[发明专利]一种低复杂度的极化参数估计跟踪装置及方法

说明书

本发明公开了一种低复杂度的极化参数估计跟踪装置及方法，装置包括天线信号处理模块和极化参数估计模块，所述天线信号处理模块包括若干子阵信号处理模块，将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；所述极化参数估计模块用于将天线信号处理模块输出进行信号处理，估计来波极化参数。本发明采用平面混合双极化阵列来对信号进行接收，同时充分利用来波到达角自适应跟踪与估计以提高波束成型接收信噪比，从而提高极化参数估计的精度和收敛速度，而且在计算过程中仅仅涉及普通的四则运算，计算量小便于快速实现。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及一种低复杂度的极化参数估计跟踪装 置及方法。

背景技术

混合天线阵列作为一种支持未来毫米波高速通信的新型自适应天线结构， 由于其在平衡硬件成本和性能、阵列增益和收发机尺寸等方面的潜在优势，受 到了阵列信号处理领域的广泛关注。它由多个模拟子阵列组成，每个子阵列都 包含一个数字处理链路。一方面，使用模拟子阵可以有效地产生天线增益，并 缓解射频链路的空间限制问题。另一方面，多个数字链路可以提供复用能力、 高灵活性、适应性和性能优化。

传统的单极化天线只能接收到入射波的单方向电场分量，不能捕捉到完整 的来波极化状态。特别是当天线的极化方向与入射波的极化方向垂直时，接收 信号的强度将完全丧失。因此，双极化接收天线是最佳接收的必要条件。为了 获得最佳接收，来波的极化状态参数需要进行估计来对接收信号极化分级合并。 混合双极化天线阵列的集成将充分利用两者的优点来提高系统性能。

基于双极化阵列的信号极化参数估计是双极化阵列信号处理的一个重要研 究内容，在过去三十年，收到广泛的关注，并提出了许多有效的极化参数估计 方法。传统的最大似然估计方法由于需要相当大的计算量，在实际应用中并不 能被采用。经典的MUSIC和ESPRIT方法可以获得比较高的参数估计精度，但 是他们要求协方差矩阵和奇异值分解，其带来的计算量与天线数量的立方成比 例增长，故引入了高代价的系统硬件实现成本和复杂度。因此，这些算法仅适 用于小数量的数字天线阵列，并不能真正应用于未来大规模的天线阵列。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种低复杂度的极化参数估计跟 踪装置及方法。采用平面混合双极化阵列来对信号进行接收，同时充分利用来 波到达角自适应跟踪与估计以提高波束成型接收信噪比，从而提高极化参数估 计的精度和收敛速度，而且在计算过程中仅仅涉及普通的四则运算，计算量小 便于快速实现。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种低复杂度的极化参数估计跟踪装置，包括天线信号处理模块和极化参 数估计模块，其中，

所述天线信号处理模块包括若干子阵信号处理模块，将混合双极化天线阵 列接收到的模拟信号波束成型并转换为数字信号；

所述极化参数估计模块用于将天线信号处理模块输出进行信号处理，估计 来波极化参数，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、极化参数估计子模块和最大比合并子模块，所述互相关计算子模块对 所有空间相邻的子阵信号处理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，进而估计到达角度信息；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子阵信号处理模块；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子阵信号处理模块输出的信号分别进行加权波 束成型；所述极化参数估计子模块对数字波束成型子模块输出信号和互相关计 算子模块输出的结果进行计算，输出来波极化参数估计；所述最大比合并子模块计算最大比合并系数，对数字波束成型子模块输出信号进行最大比合并。