[发明专利]一种到达角估计的装置及方法

说明书

本发明公开了一种到达角估计的装置及方法，装置包括信号转换模块、混合双极化天线阵列和到达角估计模块，信号转换模块将所述混合双极化天线阵列接收到的模拟信号波束成型并转换为数字信号；到达角估计模块将多个信号转换模块的输出进行信号处理，并估计来波到达角，到达角估计模块包括互相关计算子模块、子阵相位控制子模块、数字波束成型子模块和功率计算子模块。本发明利用混合双极化阵列输出信号合并，提高接收信号信噪比，使得到达角估计精度及收敛速度性能提高。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种到达角估计的装置及方法。

背景技术

毫米波频段具有相当大的频谱资源，可以为未来的无线通信系统提供高速率的数据传输。基于毫米波的应用在近些年来也受到很多关注，例如在目标跟踪，检测和感知方面。毫米波信号传播以视线传播为主，因此来波到达角的信息对于接收机解调非常重要。目前，一般采用单极化天线接收信号来进行到达角估计，对于具有极化特性的来波，这很可能会造成接收信号功率损失，从而造成到达角估计性能的下降。

传统的数字天线阵列要求每根天线连接一个射频链路实现联合的信号处理，尽管可以获得很好的性能，但是其实现所带来的硬件成本，功率消耗和实时信号处理复杂度很高。特别针对未来大规模阵列应用，数字阵列难于实现。然而，混合天线阵列可以解决以上带来的问题，为基于阵列的收发机设计提供一种实际的解决方法。混合阵列由多个模拟子阵构成，每个子阵连接一个数字链路。这种结构既可以提供阵列天线增益，也可以提供复用增益。

目前，在采用混合单一极化阵列进行到达角估计时，常采用差分波束搜索方法，该方法主要包括以下步骤：

步骤一：对所有相邻子阵输出的基带信号进行相关运算得到辐角估计；

步骤二：利用辐角信息设定多个初始波束搜索方向，依次对所有相移器和数字波束成型的加权系数进行设置；

步骤三：分别计算波束成型输出功率，确定最大功率对应的波束为备选波束；

步骤四：在备选波束的方向估计到达角。

当接收信噪比低或者来波极化方向与天线极化方向不匹配的时候，步骤一中辐角估计准确度降低，导致步骤二中波束搜索方向不准确；同时步骤三中输出功率变小引起相位模糊度识别变难，从而导致到达角估计的精度下降以及估计收敛速度变慢。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种提高接收信噪比，从而提高到达角估计的精度和收敛速度，以及相位模糊度的识别能力的到达角估计的装置及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种到达角估计的装置，包括信号转换模块、混合双极化天线阵列和到达角估计模块，其中，

所述信号转换模块将所述混合双极化天线阵列接收到的模拟信号波束成型并转换为数字信号；

所述到达角估计模块将多个信号转换模块的输出进行信号处理，并估计来波到达角，到达角估计模块包括互相关计算子模块、子阵相位控制子模块、数字波束成型子模块和功率计算子模块，所述互相关计算子模块对所有空间相邻的信号转换模块的输出信号在两个正交极化方向分别进行互相关运算；所述子阵相位控制子模块将互相关计算子模块输出的结果反馈控制信号转换模块；所述数字波束成型子模块将互相关计算子模块输出的结果对多个信号转换模块输出的信号进行加权波束成型；所述功率计算子模块计算数字波束成型子模块输出信号总功率，进行比较确定波束，输出来波到达角估计。

优选地，所述混合双极化天线阵列包括若干个双极化子阵，所述双极化子阵包括若干个x轴极化阵子和y轴极化阵子。