 j 為整數(shù)，M = N.(N-1)/2 ； 將每組輸出因子組合中的第i路因子取共軛后與第j路因子相乘，以獲取M個共軛輸出因子。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述從相乘后的M個結果中獲取每組為N-1個數(shù)值的N種組合包括: 從相乘后的M個結果中取除第K個數(shù)值以外的第I到第N個數(shù)值中N-1個數(shù)值，作為第K種組合，其中，K為整數(shù)，N彡K彡I ； 獲取數(shù)值K的N種取值分別對應的N種組合。
8.根據(jù)權利要求1所述 的方法，其特征在于，所述N路輸出因子的初始值均為I。
9.一種多信號流的信號合成裝置，其特征在于，包括: 信號接收模塊，用于在每個采樣周期內，利用N個天線同時接收N路第一信號，其中，N為整數(shù)，N彡I ； 信號緩存模塊，用于將所述N路第一信號寫入對應的N個緩存區(qū)，并根據(jù)所述寫入的緩存地址從第一緩存出口與第二緩存出口分別輸出N路第二信號和N路第三信號； 共軛相乘處理模塊，用于分別對所述N路第一信號中的每不同兩路信號進行共軛相乘處理，以獲取M個第一共軛乘積，并分別對所述N路第二信號中的每不同兩路信號進行共軛相乘處理，以獲取M個第二共軛乘積，其中，M為整數(shù)，MS I ； 共軛乘積累計模塊，用于將所述M個第一共軛乘積中的每個數(shù)據(jù)分別與當前M個累計值中的對應值相加，并將M個相加值與所述M個第二共軛乘積中的對應值相減，以利用所述相減后的M個相減值更新當前M個累計值； 輸出因子更新模塊，用于利用更新后的M個累計值更新當前N路輸出因子； 合成信號獲取模塊，用于將更新后的N路輸出因子分別與所述N路第三信號中的對應數(shù)值相乘，并將相乘后得到的N個乘積相加，以將相加后的數(shù)據(jù)作為當前采樣周期的合成信號。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述信號緩存模塊包括: 信號寫入單元，用于將所述N路第一信號中的每路信號分別寫入N個不同緩存區(qū)的同一緩存地址中； 信號輸出單元，用于在所述N路第一信號被分別寫入對應緩存區(qū)的第一地址add_W時，從第一緩存出口輸出所述對應緩存區(qū)的第二地址adH中存儲的N路第二信號，并從第二緩存出口輸出所述對應緩存區(qū)的第三地址add_R2中存儲的N路第三信號，其中:
11.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述共軛相乘處理模塊包括: 第一共軛相乘處理單元，用于從所述N路第一信號中選取第i路信號和第j路信號，以獲取M組第一信號組合，其中，I彡i彡N，1彡j彡N，i > j，i和j為整數(shù)，M = N.(N-1)/2 ；并將每組第一信號組合中的第i路信號取共軛后與第j路信號相乘，以獲取M個第一共軛乘積。
第二共軛相乘處理單元，用于從所述N路第二信號中選取第i路信號和第j路信號，以獲取M組第二信號組合，其中，I彡i彡N，I彡j彡N，i > j，i和j為整數(shù)，M = N.(N-1) /2 ；并將每組第二信號組合中的第i路信號取共軛后與第j路信號相乘，以獲取M個第二共軛乘積。
12.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述輸出因子更新模塊包括: 第三共軛相乘處理單元，用于分別對當前N路輸出因子中的每不同兩路因子進行共軛相乘處理，以獲取M個共軛輸出因子； 因子相乘單元，用于將更新后的M個累計值中的每個數(shù)值分別與所述M個共軛輸出因子中的對應因子相乘； 組合獲取單元，用于從相乘后的M個結果中獲取每組為N-1個數(shù)值的N種組合；因子更新單元，用于將每種組合中的N-1個數(shù)值相加，并對相加后的N個數(shù)值進行模值歸一化處理后獲取N路輸出因子的更新值，以利用所述更新值更新當前N路輸出因子。
13.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述第三共軛相乘處理單元，具體用于從當前N路輸出因子中選取第i路因子和第j路因子，以獲取M組輸出因子組合，其中，I≤i≤N，I≤j≤N，i > j，i和j為整數(shù)，M = N.(N-1)/2 ;并將每組輸出因子組合中的第i路因子取共軛后與第j路因子相乘，以獲取M個共軛輸出因子。
14.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述組合獲取單元，具體用于從相乘后的M個結果中取除第K個數(shù)值以外的第I到第N個數(shù)值中N-1個數(shù)值作為第K種組合，以獲取數(shù)值K的N種取值分別對應的N種組合其中，K為整數(shù)，N ^ K ^ 10
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多信號流的信號合成方法和裝置，所述方法包括利用N個天線同時接收N路第一信號；根據(jù)N路第一信號被寫入的緩存地址分別輸出N路第二信號和N路第三信號；分別對N路第一信號和N路第二信號中的每不同兩路信號進行共軛相乘處理，以獲取M個第一共軛乘積和M個第二共軛乘積；將M個第一共軛乘積中的每個數(shù)據(jù)分別與當前M個累計值中的對應值相加，并將M個相加值與M個第二共軛乘積中的對應值相減，以利用相減后的M個值更新當前M個累計值；利用更新后的M個累計值更新當前N路輸出因子；將更新后的N路輸出因子分別與N路第三信號中的對應數(shù)值相乘，并將相乘后得到的N個乘積相加，以將相加后的數(shù)據(jù)作為合成信號。
文檔編號H04B7/08GK103178894SQ20131004480
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權日2013年2月4日
發(fā)明者張效義, 胡赟鵬, 沈彩耀, 沈智翔, 蔡振浩, 張凱, 涂啟輝, 姚祥文 申請人:中國人民解放軍信息工程大學