В. И. Джиган

 Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН (Москва, Зеленоград, Россия)

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

Джиган В.И. Совмещенная адаптивная антенная решетка и адаптивный эквалайзер канала связи на базе быстрых многоканальных рекурсивных алгоритмов по критерию наименьших квадратов // Антенны. 2021. № 1. С. 30–44. DOI: 10.18127/j03209601-202101-03.

1. Maillou R.J. Phased array antenna handbook. 3rd ed. Artech House, Inc. 2017.
2. Reed I.S. Brief history of adaptive arrays // Military Communications Conference. 1985. V. 2, 3. P. 551–518.
3. Hudson J.E. Adaptive array principles. The Institution of Engineering and Technology. 2007.
4. Monzingo R.A., Haupt R.L., Miller T.W. Introduction to adaptive arrays. 2nd ed. SciTech Publishing. 2011.
5. Витязев С.В. Цифровые процессоры обработки сигналов. М.: Горячая линия – Телеком. 2017.
6. Woods R., McAllister J., Lightbody G., Ying Yi. FPGA-based implementation of signal processing systems. 2nd ed. Willey. 2017.
7. Григорьев Л.Н. Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках. М: Радиотехника. 2010.
8. Fulton C., Yeary M., Thompson D., Lake J., Mitchell A. Digital phased arrays: challenges and opportunities // Proceedings of the IEEE. 2016. V. 104. № 3. P. 487–503.
9. Джиган В.И. Адаптивная фильтрация сигналов. Теория и алгоритмы. М.: Техносфера. 2013.
10. Haykin S. Adaptive filter theory. 5th ed. Pearson Education Inc. 2014.
11. Godara L.C. Application of antenna arrays to mobile communications. II. Beam-forming and direction-of-arrival considerations // Proceedings of the IEEE. 1997. V. 85. № 8. P. 1195–1245.
12. Frost O.L. An algorithm for linearly constrained adaptive array processing // Proceedings of the IEEE. 1972. V. 60. № 8. P. 926–935.
13. Chen Y., Le-Ngoc T., Champagne B., Xu C. Recursive least squares constant modulus algorithm for blind adaptive array // IEEE Transactions on Signal Processing. 2004. V. 52. № 5. P. 1452–1456.
14. Джиган В.И., Плетнева И.Д. Применение СМ-алгоритма аффинных проекций с линейными ограничениями для адаптивной фильтрации сигналов в антенной решетке // Антенны. 2008. № 10. С. 14–24.
15. Proakis J.G., Salehi M. Digital communications. 5th ed. McGraw Hill. 2007.
16. Giordano A.A., Hsu F.M. Least square estimation with application to digital signal processing. Canada, Toronto: John Wiley and Sons, Inc. 1985.
17. Djigan V.I. Recursive least squares – an idea whose time has come // Proceedings of the 7th International Workshop on Spectral Methods and Multirate Signal Processing. Moscow. 2007. P. 255–260.
18. Lucky R.W. The adaptive equalizer // IEEE Signal Processing Magazine. 2006. V. 23. № 3. P. 104–107.
19. Vaidyanathan C., Buckley K.M. An adaptive decision feedback equalizer antenna array for multiuser CDMA wireless communications // Conference Record of the Thirtieth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers. Pacific Grove, USA. 3–6 November, 1996. V. 1. P. 340–344.
20. Choy F., Cherniakov M. 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.
21. Lee J.-Y., Samueli H. Adaptive antenna arrays and techniques for high bit-rate QAM receivers // IEEE Journal on Selected Areas in Communication. 1999. V. 17. № 4. P. 677–688.
22. Leou M.-L., Yeh C.-C., Li H.-J. A novel hybrid of adaptive array and equalizer for mobile communications // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2000. V. 49. № 1. P. 1–10.
23. Preisig J. Challenges and analysis of adaptive multichannel equalization for large-N arrays // Proceedings of the 49th Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers. 2015. Pacific Grove, USA. 8–11 November. 2015. P. 239–243.
24. Belfiore C.A., Park J.H. Decision feedback equalization // Proceedings of the IEEE. 1979. V. 67. № 8. P. 1143–1156.
25. Джиган В.И. Адаптивная антенная решетка для приема сигналов в условиях помех и многолучевости // Цифровая обработка сигналов. 2019. № 4. C. 20–27.
26. Treichler J.R., Fijalkow I., Johnson C.R. Fractionally spaced equalizers // IEEE Signal Processing Magazine. 1996. V. 13. № 3. P. 65–81.
27. Djigan V.I. Adaptive antenna array, shared with adaptive equalizer // Proceedings of the International Conference on Antennas Theory and Technique. Kharkiv, Ukraine. 22 – 27 June, 2020. P. 11–15.
28. Джиган В.И. Эквалайзеры с дробной задержкой и обратной связью на базе быстрых RLS-алгоритмов // Сб. докладов Всеросс. науч.-технич. конф. «Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС-2020)». Москва. 2020. Ч. 2. C. 126–131.