[发明专利]利用多极化宽带扩展阵列响应的密集多径参数估计方法

说明书

本发明公开了一种利用多极化宽带扩展阵列响应的密集多径参数估计方法，该方法首先通过多极化天线阵列发送多组不同的发送信号序列，根据已知的发送信号处理多个快拍的接收数据，获得多极化天线分量在频带内所有频点的信道响应，并将获得的多个快拍下的多频点信道响应矩阵扩展成一个大的二维信道响应矩阵；然后利用参考点阵元获得多径传播的时延参数，并利用频域平滑降维后的信道矩阵估计二维离开角和到达角；后对估计的离开角与到达角进行配对，再利用已估计参数估计获得子径的交叉极化比、初始相位和幅度参数，最终实现多维参数估计。本发明可以实现密集多径环境中多维子径参数的估计，可用于电波传播测量、室内定位等领域。

技术领域

本发明涉及一种利用多极化宽带扩展阵列响应的密集多径参数估计方法，可用于电波传播特性测量、室内定位等领域。

背景技术

在过去几十年中，多径参数估计方法被广泛研究，其中不乏被人熟知的经典算法，例如旋转不变子空间算法(estimation of signal parameter via rotationalinvariance techniques，ESPRIT)、多重信号分类(multiple signal classification，MUSIC)和交替广义期望最大化(space-alternating generalized expectation-maximization，SAGE)等。由于多径传输环境的复杂性，发送信号经过多径信道到达接收端时通常伴有复杂的传播特性，例如时域上的多子径重叠效应，导致多条子径到达接收端的时间间隔非常接近甚至相同，空间上这些子径的离开和到达角度也较为密集，这些子径不仅在时域上很难分辨，而且其特性也为其在空域上的分辨带来很大挑战。传统处理方式是将这些子径在空域上做平滑预处理，最终采用ESPRIT或者MUSIC获得其空域角度信息。然而这种做法分辨的子径数量通常受到天线阵元数量的限制，通常分辨子径的数量小于阵元的数量，而天线数量的增加会带来系统复杂度的上升，这使得空间中大量存在的子径很难被有效的分辨出来。已知的传统多径参数估计方法不能有效完成大量的子径参数估计。

由于复杂传播环境的影响，这使得电波传播环境中极化特征变得更为丰富，每条子径的交叉极化比能够很好的反应这些子径的极化变化，但是目前已知的对于交叉极化比通常采用天线转向90度的方法进行获取，这种方法较为粗放且测量耗时，所得结果的准确性也较为欠缺。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明目的是一种利用多极化宽带扩展阵列响应的密集多径参数估计方法，估计出密集多径环境中在时间可分辨径中子径数大于阵元数的情况下，子径的时延、二维离开角、二维到达角，并能进一步估计初始相位、幅度和交叉极化比等参数。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用多极化宽带扩展阵列响应的密集多径参数估计方法，包括以下步骤：

(1)通过多极化天线阵列发送多组不同的发送信号序列，组数等于发送天线的个数，每组发送信号序列分为不同的段，每组段数不小于发送天线的个数，每一段信号序列的长度不小于离散傅里叶变换的点数，根据已知的发送信号处理多个快拍的接收数据，获得多极化分量在频带内所有频点的信道响应；

(2)将获得的每个快拍下的多频点信道响应向量化成一个列向量，多个快拍下的信道响应排成一个二维矩阵；此二维矩阵每一列对应于一个快拍下的响应，每一行表示某个收发阵元对在某一频点多个快拍的响应；

(3)利用参考点阵元估计获得多径传播的时延参数；

(4)从步骤(2)中所述的二维矩阵中选取与接收端参考阵元有关的行形成矩阵，以及与发送端参考阵元有关的行形成矩阵，并利用频域平滑降低信道矩阵维度，利用降维后的信道矩阵估计二维离开角和到达角。

作为优选，构造与发送天线数相同组数的不同发送信号序列，每组发送信号序列分为多段子序列，序列不要求正交，满足信号每段子序列矩阵频域满秩即可。