[發(fā)明專利]一種多徑環(huán)境下的到來(lái)角估計(jì)算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310340255.8
• 申請(qǐng)日: 2013-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN103558581A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王智森;申瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S3/46
• 分類號(hào): G01S3/46
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 曲永祚;李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多徑環(huán)境下的到來(lái)角估計(jì)算法，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

為了降低移動(dòng)通信系統(tǒng)中的多址干擾、降低發(fā)射功率和提高系統(tǒng)容量，智能天線技術(shù)已成為移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，天線到來(lái)角(DOA,Direction?of?Arrival)的研究一直是天線技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。到來(lái)角是指同一天線接收到的各路信號(hào)到達(dá)接收端時(shí)的方向不同而形成的角。作為反映用戶空間位置的重要參量在智能天線中扮演著非常重要的角色。到來(lái)角估計(jì)，是信號(hào)處理的一個(gè)重要研究方向，是將多個(gè)天線設(shè)置在空間的不同位置組成天線陣列，并利用這一陣列對(duì)空間信號(hào)場(chǎng)進(jìn)行接收和處理，提取陣列所接收的信號(hào)及其特征信息，其應(yīng)用涉及雷達(dá)、通信、地震、聲吶以及生物醫(yī)學(xué)工程等眾多領(lǐng)域。

然而，在移動(dòng)通信環(huán)境中，同一移動(dòng)用戶信號(hào)經(jīng)過各種反射體、折射體形成多徑信號(hào)，這種經(jīng)反射、折射的多徑信號(hào)和直達(dá)波信號(hào)矢量相加后被天線接收，從而引起接收端合成接收波振幅和相位的變化。由于這兩種信號(hào)是相干的，將直達(dá)波從多徑信號(hào)中分離出來(lái)比較困難，對(duì)到來(lái)角估計(jì)引起較大誤差。

由于相干多徑的存在，造成普通的陣列超分辨到來(lái)角估計(jì)算法的失效，如經(jīng)典的多重信號(hào)分類（MUSIC，Multiple?Signal?Classification）算法、旋轉(zhuǎn)不變子空間法（ESPRIT，Estimation?of?Signal?Parameters?via?Rotational?Invariance?Techniques）等。對(duì)此，很多學(xué)者提出了空間平滑算法及其改進(jìn)算法，此類算法能有效的對(duì)相干信號(hào)進(jìn)行解相干，但信源的去相干往往是以犧牲陣列孔徑為代價(jià)的，可估計(jì)的最大到來(lái)角數(shù)為2M/3（M為陣元數(shù)），而移動(dòng)通信中的多徑數(shù)往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)以上問題的提出，而研制一種多徑環(huán)境下的到來(lái)角估計(jì)算法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種多徑環(huán)境下的到來(lái)角估計(jì)算法如下：

在多徑環(huán)境下，假設(shè)M元天線陣列，障礙物相對(duì)信號(hào)源較近，Q個(gè)獨(dú)立的窄帶信號(hào)源S(k)（Q個(gè)用戶），經(jīng)過P條多徑（共P個(gè)波前）形成P個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)輻射到陣面，其中Q<M。

陣列接收信號(hào)向量可表述為：

X(k)＝Au(k)+n(k)，k＝1,2,L,K，????????????（1）

其中，陣列導(dǎo)向矢量矩陣A=[A₁?A₂…A_Q],A_q=[a(θ_q1)?a(θ_q2)…a(θ_qpq)],q=1,2,…,Q。a(θ_qp)是第q個(gè)信源的第P條多徑的方向向量。u(k)是P×1的由S(k)經(jīng)P條多徑產(chǎn)生的波前向量；n(k)是噪聲向量；K是快拍次數(shù)；θ為信號(hào)的到來(lái)角。

對(duì)于均勻線陣，ω_qp＝(2πd/λ)sin(θ_qp)，d是陣元間距，λ是載波波長(zhǎng)。

因此，X(k)也可以表示為：

X(k)＝ACs(k)+n(k)，???????????????（2）

矩陣C的形式為