大規模天線組陣信號并行合成方法

(1.航天工程大學 電子與光學工程系，北京 101416；2.西昌衛星發射中心，四川 西昌 615606；3.西安衛星測控中心，西安 710043)

1 引 言

SUMPLE算法由于實現較簡單、運算量合理、合成效率高，是天線組陣合成最重要算法之一[1-4]。信號合成器需要接入所有天線的接收信號，并同時對所有天線信號進行權值計算。當天線組陣規模較大時，會帶來兩個問題：一是很難將所有天線的接收信號同時傳輸至信號合成器；二是受限于單個信號處理設備的處理能力，信號合成器很難同時對所有天線接收信號進行權值計算和合成。因此，限制了SUMPLE算法在大規模天線組陣中的應用。在通用計算平臺上進行信號處理已經得到了應用[5-7]，為大規模天線組陣的信號合成提供了新思路。典型的通用計算平臺是中央處理器(Central Processing Unit，CPU)和通用圖形處理器(Graphics Processing Unit，GPU)異構系統[8-10]，本文對CPU-GPU異構系統上的并行合成方法進行研究。

國內對天線組陣并行合成方法的研究比較少。文獻[11]提出了兩種SUMPLE算法的分級實現方法，分別是全增益和部分增益實現方法。其基本原理是將所有天線分為若干天線組，首先在天線組內合成，然后將不同天線組的合成信號繼續合成，降低了需要同時傳輸至信號合成器的信號路數，避免了信號合成器同時對所有天線進行合成。不足之處是部分增益法存在信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)損失，也沒有對兩種方法在CPU-GPU異構系統上的可行性進行分析。

本文將文獻[11]提出的全增益實現方法稱為多天線組合成方法(Multi Antenna Group Method,MAGM)，詳細研究了該方法的實現步驟，對其在CPU-GPU上的可行性進行分析。……