一种到达角估计的装置及方法制造方法及图纸

一种到达角估计装置和方法，该装置至少包括：多个信号转换模块：用于将混合天线阵列模块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：用于将多个信号转换模块输出进行信号处理估计来波到达角；信号转换模块至少包括：模拟相移器，用于调节阵子接收信号相位，其相移值在每个符号周期内的设置在进行到达角估计前确定；到达角估计模块至少包括：相邻子阵相位差计算子模块，用于对所有空间相邻的信号转换模块的输出信号进行互相关运算，以计算相邻子阵相位差；IDFT计算子模块：用于将相邻子阵相位差计算子模块131输出的结果进行IDFT计算；到达角计算子模块：用于对IDFT计算子模块相邻的输出信号进行互相关运算，输出来波到达角估计。

【技术实现步骤摘要】
一种到达角估计的装置及方法
本专利技术属于通信
，涉及一种到达角估计的装置及方法。
技术介绍
混合天线阵列可以使通信系统的性能和成本获得很好的平衡，因此该技术被认为是一种应用于毫米波通信系统非常有前途的技术。通常混合天线阵列包含多个模拟子阵列，每个模拟子阵列由多个具有移相器的天线构成。根据子阵在阵列中的拓扑结构，混合阵列分为localizedarray和interleavedarray。由于localizedarray更适合于在馈电网络中构建由多个模块组成的大阵列，因此其更适合于硬件实现。另一方面，视线传播是毫米波信号传播的主要方式，因此来波到达角的信息对于接收机解调非常重要。通过采用localizedarray对毫米波到达角进行快速和准确的估计是未来通信系统的一项关键技术。目前，在采用localizedarray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。由于相位模糊度问题，步骤二中需要设定多个初始波束搜索方向，并在步骤三中计算所有潜在波束成型方向输出功率。这就导致需要一个长的扫描周期，周期的长度随着扫描子帧长度和子阵的天线个数线性增加。随着大规模天线阵列在未来毫米波移动通信系统的应用，信号到达角的快速获取是提高系统性能的重要前提。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种快速估计到达角并提高估计精度的装置及方法。为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案具体是这样实现的：一种到达角估计装置，该装置包括：多个信号转换模块：用于将各个子阵列天线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：用于将多个信号转换模块输出进行信号处理估计来波到达角。其中，所述信号转换模块至少包括：模拟相移器，用于调节阵子接收信号相位，其相移值在每个符号周期内的设置在进行到达角估计前确定；模拟信号合并器用于合并相移器输出；转换子模块，用于将模拟合并器输出信号转换到数字基带信号；到达角估计模块至少包括：相邻子阵相位差计算子模块，用于对所有空间相邻的信号转换模块的输出信号进行互相关运算，以计算相邻子阵相位差；IDFT计算子模块：用于将相邻子阵相位差计算子模块131输出的结果进行IDFT计算；到达角计算子模块：用于对IDFT计算子模块相邻的输出信号进行互相关运算，输出来波到达角估计。本专利技术还公开了一种到达角估计方法，该方法至少包括以下步骤：步骤S21：在多个符号周期内按预先设定的相移进行设置，即，对每个相移器的相移值进行设置,其取值为其中，表示在第t(t＝0,…,T-1)个训练符号周期时，第m(m＝0,…,M-1)个子阵列的第n(n＝0,…,N-1)个相移器的相移值,αm(t)＝-2π(m/M+t/L)；M和N分别表示子阵121的数量和每个子阵中阵子122的数量，令M的取值为偶数，N/M的取值为整数；T表示训练符号的数量，L＝TM表示系统中采用不同相移的总数；步骤S22：获取每个信号转换模块输出的数字基带信号，该数字基带信号为每个相移器输出模拟信号合并后经数字化产生的波束成型；步骤S23：计算每个符号周期所有相邻信号转换模块输出的互相关m＝0,…,M-2，sm(t)表示在第t个符号周期中第m个信号转换模块11的输出信号；步骤S24：对ρm(t)的符号进行校正；其中，在每个符号周期分别找到具有最大幅值|ρm(t)|所对应的子阵索引m′＝argmaxm＝0,…,M-1{|ρm(t)|}，对ρm(t)的符号按照下式(2)进行校正，得到其中，II{·}表示指示函数；步骤S25：利用下式(3)对T个符号周期内的计算得到相邻子阵相位差估计；步骤S26：利用步骤S25得到的对所有信号转换模块输出的信号进行校正，得到校正后的信号为：步骤S27：根据N/M取值的奇偶性，对步骤26校正后的输出信号进行IDFT计算；其中，当N/M为偶数时，对进行M点的IDFT计算得到当N/M为奇数时，对和分别进行M/2点的IDFT计算得到和步骤S28：对步骤27中IDFT计算子模块132输出按照等式(5)和(6)进行计算，得到u的估计和N/M为奇数；(6)从而得到到达角估计并输出其中，d表示相邻阵子的间距；λ表示来波波长。上述方法中，首先，对混合阵列多个信号转换模块中的相移器，在多个符号周期内按照事先设定的相移进行设置，产生波束成型；然后，对混合阵列相邻信号转换模块输出信号进行相关运算，将多个符号周期内的相关运算结果合并后计算相位差估计；再利用相位差估计分别对信号转换模块输出信号进行校正，并对校正后的信号进行离散傅立叶逆变换(IDFT)；最后，将IDFT输出的相邻信号进行相关运算估计到达角。由上述本专利技术提供的具体实施方案可以看出，针对相位模糊问题，由于该方法仅需要少量训练符号即可遍历全部DFT波束，无需设置一个长周期的扫描帧来对多个波束方向进行搜索，使得到达角估计时间缩短。同时，通过联合所有子阵和训练符号实现期望信号成分的相干叠加，大幅提高了估计信噪比。附图说明图1为本专利技术实施例的到达角估计的装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例的到达角估计方法的步骤流程图；图3为本专利技术实施例的相邻子阵相位差估计均方误差MSE性能对平均接收信噪比的关系曲线图；图4为本专利技术实施例的到达角估计均方误差MSE性能对平均接收信噪比的关系曲线图。具体实施方式为使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下将参照附图并举实施例，对本专利技术作进一步说明。本专利技术提供的第一实施例是一种到达角估计装置，该装置流程与结构如图1所示，包括：多个信号转换模块11：用于将混合天线阵列12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13：用于将多个信号转换模块11输出进行信号处理估计来波到达角。进一步信号转换模块11包括：多个用于调节阵子接收信号相位的模拟相移器111，其相移值在每个符号周期内的设置在进行到达角估计前确定；用于合并相移器输出的模拟信号合并器112；转换子模块113，用于将模拟合并器输出信号转换到数字基带，这里包括将射频或中频信号下变频到基带。进一步混合天线阵列模块12包括多个子阵121,每个子阵由多个阵子122构成。按照子阵121的排列方式，模块12可以是线性阵列或平面阵列。在本实施例里假设采用线性阵列，M和N分别表示子阵数量和单个子阵中阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种到达角估计装置，其特征在于，该装置至少包括：/n多个信号转换模块：用于将混合天线阵列模块接收到的模拟信号波束成型并转换为数字信号；/n到达角估计模块：用于将多个信号转换模块输出进行信号处理估计来波到达角；/n其中，所述信号转换模块至少包括：/n模拟相移器，用于调节阵子接收信号相位，其相移值在每个符号周期内的设置在进行到达角估计前确定；/n模拟信号合并器用于合并相移器输出；/n转换子模块，用于将模拟合并器输出信号转换到数字基带信号；/n到达角估计模块至少包括：/n相邻子阵相位差计算子模块，用于对所有空间相邻的信号转换模块的输出信号进行互相关运算，以计算相邻子阵相位差；/nIDFT计算子模块：用于将相邻子阵相位差计算子模块131输出的结果进行IDFT计算；/n到达角计算子模块：用于对IDFT计算子模块相邻的输出信号进行互相关运算，输出来波到达角估计。/n

【技术特征摘要】
1.一种到达角估计装置，其特征在于，该装置至少包括：
多个信号转换模块：用于将混合天线阵列模块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：用于将多个信号转换模块输出进行信号处理估计来波到达角；
其中，所述信号转换模块至少包括：
模拟相移器，用于调节阵子接收信号相位，其相移值在每个符号周期内的设置在进行到达角估计前确定；
模拟信号合并器用于合并相移器输出；
转换子模块，用于将模拟合并器输出信号转换到数字基带信号；
到达角估计模块至少包括：
相邻子阵相位差计算子模块，用于对所有空间相邻的信号转换模块的输出信号进行互相关运算，以计算相邻子阵相位差；
IDFT计算子模块：用于将相邻子阵相位差计算子模块131输出的结果进行IDFT计算；
到达角计算子模块：用于对IDFT计算子模块相邻的输出信号进行互相关运算，输出来波到达角估计。


2.根据权利要求1所述的到达角估计装置，其特征在于，
混合天线阵列模块包括多个子阵，每个子阵由多个阵子构成。


3.根据权利要求2所述的到达角估计装置，其特征在于，
按照子阵的排列方式，混合天线阵列模块为线性阵列或平面阵列。


4.一种到达角估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S21：在多个符号周期内按预先设定的相移进行设置，即，对每个相移器的相移值进行设置，其取值为



其中，表示在第t(t＝0，...，T-1)个训练符号周期时，第m(m＝0，...，M-1)个子阵列的第n(n＝0，...，N-1)个相移器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李航，程知群，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33