一种阵列天线ＣＤＭＡ系统用户相干多径信号波达方向估计方法包括以下步骤：首先，利用阵列天线各阵元后接的解扩与匹配滤波器组对用户多径信号进行分离，得到阵列天线匹配滤波器输出矢量；其次，对输出矢量进行求和运算，得到阵列天线匹配滤波器输出矢量和；而后，基于对矢量和的连续采样所形成的数据块，利用迭代最小二乘投影的恒模算法，得到用户空间特征矢量估计；之后，对空间特征矢量估计所对应的协方差矩阵应用前向／后向空间平滑方法，形成空间平滑的协方差矩阵；最后，对空间平滑协方差矩阵应用多重信号分类算法，得到用户相干多径信号的波达方向估计。有效地解决了阵列天线ＣＤＭＡ系统用户相干多径信号的波达方向估计问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于码分多址CDMA蜂窝通信系统领域。
技术介绍
CDMA蜂窝通信技术以其频率规划简单、系统容量大、抗多径能力强、通信质量好、电磁干扰小等特点显示出巨大的发展潜力，是未来移动通信的主流技术。特别是如果在CDMA系统中使用阵列天线可以显著地改善系统的容量、频谱效率、通信质量、覆盖范围和提供高精度的无线定位服务。在阵列天线CDMA系统中用户多径信号的波达方向估计对下行链路的波束形成、减小干扰和基于角度估计的用户无线定位技术具有重要作用，是阵列天线CDMA系统的关键技术之一。目前，已提出了一些阵列天线CDMA系统用户多径信号波达方向估计方法，但这些方法假设用户多径信号彼此之间是独立的，但在实际的CDMA系统中，同一用户各多径信号往往可能是相干的，因此现有的估计方法还不能很好地解决CDMA系统用户相干多径信号的波达方向估计问题。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题提出了一种阵列天线CDMA系统用户相干多径信号波达方向估计方法，该方法通过巧妙地利用CDMA系统用户信号的内在特性和用户相干多径信号的空间特征，有效地解决了阵列天线CDMA系统用户相干多径信号的波达方向估计问题。本专利技术一种阵列天线CDMA系统用户相干多径信号波达方向估计的技术方案，包括以下步骤1)阵列天线每一阵元接收到的信号包括各用户的信号以及噪声的叠加，首先，利用阵列天线各阵元后接的解扩与匹配滤波器组对各阵元接收到总的基带信号进行解扩与匹配滤波处理，实现用户多径信号的分离，得到用户多径信号的阵列天线匹配滤波器输出矢量；2)其次，对用户多径信号的阵列天线匹配滤波器输出矢量进行求和运算，得到用户所有径信号的阵列天线匹配滤波器输出的矢量和；3)而后，基于对阵列天线匹配滤波器输出的矢量和的连续采样所形成的数据块，利用迭代最小二乘投影的恒模算法，得到用户的空间特征矢量估计；4)之后，对空间特征矢量估计所对应的协方差矩阵应用前向/后向空间平滑方法，形成一个空间平滑的协方差矩阵；5)最后，对用户信号的空间平滑协方差矩阵应用波达方向估计的多重信号分类算法，得到用户相干多径信号的波达方向估计。以下对本专利技术波达方向估计的过程加以论述，以阐明本专利技术估计方法各步骤的具体含义与相关符号的意义。1.用户多径信号的分离 A.阵列天线的接收信号考察一个上行异步多径信道阵列天线CDMA系统。假设系统中某个蜂窝小区有K个用户在通过各自的多径信道发射BPSK扩频信号。这样，第k个用户所发射的信号表示为sk(t)＝Akbk(t)ck(t) 式中，Ak表示第k个用户信号的幅度，bk(t)表示第k个用户传输的比特信号，ck(t)表示第k个用户的扩频波形ck(t)=Σg=0G-1ckgp(t-gTc)]]>式中，ckg∈{- 1，+1}(g＝0，...，G-1)为其扩频码，p(t)是切普脉冲，其切普周期为Tc，G是定义为G＝Tb/Tc的扩频增益，Tb是比特间隔时间，其扩频波形具有归一化的能量，即∫0Tb|ck(t)|2=1.]]>假设基站阵列天线有N个阵元，用户移动终端采用单天线。这样，第k个用户发射机与基站接收机间的基带多径信道用单输入多输出SIMO信道表示，其脉冲响应矢量为hk(t)=Σl=1Lαk,l(t)ak,l(θk,l(t))δ(t-τk,l)]]>其中，L为用户的多径数，δ(t)为delta函数，αk，l和τk，l分别是第k个用户第l径信号的复衰减和时延。ak,l(θk,l)=T/N]]>是对应第k个用户第l径信号波达方向为θk，l的阵列矢量。这样，基站阵列天线阵元1，...，阵元N接收到总的基带信号为y(t)=T]]>=Σk=1Ksk(t)*hk(t)+w(t)]]>=Σi=-∞∞Σk=1KAkbk(i)Σl=1Lαk,lak,lck(t-iTb-τk,l)+w(t)]]>=Σi=-∞∞Σk=1KΣl=1Lμk,lbk(i)ak,lck(t-iTb-τk,l)+w(t)]]>式中，OT表示转置运算，*表示卷积，μk，l＝Akαk，l是所接收的第k个用户第l径信号的复幅度，w(t)是均值为0，协方差矩阵为σ2IN的加性白高斯噪声矢量，IN是N×N的单位矩阵。B.用户多径信号的解扩与匹配滤波处理对CDMA系统，每一个CDMA用户都被分配了独特的扩频码，利用CDMA用户扩频码的先验知识，对用户多径信号进行解扩与匹配滤波处理，实现对用户多径信号的有效分离和对多址干扰的抑制。用户k第l径信号阵列天线的解扩匹配滤波输出矢量为Yk,l(i)=∫(i-1)Tb+τk,liTb+τk,ly(t)ck(t-iTb-τk,l)dt]]>=∫(i-1)Tb+τk,liTb+τk,l{Σk′=1KΣl′=1Lμk′,l′bk′(i)ak′,l′(θk′,l′)ck′(t-iTb-τk′,l′)+w(t)}ck(t-iTb-τk,l)dt]]>=Σk′=1KΣl′=1Lμk′,l′αk′,l′(θk′,l′)bk′(i)ρk,k′,l,l′+wk,l(i)]]> 式中，∫(i-1)Tb+τk,liTb+τk,lck(t-iTb-τk,l)ck′(t-iTb-τk′,l′)dt=ρk,k′,l,l′,ρk,k,l,l=1,]]>∫(i-1)Tb+τk,liTb+τk,lw(t)ck(t-iTb-&本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种阵列天线ＣＤＭＡ系统用户相干多径信号波达方向估计方法，其特征在于，对任一用户ｋ相干多径信号波达方向的估计包括以下步骤：１）首先，将基站阵列天线阵元１，…，阵元Ｎ接收到总的基带信号ｙ（ｔ）＝［ｙ↓［１］（ｔ），…，ｙ↓［Ｎ］（ｔ） ］↑［Ｔ］送入各自的解扩与匹配滤波器组模块（１１），通过各多径信号所对应的解扩与匹配滤波器（１１－１），…，（１１－Ｌ）的解扩与匹配滤波处理实现用户多径信号的分离，得到用户ｋ第ｌ径信号的阵列天线匹配滤波器输出矢量Ｙ↓［ｋ，ｌ］（ｉ）， Ｙ↓［ｋ，ｌ］（ｉ）＝∫↓［（ｉ－１）Ｔ↓［ｂ］＋τ↓［ｋ，ｌ］］↑［Ｔ↓［ｂ］＋τ↓［ｋ，ｌ］］ｙ（ｔ）ｃ↓［ｋ］（ｔ－ｉＴ↓［ｂ］－τ↓［ｋ，ｌ］）ｄｔ式中，ｃ↓［ｋ］（ｔ）为第ｋ个用户的扩频波形，Ｔ↓［ｂ］为比特间隔时间，τ ↓［ｋ，ｌ］为第ｋ个用户第ｌ径信号的时延，其结果提供给求和模块（１２）；２）其次，在求和模块（１２）中，对用户多径信号的阵列天线匹配滤波器输出矢量Ｙ↓［ｋ，ｌ］（ｉ）进行求和运算，得到用户ｋ所有Ｌ径信号阵列天线匹配滤波器输出的矢量和 Ｙ↓［ｋ］（ｉ），Ｙ↓［ｋ］（ｉ）＝＊Ｙ↓［ｋ，ｌ］（ｉ）３）而后，在空间特征矢量估计模块（１３）中，基于对Ｙ↓［ｋ］（ｉ）的Ｏ个连续采样所形成的数据块Ｚ↓［ｋ］（Ｏ）＝［Ｙ↓［ｋ］（１），…，Ｙ↓［ｋ］（Ｏ）］，利用迭代最 小二乘投影的恒模算法得到用户ｋ的空间特征矢量估计＊↓［ｋ］，具体估计步骤如下：（１）随机给一个ａ↓［ｋ，０］，ｊ＝０；（２）ｊ＝ｊ＋１；.ｂ↓［ｋ，ｊ］＝（ａ↓［ｋ，ｊ－１］↑［Ｈ］ａ↓［ｋ，ｊ－１］）↑［－１］ａ↓ ［ｋ，ｊ－１］↑［Ｈ］Ｚ↓［ｋ］；.将［ｂ↓［ｋ，ｊ］］的所有元素投影成单位圆上最接近的值，硬限制；.ａ↓［ｋ，ｊ］＝Ｚ↓［ｋ］ｂ↓［ｋ，ｊ］↑［Ｈ］（ｂ↓［ｋ，ｊ］ｂ↓［ｋ，ｊ］↑［Ｈ］）↑［－１］；（３）将ａ↓［ ｋ，ｊ］的每列除以该列的第一个元素值；（４）重复步骤（２）和（３）直到ａ↓［ｋ，ｊ］和ａ↓［ｋ，ｉ－１］充分接近；式中，ｂ↓［ｋ］（Ｏ）＝［ｂ↓［ｋ］（１），…，ｂ↓［ｋ］（Ｏ）］是１×Ｏ阶信号波形矩阵，由此，将得到空间特征 的估计值＊↓［ｋ］；４）之后，在空间特征协方差矩阵估计模块（１４）中，对空间特征矢量估计＊↓［ｋ］所对应的协方差矩阵Ｒ↓［ｆ，ｋ］...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨维，李滢，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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