[发明专利]一种快速LMS自适应波束形成的方法

说明书

本发明公开了一种快速LMS自适应波束形成的方法，旨在公开一种计算快速、稳态失调小的波束形成方法，其算法为首先进行权值的初始化设置，确定算法初始化条件；然后程序开始获取输入信号以及参考信号的值，对信号进行滤波、误差估计和变步长，求出权值更新向量。并判断其是否收敛，若不收敛，则返回对输出进行滤波处理，若收敛，则算法结束。此方案适用于60GHz无线通信系统。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种应用于60GHz无线通信系统的快速LMS自适应波束形成的方法。

背景技术

智能天线能有效地提高频谱的利用率，是解决频率资源匮乏的一种有效途径，同时还可以提高系统容量和通信质量。它最初广泛应用于雷达声纳等军用领域，由于价格等因素一直未能普及到其他通信领域。经过多年的发展，技术越来越成熟。近年来，将它应用到民用移动通信中的研究也越来越受到关注。

智能天线的核心技术之一就是自适应数字波束形成技术。数字波束形成技术是将天线与数字信号处理技术相结合，利用空间特性来改进接收系统输出信噪比的，通过软件编程在自适应信号处理器上实现的。它不用对硬件做任何操作，只需通过修改软件，就可以方便地更新系统，以适应不同环境和不同应用场合的要求。数字波束形成智能天线可通过自适应算法调整加权值，任意改变方向图，在有用信号方向形成主波束，而在其它用户方向增益较低或形成零陷，减少了其它用户所引起的多址干扰，同时还可以降低接收信号的衰落程度，提高系统性能。

步长、信号到达角、阵元个数和阵元间距都会对60GHz无线通信天线输出有影响。当系统确定后，步长、信号到达角、阵元个数和阵元间距等参数就已经确定了，影响因素就只剩下步长因子了，步长因子对算法的收敛速度影响很大。步长的合理选择将对算法的收敛速度、对时变天线阵系统的跟踪速度和稳态误差等产生直接的影响。为了能够精确定位感兴趣的信号，可以通过减小步长来实现，但是太小的步长又将会降低算法的收敛速度，不能使天线阵及时调整到最优权值矢量。这一内在的矛盾使得固定步长的自适应LMS(最小均方)算法在收敛速度和稳态误差之间不能同时满足，实际应用时，必须合理选择步长，权衡两个性能之间的关系步长因子的取值对算法的性能起到至关重要的作用。作为调控算法迭代过程中的唯一变量，步长因子的取值是影响自适应LMS算法收敛速度快慢的至关重要原因。因此，自适应LMS算法性能的改进也都围绕着步长因子而进行研究。

传统的LMS算法由于采用的是固定步长因子，算法在收敛速度、稳态失调以及对时变系统的跟踪能力之间存在着很大的矛盾。即小的步长因子能够保证算法进入稳态后具有较小的失调误差，但是算法收敛速度很差，并且对时变系统的跟踪能力也会变差；另一方面，大点的步长因子虽说确保了算法具有较快的收敛速度以及良好的时变系统的跟踪能力，但是这以大的稳态失调作为代价。为了解决这对矛盾，变步长LMS算法应运而生，该类算法的基本思想是，当更新权系数距离最佳权系数较远时，选取较大的步长，以此加快算法的收敛速度以及对时变系统的跟踪能力；当更新权系数接近最佳权系数时，釆用小步长，保证算法在进入稳态之后具有小的失调。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的一些变步长LMS算法仍然不能很好地解决固定步长自适应滤波算法存在的收敛速度、跟踪速度和收敛精度之间的矛盾等技术问题，提供一种应用于60GHz无线通信系统的快速LMS自适应波束形成计算方法，能在具有较高的收敛速度、跟踪速度同时确保收敛精度。

本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种快速LMS自适应波束形成的方法，包括以下步骤：

S01、天线阵接收原始信号X(n)，n＝1，2，……，N；

S02、对权向量W(n)进行初始化设置；

S03、计算天线阵的输出y(n)＝W^H(n)X(n)；

S04、计算天线阵的误差e(n)＝d(n)-X^T(n)W(n)；