[發明專利]一種基于單天線的到達角估計方法

有效

• 申請號: 201310248718.8
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103308883A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 趙友平;李金興
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明屬于通信領域，具體涉及無線信道探測與建模、寬帶無線移動通信、定向（Direction?Finding）等技術領域，尤其涉及一種基于單天線的到達角估計方法。

背景技術

無線信道特性是設計無線通信系統、無線定位系統的基礎。而在無線信道特性參數中，到達角（AOA）是其中很重要的一項，它直接反映了無線信道的空域特性，對于分析信道多普勒擴展、空間相關性以及進行多天線系統設計都有十分重要的意義。現代軌道交通以其運量大、速度快、安全、準點、保護環境、節約能源和用地等特點，在我國及全世界范圍內獲得了長足發展。中國已經擁有世界上最大規模以及最高運營速度的高速鐵路網，而且正在興建和即將興建的高速鐵路客運專線和城際鐵路里程達到17,000公里。同時，預計到2015年，中國城市軌道交通線路將達到87條，運營總里程將超過2500公里。為傳遞軌道交通安全控制信息（如視頻監控）和各種傳感信息，以及為乘客提供語音及數據通信服務，迫切需要發展面向軌道交通的寬帶無線通信系統，最終實現軌道交通的信息化和智能化。由于軌道交通環境的特殊性，比如高鐵的快速移動性、沿途穿越高架橋和隧道等各種環境，而地鐵列車多在隧道中運行，這些都與傳統的民用蜂窩移動通信環境有顯著差別，需要進行無線信道實際測量及建模分析。

目前，信號到達角的估計多是基于多天線系統，即采用天線陣發射或接收探測信號，然后利用復雜的信號處理算法（例如MUSIC算法和ESPRIT算法），估計出信號的到達角。這種方法不僅需要使用多根天線、多個射頻模塊，而且所采用的信號處理算法的計算復雜度也較高。

發明內容

本發明要解決的主要技術問題是如何利用單根天線和復雜度較低的信號處理算法獲得無線信號（或干擾信號）的到達角（Angle?of?Arrival,“AOA”）信息。為解決上述技術問題，本發明提出了一種基于單天線的到達角估計方法，該方法尤其適于在軌道交通環境下（如高速鐵路、普通鐵路、地鐵、城際鐵路等）應用。

本發明采用的技術方案是：一種基于單天線的到達角估計方法，包括：

步驟S1：在選定的目標范圍內選取位于一條直線上的N個測量點，相鄰測量點的間隔不大于載波波長的一半，N不小于16；

步驟S2：利用單天線信道探測系統對選取的N個測量點進行信道探測，獲取各測量點的信道時域沖擊響應和對應的接收增益；

步驟S3：對所述信道時域沖擊響應根據所述接收增益進行調整，并根據調整后的信道時域沖擊響應，在空間域做傅里葉變換，計算出多普勒擴展譜；

步驟S4：從所述多普勒擴展譜中提取有效路徑，獲得有效路徑對應的多普勒頻移，再根據多普勒頻移計算出相應的到達角。

所述單天線信道探測系統包括信號發生器、發射天線、接收機和接收天線。

所述單天線信道探測系統為基于多載波的單天線信道探測系統，步驟S2所述進行信道探測具體為：獲得頻域信道傳輸函數：其中，Y(t_n,f)是在每個時間t_n接收到的頻域探測信號，X(f)是發送的頻域探測信號；對所述頻域信道傳輸函數H(t_n,f)做傅里葉反變換，獲得各個測量點的信道時域沖擊響應h(t_n,τ)，h(t_n,τ)=F^-1(H(t_n,f)),并利用所述基于多載波的單天線信道探測系統讀取接收增益參數G(t_n)。