一种多阵元线阵的到达方位角测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种多阵元线阵的到达方位角测量方法及装置。该方法包括：将多个天线阵元平均分组，形成多个子阵；计算每个子阵的导向矢量；计算每个天线阵元对应的上行信道响应；计算每个天线阵元频域子带的平均信道响应并得到每个子阵的阵元信道响应，将每个子阵的阵元信道响应进行对应叠加，形成叠加信道响应；根据所述导向矢量和所述叠加信道响应计算每个角度的功率值；选择令所述功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。本发明专利技术大大降低了计算复杂度，有利于增强型基站的实现。

【技术实现步骤摘要】
一种多阵元线阵的到达方位角测量方法及装置
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种多阵元线阵的到达方位角测量方法及装置。
技术介绍
随着无线通信技术的发展，尤其是物理层技术的不断革新，频谱效率及系统的传输速率得到明显的提高，用户的感知效果也在不断提升。为了能够进一步地改善用户终端(UserEquipment,UE)的传输速率，三维多输入多输出(3Dimension-Multiple-InputMultiple-Out-put,3D-MIMO)的技术被更广泛地提及。这种技术能够自适应地测量UE的位置，从而动态地调整天线的下倾角，实现UE接收信号的提升。如何实现UE位置的测量，是实现天线下倾角动态调整的前提，具体的下倾角动态调整的示意图如图1所示。在现有技术中实现UE位置测量的方法主要是基于波束表格法(GridOfBeam,GOB)，该方法主要是利用上行信道响应对应的空间相关矩阵，并根据导向矢量与相关的矩阵的匹配特性实现到达方位角(Angleofarrival,AOA)的测量。其中AOA测量的具体实现过程是：第一步：假定上行信道响应为H1×M，则将空间相关矩阵记为：Rxx＝H′H，其中H′表示矩阵H的共轭转置。第二步：定义导向矢量为：α(θ)＝exp[j*k*d*(M-1)*cos(θ)]，其中θ为角度，k为波数，k＝2πf/c，d为阵元间距，M为天线阵元的数目。第三步：计算每个角度θ的功率值：P(θ)＝α′(θ)Rxxα(θ)。第四步：选择P(θ)的最大值所对应的θ值，即得到AOA的值。此后，就可以根据分别计算得到的垂直方向和水平方向AOA的值，测量得到UE的位置，从而实现天线下倾角动态调整。根据以上描述可以看出，在垂直方向AOA的计算过程中，现有技术的复杂度主要取决于天线阵元M的数量。在一般情况下，为了实现垂直方向的窄波束以及阵列天线的高增益，阵列天线在垂直方向的阵元数为12个以上，相对于水平方向的4个或8个阵元，在垂直方向的阵元数较大，从而垂直方向AOA的计算复杂度也较高，不利于增强型基站(EvolvedNodeB,eNodeB)的实现。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供一种多阵元线阵的到达方位角测量方法及装置，能够解决在AOA测量过程中的计算复杂度较高的技术问题。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供多阵元线阵的到达方位角测量方法，包括：将多个天线阵元平均分组，形成多个子阵；计算每个子阵的导向矢量；计算每个天线阵元对应的上行信道响应；根据每个天线阵元对应的上行信道响应计算每个天线阵元频域子带的平均信道响应，并得到每个子阵的阵元信道响应，将每个子阵的阵元信道响应进行对应叠加，形成叠加信道响应；根据所述导向矢量和所述叠加信道响应计算每个角度的功率值；选择令所述功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。进一步地，所述将多个天线阵元平均分组包括：将垂直方向多个天线阵元平均分组；和/或，所述计算每个子阵的导向矢量包括：计算每个子阵的导向矢量α(θ)，α(θ)＝exp[j*k*d*(L-1)*cos(θ)]，其中θ为角度，k为波数，k＝2πf/c，d为阵元间距，L为每个子阵的阵元数，L＝M/N，M为天线阵元的数目，N为子阵个数，α(θ)是1×L的向量。进一步地，所述计算每个天线阵元频域子带的平均信道响应为：其中F为频域带宽；为每个子阵中阵元对应的上行信道响应，其中t＝1,2,…,T，T为子载波数目；m＝1,2,…,M，M为天线阵元的数目；所述得到每个子阵的阵元信道响应为：Hn＝[HLn-L+1，HLn-L+2，…HLn]，其中n＝1,2,…,N；所述将每个子阵的阵元信道响应进行对应叠加，得到叠加信道响应为：N为子阵个数，H为1×L的向量。进一步地，所述根据所述导向矢量和所述叠加信道响应计算每个角度的功率值包括：选取不同的角度θ，计算功率值P(θ)为：P(θ)＝|α(θ)*H′|2。进一步地，所述θ的选取范围为：θ∈(-90,90)。另一方面，本专利技术还提供一种多阵元线阵的到达方位角测量装置，包括：分组单元、导向矢量计算单元、上行信道计算单元、叠加单元、功率计算单元和到达方位角选择单元，分组单元分别与导向矢量计算单元和叠加单元相连，上行信道计算单元与叠加单元相连，功率计算单元分别与导向矢量计算单元、叠加单元和到达方位角选择单元相连；其中：分组单元，用于将多个天线阵元平均分组，形成多个子阵，并将分组结果输出至导向矢量计算单元和上行信道计算单元；导向矢量计算单元，用于接收分组单元的分组结果，计算每个子阵的导向矢量，并输出至功率计算单元；上行信道计算单元，用于计算每个天线阵元对应的上行信道响应，并输出至叠加单元；叠加单元，用于接收分组单元和上行信道计算单元的结果，计算每个天线阵元频域子带的平均信道响应并得到每个子阵的阵元信道响应，将每个子阵的阵元信道响应进行对应叠加，形成叠加信道响应，并输出至功率计算单元；功率计算单元，用于接收导向矢量计算单元和叠加单元的计算结果，根据导向矢量和叠加信道响应计算每个角度的功率值，并输出结果至到达方位角选择单元；到达方位角选择单元，用于接收功率计算单元发送的功率值，选择使功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。进一步地，所述分组单元包括：垂直分组子单元，用于将垂直方向多个天线阵元平均分组；和/或，所述导向矢量计算单元包括：子阵计算子单元，用于计算子阵的导向矢量α(θ)，计算公式为：α(θ)＝exp[j*k*d*(L-1)*cos(θ)]，其中θ为角度，k为波数，k＝2πf/c，d为阵元间距，L为每个子阵的阵元数，L＝M/N，M为天线阵元的数目，N为子阵个数，α(θ)是1×L的向量。进一步地，所述叠加单元包括：平均子单元，用于计算每个天线阵元频域子带的平均信道响应，计算公式为：其中F为频域带宽；为每个子阵中阵元对应的上行信道响应，其中t＝1,2,…,T，T为子载波数目；m＝1,2,…,M，M为天线阵元的数目；子阵信道响应子单元，用于得到每个子阵的阵元信道响应，公式为：Hn＝[HLn-L+1,HLn-L+2,…HLn]，其中n＝1,2,…,N；对应叠加子单元，用于将N个子阵的阵元信道响应进行对应叠加，得到叠加信道响应：N为子阵个数，H为1×L的向量。进一步地，所述功率计算单元包括：计算子单元，用于针对不同的角度θ，计算功率值P(θ)为：P(θ)＝|α(θ)*H′|2。进一步地，所述方位角选择单元包括：选择子单元，用于将到达方位角θ的选择范围限制于：θ∈(-90,90)。(三)有益效果可见，在本专利技术提出的一种多阵元线阵的到达方位角测量方法及装置中，利用了导向矢量元素之间相位等差变化和线阵阵元的空间信道响应具有等比变化的特性，将多个天线阵元平均分组并简化计算，如果原有12个天线阵元，分为3组，每组4个子阵，则计算复杂度可以从每个天线阵元都需计算一次，共需计算12次，简化至只需计算3次。这样就大大降低了计算复杂度，有利于增强型基站的实现。同时，本专利技术利用了正交频分复用(OFDM)系统中天线阵元频域信道响应含有空间方向信息的特点，避免了现有技术中需要计算空间相关矩阵的复杂计算过程，同样有利于增强型基站的成本控制。另外，由于垂直方向上的天线阵元数相对水平方向更多，本专利技术也就本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多阵元线阵的到达方位角测量方法，其特征在于，包括：将多个天线阵元平均分组，形成多个子阵；计算每个子阵的导向矢量；计算每个天线阵元对应的上行信道响应；根据每个天线阵元对应的上行信道响应计算每个天线阵元频域子带的平均信道响应，并得到每个子阵的阵元信道响应，将每个子阵的阵元信道响应进行对应叠加，形成叠加信道响应；根据所述导向矢量和所述叠加信道响应计算每个角度的功率值；选择令所述功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。

【技术特征摘要】
1.一种多阵元线阵的到达方位角测量方法，其特征在于，包括：将多个天线阵元平均分组，形成多个子阵；计算每个子阵的导向矢量；计算每个天线阵元对应的上行信道响应；根据每个天线阵元对应的上行信道响应计算每个天线阵元频域子带的平均信道响应，并得到每个子阵的阵元信道响应，将每个子阵的阵元信道响应进行对应叠加，形成叠加信道响应；根据所述导向矢量和所述叠加信道响应计算每个角度的功率值；选择令所述功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。2.根据权利要求1所述的多阵元线阵的到达方位角测量方法，其特征在于：所述将多个天线阵元平均分组包括：将垂直方向多个天线阵元平均分组；和/或，所述计算每个子阵的导向矢量包括：计算每个子阵的导向矢量α(θ)，α(θ)＝exp[j*k*d*(L-1)*cos(θ)]，其中θ为角度，k为波数，k＝2πf/c，d为阵元间距，L为每个子阵的阵元数，L＝M/N，M为天线阵元的数目，N为子阵个数，α(θ)是1×L的向量，j是虚数单位，f代表频率，c代表光速。3.根据权利要求1所述的多阵元线阵的到达方位角测量方法，其特征在于，所述计算每个天线阵元频域子带的平均信道响应为：其中F为频域带宽；为每个子阵中阵元对应的上行信道响应，其中t＝1,2,…,T，T为子载波数目；m＝1,2,…,M，M为天线阵元的数目；所述得到每个子阵的阵元信道响应为：Hn＝[HLn-L+1,HLn-L+2,…HLn]，其中n＝1,2,…,N；所述将每个子阵的阵元信道响应进行对应叠加，得到叠加信道响应为：N为子阵个数，H为1×L的向量。4.根据权利要求3所述的多阵元线阵的到达方位角测量方法，其特征在于，所述根据所述导向矢量和所述叠加信道响应计算每个角度的功率值包括：选取不同的角度θ，计算功率值P(θ)为：P(θ)＝|α(θ)*H′|2。5.根据权利要求4所述的多阵元线阵的到达方位角测量方法，其特征在于，所述θ的选取范围为：θ∈(-90,90)。6.一种多阵元线阵的到达方位角测量装置，其特征在于，包括：分组单元、导向矢量计算单元、上行信道计算单元、叠加单元、功率计算单元和到达方位角选择单元，分组单元分别与导向矢量计算单元和叠加单元相连，上行信道计算单元与叠加单元相连，功率计算单元分别与导向矢量计算单元、叠加单元和到达方位角选择单元相连；其中：分组单元，用于将多个天线阵元平均分组，形成多个子阵，并将分组结果输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕伯轩，焦绘春，凌琳，
申请(专利权)人：普天信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11