數(shù)據(jù)信號（上行信號）記 為S1，帶寬512K bit/s ;直升機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信號（下行信號）記為S2,帶寬40M bit/s，兩信號 功率相差26dB (地面站發(fā)送信號功率大）。衛(wèi)星為透明轉(zhuǎn)發(fā)，地面站接收為混合信號S1+S2。 通過本發(fā)明所述在地面站重構(gòu)自干擾信號S1，從混合信號中消除自干擾信號之后得到有用 信號（直升機(jī)信號）S2。
[0043] 如圖1所示，包含了 APCMA技術(shù)實(shí)現(xiàn)中自干擾信號的重構(gòu)與抵消的流程，包括以下 步驟：
[0044] (1)衛(wèi)星地面站接收的混合信號為寬帶信號，為本地發(fā)送的自干擾信號Sl以及有 用信號S2之和S1+S2,對其進(jìn)行降采樣率M倍處理，與本地緩存發(fā)送數(shù)據(jù)信號速率相匹配，
[0045] (2)本地緩存發(fā)送數(shù)據(jù)信號根據(jù)接收混合信號的延時(shí)進(jìn)行延時(shí)調(diào)整，該延時(shí)參數(shù) 可以根據(jù)具體的應(yīng)用系統(tǒng)情況設(shè)定，
[0046] (3)將降采樣率后的接收混合信號和延時(shí)調(diào)整后的本地緩存發(fā)送數(shù)據(jù)信號作為輸 入，重構(gòu)自干擾信號。主要運(yùn)用了 LMS自適應(yīng)濾波器的方法，通過迭代處理達(dá)到滿足需求的 信號重構(gòu)效果，
[0047] (4)對于得到的重構(gòu)自干擾信號進(jìn)行升采樣率處理，與步驟（1)相對應(yīng)。使得重構(gòu) 的自干擾信號與接收的原始混合信號速率匹配。
[0048] (5)自干擾信號消除：從接收到的混合信號中減去系統(tǒng)生成的重構(gòu)自干擾信號， 得到所需要的有用信號，在直升機(jī)寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)中有用信號即為直升機(jī)發(fā)送的信號。
[0049] 如圖1所示，包含了 LMS算法重構(gòu)自干擾信號的流程，步驟如下：
[0050] 步驟1 :系統(tǒng)開始為初始化步驟，包括對于權(quán)系數(shù)設(shè)置迭代初值，其迭代初值 ^ 一般設(shè)置為零或者根據(jù)具體系統(tǒng)的調(diào)制情況設(shè)定，如BPSK、QPSK等調(diào)制情況下可將& 設(shè)置為成型濾波器的系數(shù)；此外對于本地發(fā)送數(shù)據(jù)信號也需要緩存K位，K = X L，其中隊(duì) 為所述LMS濾波器的輸入信號與輸出信號的速率比，L為量化位數(shù)，
[0051] 步驟2 :根據(jù)濾波器權(quán)系數(shù)Af/i)與本地緩存發(fā)送數(shù)據(jù)信號χ(η)計(jì)算重構(gòu)的自干擾 i Ah ?曰可 y (η)，（/?).x(n)'，
[0052] 步驟3 :計(jì)算降采樣率后的混合信號d(n)與重構(gòu)信號y(n)之差e(n)，e(n)包含 了降采樣率后的有用信號以及誤差信號，并且e(n)的信號功率遠(yuǎn)小于d(n)與y(n)，
[0053] 步驟4 :根據(jù)本次迭代的e(n)，迭代更新濾波器權(quán)系數(shù) U0 + 1) = _〇 + 2/.，咖》),使得重構(gòu)的自干擾信號與接收的自干擾信號之間的差距越來 越小，而e(n)越來越接近于降采樣率后的有用信號。判斷[e(n)-e(n-l)]> ε是否成立，ε 為誤差e(n)變化幅度的門限值。若[e(n)-e(n-l)]>e成立，則返回步驟2,開始新一輪的 迭代計(jì)算，
[0054] 步驟5 :-直到前后相鄰的兩個(gè)時(shí)刻誤差e (η)的變化幅度彡ε為止，此時(shí)LMS算 法收斂，迭代結(jié)束，輸出重構(gòu)的自干擾信號y (N)。此時(shí)自干擾消除得到的有用信號滿足系統(tǒng) 解調(diào)要求。而此后自適應(yīng)濾波器將隨著本地緩存數(shù)據(jù)信號的輸入，輸出相應(yīng)的重構(gòu)自干擾 信號，在穩(wěn)定收斂的情況下，自適應(yīng)濾波器將跟隨信號變化及時(shí)調(diào)整濾波器系數(shù)，保證系統(tǒng) 自干擾信號的消除效果。
[0055] 如圖2所示，包含了本發(fā)明中所述利用變采樣率與LMS自適應(yīng)濾波器相結(jié)合實(shí)現(xiàn) APCM技術(shù)的裝置的各單元，裝置各單元與流程中各步驟相對應(yīng)。對應(yīng)變采樣率步驟的為升 采樣率CIC插值濾波器和降采樣率CIC抽取濾波器，兩個(gè)濾波器升、降采樣率的倍數(shù)相同都 為M倍，而M的大小根據(jù)實(shí)際應(yīng)用通信系統(tǒng)中上、下行信號的帶寬設(shè)置。延時(shí)調(diào)整單元主要 為緩存模塊，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的信號延時(shí)大小決定緩存數(shù)據(jù)的長度。自適應(yīng)濾波器單元輸入 為降采樣率后的本地接收混合信號d(n)和延時(shí)調(diào)整后的本地緩存發(fā)送信號x(n)，輸出為 重構(gòu)的自干擾信號y(N)。自干擾信號消除單元為一減法器，完成從混合信號S1+S2中減去 重構(gòu)得到的自干擾信號Sl的功能。裝置的輸出為自干擾信號抵消后的有用信號S2。
[0056] 如圖3所示為應(yīng)用本發(fā)明所述的直升機(jī)寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)仿真結(jié)果（LMS自適應(yīng) 濾波器e(n)信號曲線）。其中本地地面站發(fā)送信號（上行信號）記為S1，帶寬512K bit/ s ;直升機(jī)發(fā)送信號（下行信號）記為S2,帶寬40M bit/s，兩信號功率相差26dB (地面站發(fā) 送信號功率大）。自適應(yīng)濾波器為64階（升采樣8倍、量化位數(shù)8位），而升降采樣率濾波 器的升降倍數(shù)M = 8,采用升降采樣率結(jié)合LMS自適應(yīng)濾波器的發(fā)明設(shè)計(jì)相比于僅僅使用自 適應(yīng)濾波器的方法其濾波器階數(shù)從512降低為64,縮小8倍。而從圖示仿真結(jié)果可以看出 自適應(yīng)濾波器快速收斂并維持穩(wěn)定，最終的e (η)信號穩(wěn)定在一定程度上不再變化，即為發(fā) 明中所述降采樣率后的有用信號。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于LMS和變采樣率的非對稱載波多址通信的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：是在由使用 相同的上、下行通信鏈路但功率、帶寬均非對稱的兩個(gè)衛(wèi)星地面站和空間衛(wèi)星共同組成的 非對稱載波多址通信系統(tǒng)中依次按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的： 步驟（1):在本地衛(wèi)星地面站中構(gòu)建一個(gè)基于最小均方值LMS算法，簡稱LMS和變采樣 率的非對稱載波多址技術(shù)，APCMA的自干擾信號重構(gòu)及形成裝置，包括：時(shí)延調(diào)整用的緩存 單元，簡稱時(shí)延調(diào)整單元；重構(gòu)自干擾信號用的LMS自適應(yīng)濾波器，簡稱LMS濾波器；升采 樣率作用的CIC插值濾波器；降采樣率作用的CIC抽取濾波器和自干擾信號消除用的減法 器，簡稱減法器，其中： 時(shí)延調(diào)整單元，輸入為本地緩存的發(fā)送數(shù)據(jù)信號（S1)和信號傳輸延時(shí)I，單位為秒， 輸出為時(shí)延調(diào)整到時(shí)刻n的本地緩存的發(fā)送數(shù)據(jù)信號x(n)， 降采樣率的CIC抽取濾波器，輸入為作為接收方的本地衛(wèi)星地面站收到的混合信號 (S1+S2)，所述混合信號d(n)包括所述本地衛(wèi)星地面站發(fā)出的所述本地緩存的發(fā)送數(shù)據(jù)信 號（S1)和所述衛(wèi)星發(fā)出的，來自于發(fā)射方衛(wèi)星地面站的有用信號（S2)，輸出為降采樣率倍 數(shù)為M的混合信號d(n)， 升采樣率的CIC插值濾波器，輸入為經(jīng)所述LMS濾波器重構(gòu)的自干擾信號y(n)，輸出 為經(jīng)M倍升采樣率處理后速率已與接收的所述混合信號（S1+S2)相匹配的重構(gòu)自干擾信號 y(n)，LMS算法迭代收斂后再數(shù)值上等于所述的本地緩存的發(fā)送數(shù)據(jù)信號（S1)， 減法器，輸入為信號速率已經(jīng)過所述升采樣率CIC插值濾波器匹配的重構(gòu)的所述本 地緩存的發(fā)送數(shù)據(jù)信號（S1)和接收到的混合信號（S1+S2)共兩個(gè)信號，輸出為有用信號 (S2)， LMS濾波器，設(shè)有：最小均方值LMS算法軟件，輸入為經(jīng)過時(shí)延調(diào)整的本地緩存的發(fā) 送數(shù)據(jù)信號x(n)和降采樣率后的混合信號d(n)，輸出為重構(gòu)的自干擾信號y(N)，n= 1，2,3…N，N為迭代收斂時(shí)刻，y(N)為迭代收斂后的重構(gòu)自干擾信號，N在數(shù)值上等于迭代 次數(shù)， 步驟（2):所述基于LMS和變采樣率的APCMA多址技術(shù)的通信子系統(tǒng)依次按照以下步 驟實(shí)現(xiàn)所述的非對稱載波多址通信： 步驟（2. 1):所述LMS濾波器初始化，設(shè)定： 所述LMS濾波器的階數(shù)為K，K=M^XL，其中隊(duì)為所述LMS濾波器的輸入信號與輸出 信號的速率比，L為量化位數(shù)， i為所述LMS濾波器的系數(shù)，簡稱權(quán)系數(shù)，是一個(gè)復(fù)數(shù)矩陣。初始化"為零，或?yàn)橹辽? 包括BPSK或QPSK調(diào)制時(shí)用的成型濾波器的系數(shù)， e為誤差e(n)變化幅度的門限值，是設(shè)定的在N次迭代過程中，e(n) =d(n) -y(n)，e(n)為降采樣率后的接收混合信號d(n)與重構(gòu)的自干擾信號y(n)在n時(shí)刻的差，包含了 降采樣率后的有用信號以及誤差信號， 權(quán)系數(shù)u.的自適應(yīng)更新公式：w(/7X?-l) + 2//e(n-l)x(n-l>，其中y為迭代步長， 是設(shè)定值，e(n-l) =d(n-l)-y(n-l)是時(shí)刻（n- 1)時(shí)的誤差，d(n- 1)、y(n- 1)分別是時(shí) 刻（n- 1)時(shí)的降采樣率后的混合信號和重構(gòu)自干擾信號， 步驟（2. 2):初始時(shí)刻nQ=0，u，(n〇)、d(nQ)、y(nQ)、e(n。）皆為零， 步驟（2.3):在時(shí)刻n，本地衛(wèi)星地面站把從衛(wèi)星接收到的混合信號（Sl(n)+S2(n))經(jīng) 降采樣率處理后得到的混合信號d(n)， 步驟（2.4):所述LMS濾波器把輸入的所述降采樣率后的混合信號d(n)和經(jīng)過時(shí)延調(diào) 整后的本地緩存的發(fā)送數(shù)據(jù)信號x(n)用LMS算法按以下步驟處理后輸出一個(gè)重構(gòu)過程中 的自干擾信號y(n): 步驟（2.4.1):計(jì)算誤差6〇1)=(1(11)1(11)，其中1.丨4 = ,1,丨/:^.:^[^，11表示共輒轉(zhuǎn)置，步驟（2.4.2):判斷[e(n)-e(n-l)]>e是否成立。若[e(n)-e(n-l)]>e成立，則返 回步驟（2. 3)，在時(shí)刻（n+1)時(shí)，重復(fù)步驟（2. 4)計(jì)算e(n+1) =d(n+1)-y(n+1)，其中：步驟（2. 4. 3):判斷[e(n)-e(n-1) ] >e是否成立， 如此重復(fù)計(jì)算步驟（2. 4. 1)~步驟（2. 4. 3) -直到前后相鄰的兩個(gè)時(shí)刻誤差e(n)的 變化幅度彡e為止，此時(shí)LMS算法收斂，迭代結(jié)束，輸出重構(gòu)的自干擾信號y(N)， 步驟（2.5):把步驟（2.4)最后得到的重構(gòu)自干擾信號y(N)經(jīng)過升采樣處理后的得到 所述經(jīng)過重構(gòu)的本地緩存的發(fā)送數(shù)據(jù)信號（S1)， 步驟（2.6):所述減法器對從衛(wèi)星接收到的混合信號（S1+S2)和從所述升采樣CIC插 值濾波器接收到的經(jīng)過重構(gòu)的本地緩存的發(fā)送數(shù)據(jù)信號（S1)進(jìn)行減法處理，得到有用信 號（S2)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LMS和變采樣率的非對稱載波多址通信的實(shí)現(xiàn)方法，其 特征在于：所述的空間衛(wèi)星是偵察衛(wèi)星或者是至少包括直升機(jī)、無人偵察機(jī)或遠(yuǎn)程大型偵 察在內(nèi)的任何一款偵察用的飛行器。
【專利摘要】基于LMS和變采樣率的非對稱載波多址通信的實(shí)現(xiàn)方法屬于衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于在非對稱載波多址衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，在每一個(gè)參與通信的衛(wèi)星地面站中設(shè)立一個(gè)以最小均方值LMS算法為核心、再輔之以變采樣率技術(shù)的基于自適應(yīng)濾波器的通信裝置，實(shí)現(xiàn)了自干擾信號的重構(gòu)。在迭代時(shí)，以濾波器系數(shù)向量綜合模擬了本地發(fā)送數(shù)據(jù)從成型濾波到信道傳輸以及返回過程中在幅度、相位、頻率的變化，使重構(gòu)信號在允許變化范圍內(nèi)逼近接收到的自干擾信號，相對于獨(dú)立的參數(shù)估計(jì)方法，極大地簡化了復(fù)雜度，通過變采樣率方法降低了濾波器階數(shù)，加快了收斂速度，提高了運(yùn)算效率。
【IPC分類】H04B7/185, H04L25/03, H04L25/02
【公開號】CN105119646
【申請?zhí)枴緾N201510393834
【發(fā)明人】倪祖耀, 張劍, 匡麟玲, 張晉華, 陸建華
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月7日