[發明專利]一種模數混合天線陣列的角度估計方法

有效

• 申請號: 201811529623.2
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109765519B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 彭岳星;唐靈靈;李倩
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 謝安昆;宋志強

1.一種模數混合天線陣列的角度估計方法，其特征在于，所述天線按照射頻鏈路數進行分組，每個分組包含的陣元來自不同的射頻鏈路；該方法包括，

在一個符號周期內，每個射頻鏈路與其連接的陣元依次連接，獲得所有陣元的輸出信號，從所述輸出信號中消除導頻信號，得到各個分組的接收信號；

對各個分組的接收信號進行平均，并進行第一相消處理，得到所有陣元的等效接收信號矩陣；

將所述等效接收信號矩陣分成兩個具有最大重合度的子陣，將所述兩個子陣的每行對應元素分別進行第二相消處理，得到最大重合子陣；

對最大重合子陣相鄰行向量進行第三相消處理，得到各分組的等效陣元相對于第一等效陣元的幅度偏差初始估計值、隨機相位偏差初始估計值、以及來波方向的到達角初始估計值；其中，第一等效陣元為最大重合子陣中第一行行向量；

對每個符號周期內所有分組的接收信號進行平均，并進行第四相消處理，

基于陣元的幅度與隨機相位偏差構成的對角矩陣，用等效陣元的幅度偏差初始估計值、隨機相位偏差初始估計值構造所述對角矩陣的逆矩陣；

通過構造的逆矩陣從第四相消處理后的接收信號中校準陣元的幅相偏差，得到一個符號周期內接收信號矢量；

將所有符號周期的接收信號-矢量拼接為接收信號矩陣，得到拼接后的接收信號矩陣；

對所述拼接后的接收信號矩陣的協方差矩陣進行奇異值分解，得到信號子空間特征向量矩陣、和噪聲子空間特征向量矩陣；

按照所分成的兩個具有最大重合度的子陣，對信號子空間特征向量矩陣的結構進行分解，得到兩個信號子空間特征向量子矩陣；

根據所述兩個信號子空間特征向量子矩陣以及其內在關系，求解各信號源來波方向到達角估計值。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述輸出信號的接收模型為：

Y_i,k＝G_kAS_i+W_i,k

其中，Y_i,k為第i個符號周期、第k次切換M維的接收信號，是由陣元的幅度與隨機相位偏差構成的M維對角矩陣，diag(.)表示對角矩陣；α_k,m是第k個天線分組內與第m個射頻鏈路連接的天線陣元的幅度偏差，服從均值為1的均勻分布；φ_k,m為第k個天線分組內與第m個射頻鏈路連接的天線陣元的相位偏差；A＝[a(θ₁),a(θ₂),…,a(θ_L)]是以該天線分組的第一根天線為基準的M×L維陣列導引矩陣，其中

導引矢量為信號導引矢量，

θ_l為第l個信號源的到達角，d與λ分別是陣元間距與波長，且d＝λ/2；S_i是第i個符號周期內發送的能量歸一化的導頻信號矩陣，不同信號源的信號相互正交；W_i,k是白噪聲矢量；L為信號源數，M為射頻鏈路數，K為天線分組數。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述從輸出信號中消除導頻信號，得到各個分組的接收信號包括，

從每個符號周期內、K次切換的M維接收信號中按照式消除導頻信號，得到M×L維的第一接收信號矩陣，其中，為第i個符號周期內、第k次切換的M維的接收信號；

所述對各個分組的接收信號進行平均，并進行第一相消處理，得到所有陣元的等效接收信號矩陣，包括：

從第1次切換到第K次切換，按照式

求取第i個符號周期內、K次切換的接收信號平均值，由此得到每個符號周期內K個分組陣元的M×L維第一等效接收信號矩陣；

對第一等效接收信號矩陣中每一行元素，逐元素除以第一行的對應元素，得到所有陣元的第二等效接收信號矩陣。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述將所述等效接收信號矩陣分成兩個具有最大重合度的子陣，將所述兩個子陣的每行對應元素分別進行第二 相消處理，得到最大重合子陣包括，

將第二等效接收信號矩陣的第一行到第M-1行、L維作為第二等效接收信號矩陣的第一子陣；將第二行到第M行、L維作為第二等效接收信號矩陣的第二子陣，將第二子陣中的每行元素與第一子陣中的每行元素分別對應進行點除，得到(M-1)×L維第一最大重合子陣。