Антенная решетка и эквалайзер с обратной связью как единое адаптивное устройство

Виктор Иванович Джиган

doi:10.20535/S002134702109003X

Автор(и)

Виктор Иванович Джиган Институт проблем проектирования в микроэлектронике, Российская академия наук, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0001-7485-1623

DOI:

https://doi.org/10.20535/S002134702109003X

Ключові слова:

адаптивная решетка, эквалайзер без обратной связи, эквалайзер с обратной связью, подавление помех, многолучевость

Анотація

В статье рассмотрена адаптивная антенная решетка (ААР), весовые коэффициенты которой совмещены с весовыми коэффициентами части эквалайзера без обратной связи, а выходной сигнал комбинируется с выходным сигналом части эквалайзера с обратной связью. Такие решетка и распределенный эквалайзер функционируют как единый многоканальный адаптивный фильтр, обеспечивающий прием полезного сигнала в условиях его многолучевости и наличия сигналов источников внешних помех. Представлены архитектура антенной решетки/эквалайзера, математическое описание многоканальных адаптивных алгоритмов его работы: рекурсивного алгоритма по критерию наименьших квадратов RLS (Recursive Least Mean Squares) на основе леммы об обращении матрицы MIL (Matrix Inversion Lemma), QR-разложения и преобразования Хаусхолдера с квадратичной вычислительной сложностью, а также простых алгоритмов по критерию наименьшего квадрата LMS (Least Mean Square), нормализованного LMS-алгоритма NLMS (Normalized LMS) и алгоритма аффинных проекций AP (Affine Projection) с линейной вычислительной сложностью. Результаты моделирования линейной антенной решетки с числом антенн/каналов, равным восьми, принимающей полезный сигнал 16-PSK, прошедший через двухлучевой канал связи, при наличии от одного до четырех источников помех с отношением сигнал–помеха (ОСП) –30 дБ по каждой помехе, при отношении сигнал–шум (ОСШ) в каналах решетки 10–30 дБ, демонстрируют эффективность предлагаемого решения.

Посилання

R.T. Compton. Adaptive antennas. Concepts and performance. Prentice Hall, 1988, 448 p.
S. Chandran, Ed. Adaptive antenna arrays: trends and applications. Springer, 2004, 660 p.
J.E. Hudson. Adaptive array principles. The Institution of Engineering and Technology, 2007, 253 p. 10.1049/PBEW011E
DOI: 10.1049/PBEW011E https://digital-library.theiet.org/content/books/ew/pbew011e 10.1049/SBEW046E
Singh H., R. Jha. “Trends in adaptive signal processing,” International Journal of Antennas and Propagation, February 2012, p. 1–20.10.1155/2012/361768
С.В. Витязев. Цифровые процессоры обработки сигналов. М.: Горячая линия – Телеком, 2017, 100 с.
R. Woods, J. McAllister, G. Lightbody, Yi Ying. FPGA-based implementation of signal processing systems, 2nd ed. Willey, 2017, 360 p. 10.1002/9781119079231
D. Gaydos, P. Nayeri; R. Haupt. “Experimental demonstration of a software-defined-radio adaptive beamformer,” 48-th European Microwave Conference, Madrid, Spain, 23-27 September 2018, 1581–1584. 10.23919/EuMC.2018.8541750
H. Steyskal. “Digital beamforming antennas,” Microwave Journal, January 1987, pp. 107–124.
C. Fulton, M. Yeary, D. Thompson, J. Lake, A. Mitchell, “Digital phased arrays: challenges and opportunities,” Proceedings of the IEEE, vol. 104, March 2016, p. 487–503. 10.1109/JPROC.2015.2501804
M.J. Loomis. “Digital beamforming – a retrospective,” IEEE International Symposium on Phased Array System & Technology, Waltham, MA, USA, 15-18 Oct. 2019, 4 p. 10.1109/PAST43306.2019.9020973
В.И. Слюсарь. “Развитие схемотехники ЦАР: некоторые итоги. Часть 1,” Первая миля/Last Mile, январь 2018, с. 72–77. 10.22184/2070-8963.2018.70.1.72.77
В.И. Слюсарь. “Развитие схемотехники ЦАР: некоторые итоги. Часть 2,” Первая миля/Last Mile, февраль 2018, с. 76–80. https://doi.org/10.22184/2070-8963.2018.71.2.74.78
P.S.R. Diniz. Adaptive filtering algorithms and practical implementation, 4-th ed. Springer Science + Business Media, 2013, 652 p.
В.И. Джиган. Адаптивная фильтрация сигналов. Теория и алгоритмы. М.: Техносфера, 2013, 528 с.
S. Haykin. Adaptive filter theory, 5-th ed. Pearson Education Inc., 2014, 889 p.
S. Qureshi. “Adaptive equalization,” Proceedings of the IEEE, vol. 73, September 1985, p. 1349–1387. 10.1109/PROC.1985.13298
E. Perahia, G.J. Pottie. “Adaptive antenna arrays and equalization for indoor digital radio,” Proceedings of the International Conference on Communications, Dallas, USA, 23-27 June 1996, p. 592–597. 10.1109/ICC.1996.542265
F. Choy, M. Cherniakov. “Combinations of adaptive antennas and adaptive equalizers for mobile communications,” IEEE Region 10 Annual Conference. Speech and Image Technologies for Computing and Telecommunications, Brisbane, Australia, 4 December 1997, p. 497–500. 10.1109/TENCON.1997.648253
J.-Y. Lee, H. Samueli. “Adaptive antenna arrays and techniques for high bit-rate QAM receivers,” IEEE Journal on Selected Areas in Communication, vol. 17, April 1999, p. 677–688. 10.1109/49.761044
M.-L Leou, C.-C. Yeh, H.-J. Li. “A novel hybrid of adaptive array and equalizer for mobile communications,” IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 49, January 2000, p. 1–10. 10.1109/25.820692
K. Maruta, C.–J. Ahn. “Uplink interference suppression by semi-blind adaptive array with decision feedback channel estimation on multicell massive MIMO systems,” IEEE Transactions on Communications, vol. 66, December 2018, p. 1–10. DOI: 10.1109/TCOMM.2018.2863679
J. Wu, X. Tang, Z. Li, C. Li,F. Wang. “Cascaded interference and multipath suppression vethod using array antenna for GNSS receiver,” IEEE Access, vol. 7, 2019, p. 69274-69282. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2918775
Джиган В.И. “Адаптивная антенная решетка для приема сигналов в условиях помех и многолучевости,” Цифровая обработка сигналов, 2019, №4, с. 20–27.
И.Д. Плетнева, В.И. Джиган. “Моделирование обработки сигналов в цифровых антенных решетках,” Исследования в области цифровых систем связи (Межвузовский сборник). М.: Изд. МИЭТ, 2007, с. 36–43.