具有不同波束形成网络和非线性滤波以减轻干扰的天线阵列系统技术方案

本发明专利技术公开了一种天线阵列系统，该天线阵列系统包括输出N个天线信号的N≥2个天线元件的天线阵列；耦合到天线阵列的干扰源归零波束形成网络(IN

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有不同波束形成网络和非线性滤波以减轻干扰的天线阵列系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2018年8月3日提交于美国专利商标局的美国临时申请第62/714547号的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文。


[0003]本公开整体涉及天线阵列，并且更具体地涉及用于减轻由天线阵列接收的干扰信号并由此改善所接收的期望信号的信号质量的技术。
[0004]相关领域的讨论
[0005]采用N个天线元件(N＝两个或更多个)的天线阵列的天线系统可能偶尔面临准确地恢复由在具有N个较强干扰信号(可互换地称为“干扰信号”)的噪声环境中接收的弱期望信号携带的信息的操作挑战。此外，期望信号和/或N个干扰信号可从未知方向到达天线阵列。即，干扰信号可具有不同的未知空间特征向量。此外，干扰信号和期望信号可在时域和频域中部分地或完全地重叠。
[0006]用以衰减干扰信号的传统信号处理方法，诸如采用线性空间滤波或传统切除算法的那些方法，通常不能在这样的环境中恢复期望信号，而不使其信号质量和信噪比不令人满意地降低。

技术实现思路

[0007]在本专利技术所公开的技术的一方面，天线阵列系统包括输出N个天线信号的N≥2个天线元件的天线阵列；耦合到天线阵列的干扰源归零波束形成网络(IN
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BFN)；耦合到IN
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BFN的N个非线性滤波器；以及期望信号BFN。IN
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BFN可包括N个“零位波束形成网络”(零位BFN)以生成N个零位信号，每个零位BFN将相应的归零波束权重集应用于N个天线信号以生成N个零位信号中的相应一个零位信号。每个相应的归零波束权重集对应于不同的相应(N
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1)个零位的集合。N个非线性滤波器中的每个非线性滤波器可对N个零位信号中的相应一个零位信号进行滤波以提供N个经滤波信号中的相应一个经滤波信号。期望信号BFN可以将期望信号波束权重集应用于N个经滤波信号以生成输出信号。
[0008]天线阵列系统能够通过相对于期望信号显著衰减干扰信号来改善具有N个更强干扰信号的环境中的期望弱信号的信号质量。N个干扰信号可各自从不同方向到达天线阵列。
[0009]在另一方面，用于抑制由同时接收期望信号的天线阵列接收的多个干扰信号的方法涉及：从包括N个天线元件的天线阵列接收N个天线信号，其中N大于一。获得干扰信号在天线阵列上的相应到达方向。将多个归零波束权重集中的每个归零波束权重集应用于耦合到天线阵列的干扰源归零波束形成网络的N个零位BFN中的相应一个零位BFN，以生成N个零位信号。每个归零波束权重集对应于与到达方向中的(N
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1)个到达方向相对应的(N
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1)个独立零位的不同相应集，使得在每个零位信号内，干扰信号中的(N
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1)个干扰信号相对于干扰信号中的剩余一个干扰信号和期望信号中的每一者被抑制。使用N个非线性滤波器中的相
应一个非线性滤波器对N个零位信号中的每个零位信号进行滤波，以抑制相对于期望信号的干扰信号中的相应剩余一个干扰信号，从而生成N个经滤波信号。N个经滤波信号被组合以生成对应于期望信号的输出信号。
附图说明
[0010]通过以下结合附图的详细描述，所公开的技术的以上和其他方面和特征将变得更加明显，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件或特征。相同或相似类型的各种元件可通过将参考标号直接附有第二标签或附有区分相同/相似元件的破折号和第二标签(例如，
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1、
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2)来区分。然而，如果给定描述仅使用第一参考标签，则其适用于具有相同第一参考标签的相同/类似元件中的任一者，而与第二参考标签无关。
[0011]图1是根据实施方案的天线阵列系统的功能框图。
[0012]图2是图1的天线阵列系统的实施方案的示意性框图。
[0013]图3A、图3B和图3C是相应示例性天线阵列系统的框图，其中处理器/控制器被配置为检测干扰信号并计算它们在天线阵列上的到达角。
[0014]图4示出了曲线图，其示出根据实施方案的天线阵列系统中的各种信号的示例性部件。
[0015]图5是由天线阵列系统执行的用于减轻干扰信号的示例性方法的流程图。
[0016]图6是示出到达示例性天线阵列系统的天线阵列的示例性信号的示意图。
[0017]图7A、图7B和图7C各自示出了由示例性天线系统建立的对应扫描角度情况的示例性辐射图案的相应曲线图。
[0018]图8是示出示例性天线阵列系统中不同扫描角度设置的天线接收信号功率的标准偏差的示例的示意图，以示出确定干扰信号的到达方向的示例性方法。
[0019]图9是天线接收信号功率与空间信号向量θ的标准偏差的示例性曲线图，示出了确定干扰信号的到达方向的示例性技术。
[0020]图10是由天线阵列系统执行的用于减轻干扰信号的示例性方法的流程图。
具体实施方式
[0021]为了进行示意性的说明，参考附图提供以下描述以帮助全面理解本文所公开的技术的某些示例性实施方案。该描述包括各种具体细节以帮助本领域的普通技术人员理解该技术，但这些细节应被视为仅是示例性的。当包括公知功能和结构的描述可能使技术人员对本技术的理解模糊时，为了清楚和简洁，可省略公知功能和结构的描述。
[0022]在本文中，“基本上”仅包含一个或多个特定信号的分量的信号意味着该信号还可以以最小量包含一个或多个其他信号的分量，这不排除使用该信号来实现其意图提供的目的。例如，在一些实施方案中，一个或多个其他信号的分量可比一个或多个特定信号的分量低至少10dB。作为另一个示例，在一些实施方案中，一个或多个其他信号的分量可比一个或多个特定信号的分量低至少20dB。作为又一个示例，在一些实施方案中，一个或多个其他信号的分量可比一个或多个特定信号的分量低至少30dB。
[0023]在本文中，术语“非线性滤波器”是指其输出信号不是其输入信号的线性函数的滤波器。如本文所述的非线性滤波器对输入信号的量值进行滤波以移除输入信号的恒定包络
分量。输入信号可以是恒定包络干扰信号和期望信号的叠加。非线性滤波器移除输入信号的干扰信号分量，从而生成包含输入信号的期望信号分量的输出信号。在这样的情况下，即使干扰信号的振幅较高并且在时域和频域中与期望信号重叠，非线性滤波器也可恢复输入信号内的期望信号。
[0024]本文所述的实施方案提供了具有N个天线元件(其中N大于或等于2)的天线阵列系统，该天线元件可减轻(例如，抑制或移除)由相对于期望信号的至多N个干扰信号引起的干扰。如下文更详细所述，可将来自N个天线元件的N个天线信号提供给“干扰源归零波束形成网络”(IN
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BFN)的N个不同“零位波束形成网络”(零位BFN)中的每一者。每个零位BFN将相应的归零波束权重集应用于N个天线信号以生成相应的零位信号。相应的归零波束权重集对应于N个天线信号的对应天线图案的N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种天线阵列系统，包括：天线阵列，所述天线阵列包括输出N个天线信号的N个天线元件，其中N大于一；干扰源归零波束形成网络，所述干扰源归零波束形成网络耦合到所述天线阵列并且包括N个零位波束形成网络(零位BFN)以生成N个零位信号，所述N个零位BFN中的每个零位BFN将相应的归零波束权重集应用于所述N个天线信号以生成所述N个零位信号中的相应一个零位信号，其中每个相应归零波束权重集对应于(N
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1)个独立零位的不同相应集；N个非线性滤波器，所述N个非线性滤波器耦合到所述干扰源归零波束形成网络，每个非线性滤波器对所述N个零位信号中的相应一个零位信号进行滤波以提供N个经滤波信号中的相应一个经滤波信号；和期望信号波束形成网络，所述期望信号波束形成网络将期望信号波束权重集应用于所述N个经滤波信号以生成输出信号。2.根据权利要求1所述的天线阵列系统，其中：所述N个零位信号中的每个零位信号包括(i)干扰信号分量；和(ii)由所述天线阵列系统接收的期望信号的期望信号部分；并且所述N个非线性滤波器中的每个非线性滤波器相对于所述期望信号部分衰减所述N个零位信号中的所述相应一个零位信号的所述干扰信号分量。3.根据权利要求2所述的天线阵列系统，其中来自所述N个非线性滤波器中的每个非线性滤波器的N个经滤波信号中的所述相应一个经滤波信号不是所述N个零位信号中的所述相应一个零位信号的线性函数。4.根据权利要求1所述的天线阵列系统，还包括控制器，所述控制器用以为所述零位BFN中的每个零位BFN生成所述相应的归零波束权重集，并且还为所述期望信号BFN生成所述期望信号波束权重集。5.根据权利要求4所述的天线阵列系统，其中所述零位BFN中的每个零位BFN的所述相应归零波束权重集基于干扰信号在所述N个天线信号内的到达方向。6.根据权利要求5所述的天线阵列系统，其中所述控制器进一步用以检测所述干扰信号并确定所述干扰信号在所述天线阵列上的所述到达方向。7.根据权利要求6所述的天线阵列系统，其中所述控制器基于分别对应于在所述零位BFN中的对应至少一个零位BFN中形成的测试扫描波束获得的所述至少一个零位信号的样本的统计参数的实例的分析来检测所述干扰信号及其所述到达方向。8.根据权利要求7所述的天线阵列系统，其中所述统计参数为标准偏差，并且所述控制器通过识别所述样本在空间测试区域上的标准偏差的局部最小值来检测干扰信号的到达方向，所述局部最小值被确定为对应于在干扰信号的到达角处具有零位的多个连续测试扫描波束中的测试扫描波束，其中对应于所述测试扫描波束的波束权重集被设置用于在所述零位BFN中的至少一个零位BFN中接收后续信号。10.根据权利要求1所述的天线阵列系统，其中所述干扰源归零波束形成网络、所述非线性滤波器和所述期望信号波束形成网络中的每一者包括模拟电路。11.根据权利要求1所述的天线阵列系统，其中所述干扰源归零波束形成网络、所述非线性滤波器和所述期望信号波束形成网络中的每一者是虚拟元件，所述虚拟元件具有由数字电路实现的相应功能。
12.根据权利要求1所述的天线阵列系统，还包括控制器，所述控制器用以在干扰信号的数量等于N时在第一模式下操作所述天线系统，并且在干扰信号的所述数量小于N时在第二模式下操作所述天线系统。13.根据权利要求12所述的天线阵列系统，其中：在所述第一模式下，所述控制器向所述零位BFN中的每个零位BFN提供所述相应归零波束权重集，并且向所述期望信号波束形成网络提供所述期望信号波束权重集；并且在所述第二模式下，所述控制器向所述零位BFN中的特定零位BFN提供集合波束权重集，其中所述集合波束权重集对应于与所述干扰信号的到达方向对齐的独立零位以及与期望信号的到达方向对齐的波束峰值。14.一种用于抑制由同时接收期望信号的天线阵列接收的多个干扰信号的方法，所述方法包括：从包括N个天线元件的天线阵列接收N个天线信号，其中N大于一；获得所述干扰信号在所述天线阵列上的相应到达方向；将多个归零波束权重集中的每个归零波束权重集应用于耦合到所述天线阵列的干扰源归零波束形成网络的N个零位波束形成网络(零位BFN)中的相应一个零位波束形成网络，以生成N个零位信号，其中每个归零波束权重集对应于与所述到达方向中的(N
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1)个到达方向相对应的(N
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1)个独立零位的不同相应集，使得在每个零位信号内，所述干扰信号中的(N
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1)个干扰信号相对于所述干扰信号中的剩余一个干扰信号和所述期望信号中的每一者被抑制；使用N个非线性滤波器中的相应一个非线性滤波器对所述N个零位信号中的每个零位信号进行滤波，以抑制相对于所述期望信号的所述干扰信号中的相应剩余一个干扰信号，从而生成N个经滤波信号；以及组合所述N个经滤波信号以生成对应于所述期望信号的输出信号。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述获得所估计的相应到达方向包括从外部系统接收所估计的相应到达方向。16.根据权利要求14所述的方法，其中所述获得所估计的相应到达方向包括：耦合来自所述天线阵列和包含所述输出信号的信号路径之间的至少一个信号路径的信号能量以提供至少一个耦合信号；对所述耦合信号进行采样以提供样本序列；以及使用所述样本序列计算所述到达方向。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述使用所述样本序列计算所述到达方向包括分析分别对应于在所述零位BFN中的对应至少一个零位BFN中形成的测试扫描波束获得的所述样本序列的统计参数的实例。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述统计参数为标准偏差，并且所述计算所述到达方向还包括识别所述样本在空间测试区域上的标准偏差的局部最小值，其中所述局部最小值被确定为对应于在干扰信号的到达角处具有零位的多个连续测试扫描波束中的测试扫描波束，并且所述方法还包括设置对应于所述测试扫描波束的波束权重集以用于在所述零位BFN中的至少一个零位BFN中接收后续信号。
19.根据权利要求14所述的方法，其中由所述天线阵列系统接收的所述N个干扰信号中的每个干扰信号具有比所述期望信号更大的量值。20.根据权利要求14所述的方法，其中由所述天线阵列系统接收的所述N个干扰信号中的每个干扰信号的量值为所述期望信号的量值的至少十倍。21.根据权利要求14所述的方法，其中所述N个干...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：维尔塞特公司，
类型：发明
国别省市：