一种基于时变多通道自干扰消除的自适应滤波方法与流程

1.本发明涉及一种基于时变多通道自干扰消除的自适应滤波方法，该方法属于卫星通信接收领域一种多通道自干扰的同步消除方法，特别适用于复杂多变环境下的通信多通道自干扰的消除。


背景技术：

2.遥感卫星高速星地数据传输系统中，幅频/群时延等信道特性不理想、i/q正交不平衡、左右旋极化隔离度低、多ad采样通道失配等因素，造成了同一通道前后码元、正交通道和极化通道之间码元的信号自干扰，降低了接收系统的误码率性能，影响了信息传输质量。目前，基带自干扰的方法主要有单路或多路自适应线性抵消和非线性抵消的方法，自适应抵消的方法通过动态调整步长和增益实现自干扰的抵消；非线性抵消的方法通过对功放的建模补偿，提升自干扰的抑制能力。但是，这些传统的方法对于时变信道的补偿能力较差，传统的多通道自干扰消除技术性能下降严重，甚至不能实现自干扰的抑制。


技术实现要素：

3.本发明的目的是：针对卫星通信中频谱资源日趋紧张，频谱复用容易形成自干扰的问题，提出一种基于时变多通道自干扰消除的自适应滤波方法，采用基于信道信噪比实时估计的自适应滤波方法对星地传输信道中的码元之间的自干扰进行抑制，增加动态接收载体的噪声容忍限度。该方法采用其他信道数据辅助当前信道进行自干扰消除，卫星通信接收端自干扰消除技术的新突破。
4.本发明的目的是这样实现的：
5.一种基于时变多通道自干扰消除的自适应滤波方法，包括以下步骤：
6.（1）滤波参数的初始化：设定滤波初始权值系数向量，其中表示左旋同相信号的初始加权系数，表示左旋正交信号的初始加权系数，表示右旋同相信号的初始加权系数，表示右旋正交信号的初始加权系数；假设为单通道滤波器阶数，则滤波器的总阶数为，初始滤波代价函数为，其中，，其中表示对角线上有个1，表示该向量有个零组成；
7.（2）接收左旋同相接收信号、左旋正交接收信号、右旋同相接收信号、右旋正交接收信号，并离散化；接收的四个信号表示为，n表示离散时刻，n≥1，其中：
[0008][0008][0008][0008][0009]
若，则，表示接收左旋同相接收信
号、左旋正交接收信号、右旋同相接收信号、右旋正交接收信号的第个元素，；
[0010]
（3）计算时刻的权值调整系数
[0011][0012]
其中, 为接收信号的信噪比，，，，为滤波调整系数，为滤波调整因子；
[0013]
（4）计算时刻左旋同相接收信号滤波后的输出
[0014][0015]
其中，表示向量的共轭转置；
[0016]
（5）设时刻左旋同相接收信号的期望信号为，计算期望信号与滤波估计信号输出之差：
[0017][0018]
（6）将期望信号与滤波估计信号输出之差与设定的门限相比较，若，则时刻输出信号已实现自干扰的滤除，若，则第次滤波未实现收敛，等待第次继续对信号进行滤波；
[0019]
（7）根据时刻的滤波权值系数向量、期望信号与滤波估计信号输出之差，计算时刻左旋同相接收通道的滤波权值系数向量，即：
[0020][0021]
其中，表示向量的复共轭；
[0022]
（8）计算时刻的滤波代价函数，即：
[0023][0024]
（9）设
[0025][0025][0025][0025][0026]
重复步骤（3）-（8），实现左旋同相接收信号随时间推进的动态滤波；
[0027]
（10）在左旋正交接收通道、右旋同相接收通道、右旋正交接收通道设置不同的期望信号、、，并行采用步骤（3）-（9）的处理流程，实现不同接收通道自干扰信号的消除。
[0028]
本发明的有益效果在于：
[0029]
1、本发明专利针对时变环境下的卫星通信接收终端多通道接收的自干扰问题，采用实时估计接收信号载噪比，并根据其它通道的信号对当前通道信号进行辅助滤波，多通道并行实现通信信号自干扰的滤除。
[0030]
2、本发明采用实时估计接收信号信噪比结合当前通道滤波其它通道信息辅助的方式，通过多个通道信号的相互约束进行自适应滤波，降低时变环境对卫星通信信号接收自干扰滤波的影响。
[0031]
3、本发明通过实时估计接收信号信噪比结合当前通道滤波其它通道信息辅助，能够在复杂接收环境实现的较快收敛，适用于时变复杂信道的自干扰消除。
[0032]
4、本发明采用迭代的形式实现，计算量相对较小，工程实现相对简单。
附图说明
[0033]
图1为一种基于时变多通道自干扰消除的自适应滤波方法的原理框图。
[0034]
图2为一种基于时变多通道自干扰消除的自适应滤波方法的流程图。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0036]
一种基于时变多通道自干扰消除的自适应滤波方法，其原理如图1所示，流程如图2所示，具体包括如下步骤：
[0037]
（1）滤波参数的初始化：设定滤波初始权值系数向量，其中表示左旋同相信号的初始加权系数，表示左旋正交信号的初始加权系数，表示右旋同相信号的初始加权系数，表示右旋正交信号的初始加权系数。假设为单通道滤波器阶数，则滤波器的总阶数为，初始滤波代价函数为，其中，，其中表示对角线上有个1，表示该向量有个零组成。
[0038]
（2）接收左旋同相接收信号、左旋正交接收信号、右旋同相接收信号、右旋正交接收信号，并离散化；接收的四个信号表示为，n表示离散时刻，n≥1，其中：
[0039][0039][0039][0039][0040]
若，则， 表示接收左旋同相接收信号、左旋正交接收信号、右旋同相接收信号、右旋正交接收信号的第个元素，，通常滤波器的阶数大于5阶，即可实现快速收敛，即,阶数越高滤波效果越好，但是动态性变差、计算量增大，需要根据实际情况选择合适的滤波器阶数。
[0041]
（3）计算时刻的权值调整系数
[0042][0043]
其中, 为接收信号的信噪比， ，，， 为滤波调整系数，为滤波调整因子，通常越大收敛速度越快，越小收敛速度越快；
[0044]
（4）计算时刻左旋同相接收信号滤波后的输出
[0045][0046]
其中，表示向量的共轭转置；
[0047]
（5）设时刻左旋同相接收信号的期望信号为，计算期望信号与滤波估计信号输出之差：
[0048][0049]
（6）将期望信号与滤波估计信号输出之差与设定的门限相比较，其中，，为一个接近于零非常小的数，在实际应用中通常取。若，则时刻输出信号已实现自干扰的滤除，若，则第次滤波未实现收敛，等待第次继续对信号进行滤波；
[0050]
（7）根据时刻的滤波权值系数向量、期望信号与滤波估计信号输出之差，计算时刻左旋同相接收通道的滤波权值系数向量，即：
[0051][0052]
其中，表示向量的复共轭；
[0053]
（8）计算时刻的滤波代价函数，即：
[0054][0055]
（9）设
[0056][0056][0056][0056][0057]
重复步骤（3）-（8），实现左旋同相接收信号随时间推进的动态滤波；
[0058]
（10）在左旋正交接收通道、右旋同相接收通道、右旋正交接收通道设置不同的期望信号、、，并行采用步骤（3）-（9）的处理流程，实现不同接收通道自干扰信号的消除。
[0059]
总之，本发明针对卫星通信频谱资源紧张，单天线接收左旋同相信号、左旋正交信号、右旋同相信号、右旋正交信号容易引起不同信号之间相互干扰特别是接收信号有一定时变性条件下的互扰问题，采用实时估计接收信号信噪比结合当前通道滤波其它通道信息辅助的方式，通过多个通道信号的相互约束进行自适应滤波，降低时变环境对卫星通信信号接收自干扰滤波的影响，提升了复杂环境下卫星通信接收的自干扰消除性能，降低了复杂环境下卫星通信信号接收误码率。

技术特征：
1.一种基于时变多通道自干扰消除的自适应滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）滤波参数的初始化：设定滤波初始权值系数向量，其中表示左旋同相信号的初始加权系数，表示左旋正交信号的初始加权系数，表示右旋同相信号的初始加权系数，表示右旋正交信号的初始加权系数；假设为单通道滤波器阶数，则滤波器的总阶数为，初始滤波代价函数为，其中，，其中表示对角线上有个1，表示该向量有个零组成；（2）接收左旋同相接收信号、左旋正交接收信号、右旋同相接收信号、右旋正交接收信号，并离散化；接收的四个信号表示为，n表示离散时刻，n≥1，其中：其中：其中：其中：若，则，表示接收左旋同相接收信号、左旋正交接收信号、右旋同相接收信号、右旋正交接收信号的第个元素，；（3）计算时刻的权值调整系数其中, 为接收信号的信噪比，，，，为滤波调整系数，为滤波调整因子；（4）计算时刻左旋同相接收信号滤波后的输出其中，表示向量的共轭转置；（5）设时刻左旋同相接收信号的期望信号为，计算期望信号与滤波估计信号输出之差：
（6）将期望信号与滤波估计信号输出之差与设定的门限相比较，若，则时刻输出信号已实现自干扰的滤除，若，则第次滤波未实现收敛，等待第次继续对信号进行滤波；（7）根据时刻的滤波权值系数向量、期望信号与滤波估计信号输出之差，计算时刻左旋同相接收通道的滤波权值系数向量，即：其中，表示向量的复共轭；（8）计算时刻的滤波代价函数，即：（9）设（9）设（9）设（9）设重复步骤（3）-（8），实现左旋同相接收信号随时间推进的动态滤波；（10）在左旋正交接收通道、右旋同相接收通道、右旋正交接收通道设置不同的期望信号、、，并行采用步骤（3）-（9）的处理流程，实现不同接收通道自干扰信号的消除。

技术总结
本发明提出了一种基于时变多通道自干扰消除的自适应滤波方法，属于卫星通信接收领域。本发明针对卫星通信频谱资源紧张，单天线接收左旋同相信号、左旋正交信号、右旋同相信号、右旋正交信号容易引起不同信号之间相互干扰特别是接收信号有一定时变性条件下的互扰问题，采用实时估计接收信号信噪比结合当前通道滤波其它通道信息辅助的方式，通过多个通道信号的相互约束进行自适应滤波，降低时变环境对卫星通信信号接收自干扰滤波的影响，提升了复杂环境下卫星通信接收的自干扰消除性能，降低了复杂环境下卫星通信信号接收误码率。低了复杂环境下卫星通信信号接收误码率。低了复杂环境下卫星通信信号接收误码率。


技术研发人员：范广伟 郝志松 王培南 陈玮 何朝玉 戎纪光 孟岩 徐灿 张文志
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/12