[发明专利]一种多径环境下的到来角估计算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多径环境下的到来角估计算法，属于无线通信技术领域。

背景技术

为了降低移动通信系统中的多址干扰、降低发射功率和提高系统容量，智能天线技术已成为移动通信领域的研究热点，天线到来角(DOA,Direction of Arrival)的研究一直是天线技术研究的热点之一。到来角是指同一天线接收到的各路信号到达接收端时的方向不同而形成的角。作为反映用户空间位置的重要参量在智能天线中扮演着非常重要的角色。到来角估计，是信号处理的一个重要研究方向，是将多个天线设置在空间的不同位置组成天线阵列，并利用这一阵列对空间信号场进行接收和处理，提取阵列所接收的信号及其特征信息，其应用涉及雷达、通信、地震、声呐以及生物医学工程等众多领域。

然而，在移动通信环境中，同一移动用户信号经过各种反射体、折射体形成多径信号，这种经反射、折射的多径信号和直达波信号矢量相加后被天线接收，从而引起接收端合成接收波振幅和相位的变化。由于这两种信号是相干的，将直达波从多径信号中分离出来比较困难，对到来角估计引起较大误差。

由于相干多径的存在，造成普通的阵列超分辨到来角估计算法的失效，如经典的多重信号分类（MUSIC，Multiple Signal Classification）算法、旋转不变子空间法（ESPRIT，Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）等。对此，很多学者提出了空间平滑算法及其改进算法，此类算法能有效的对相干信号进行解相干，但信源的去相干往往是以牺牲阵列孔径为代价的，可估计的最大到来角数为2M/3（M为阵元数），而移动通信中的多径数往往远远大于此。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种多径环境下的到来角估计算法。

本发明的技术方案如下：

一种多径环境下的到来角估计算法如下：

在多径环境下，假设M元天线阵列，障碍物相对信号源较近，Q个独立的窄带信号源S(k)（Q个用户），经过P条多径（共P个波前）形成P个远场信号辐射到阵面，其中Q<M。

阵列接收信号向量可表述为：

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

其中，阵列导向矢量矩阵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个信源的第P条多径的方向向量。u(k)是P×1的由S(k)经P条多径产生的波前向量；n(k)是噪声向量；K是快拍次数；θ为信号的到来角。

对于均匀线阵，ω_qp＝(2πd/λ)sin(θ_qp)，d是阵元间距，λ是载波波长。

因此，X(k)也可以表示为：

X(k)＝ACs(k)+n(k)，               （2）

矩阵C的形式为