Совмещенная адаптивная антенная решетка и адаптивный эквалайзер канала связи на базе быстрых многоканальных рекурсивных алгоритмов по критерию наименьших квадратов

摘要

Постановка проблемы. Адаптивная антенная решетка (ААР) - это одна из разновидностей направленных антенн. Особенностью ААР является способность подавлять сигналы источников внешних помех. ААР хорошо работает, если отсутствует многолучевое распространение принимаемого полезного сигнала. Устройством, устраняющим эффект многолучевости, является адаптивный эквалайзер. Однако ААР и эквалайзер работают плохо, если помехи и многолучевость присутствуют одновременно. Цель. Представить новое эффективное решение рассматриваемой задачи, заключающееся в использовании ААР, весовые коэффициенты которой совмещены с весовыми коэффициентами части эквалайзера с дробной задержкой без обратной связи, а выходной сигнал комбинируется с выходным сигналом части эквалайзера с обратной связью. Результаты. Рассмотрено устройство, функционирующее как единый адаптивный фильтр, обеспечивающий прием полезного сигнала в условиях его многолучевости и наличия сигналов источников внешних помех. Отмечено, что так как часть эквалайзера с дробной задержкой без обратной связи работает на повышенной частоте дискретизации, а часть эквалайзера с обратной связью работает на частоте дискретизации, совпадающей с частотой следования информационных символов, то вычислительно эффективные быстрые рекурсивные алгоритмы адаптивной фильтрации по критерию наименьших квадратов (Recursive Least Squares, RLS) не могут быть непосредственно использованы в таком устройстве. Для решения данной задачи предложено использовать полифазное представление части эквалайзера без обратной связи. В этом случае архитектура рассматриваемого устройства представляет собой многоканальный адаптивный фильтр с неодинаковым числом весовых коэффициентов в каналах. В работе представлена эта архитектура, а также ее детали в части эквалайзера. Также приведено математическое описание многоканального быстрого RLS-алгоритма адаптивной фильтрации, известного как стабилизированный Fast a Posteriori Sequential Technique (FAEST), приспособленного для вычисления весовых коэффициентов предложенного устройства. Проверка работоспособности этого устройства выполнена путем моделирования линейной антенной решетки с шестнадцатью всенаправленными антеннами при наличии источников помех с отношением сигнал/помеха -30 дБ, при отношении сигнал/шум в каналах решетки 0...30 дБ и при приеме полезного сигнала с фазовой модуляцией Phase Shift Keying (8-PSK), прошедшего через двухлучевой канал связи с провалами порядка -65 дБ в его амплитудно-частотной характеристике. Установлено, что в установившемся состоянии предлагаемое устройство демонстрирует провалы глубиной примерно -100 дБ в диаграмме направленности в направлениях на источники помех и переходный процесс длительностью меньшей длительности 500 символов. Практическая значимость. Предложенные ААР/эквалайзер могут быть использованы в оборудовании современных систем подвижной связи благодаря их способности одновременно ориентировать основной лепесток диаграммы направленности в направлении на источник полезного сигнала без предварительного поиска его углового положения, а также подавлять сигналы помех и межсимвольную интерференцию в выходном сигнале решетки.