一种来波到达角的估计方法及装置制造方法及图纸

公开了一种来波到达角的估计方法及装置，为了解决现有的基于谱估计的来波方向估计方法对多阵列天线系统不再适用的问题，该方法应用于多阵列天线系统包括：计算各天线阵列各自的空间谱；对各天线阵列的空间谱进行合并，得到合并空间谱；根据合并空间谱搜索得到来波到达角估计方向。或计算各天线阵列各自的空间谱；对各天线阵列的空间谱分别进行搜索得到各天线阵列的来波到达角估计方向；将各天线阵列的来波到达角估计方向进行合并得到来波到达角估计方向。由于对各天线阵列的空间谱进行合并，并以此搜索得到来波到达角估计方向，或对各天线阵列的空间谱分别进行搜索得到各天线阵列的来波到达角估计方向进而合并得到来波到达角估计方向，使得适用于多阵列天线系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，特别涉及一种来波到达角的估计方法及装置。
技术介绍
随着移动通信技术的发展，为了提高系统容量，很多系统中已用到了阵列 天线。但与此同时，随着社会的发展，人们在享受移动通信带来的便捷的同时， 对环境、对自身健康的关注也越来越多，而电磁环境也逐渐成为人们关注的一个敏感问题。为了获得足够的增益，传统的阵列天线往往需要6-8根天线按 照一定间距排列而成，因而从外观上看，其相比原有的单天线要大很多，而大 多数对技术不是非常了解的人往往以天线宽度衡量其电磁能力，这就导致新一 代的使用阵列天线的移动通信系统在建网和扩容过程中遇到了很大的非技术 因素的阻力。此外，从工程角度而言，传统的阵列天线由于其迎风面积大，也 给施工带来了更高的要求。为了解决如上诸多问题，采用双极化天线的阵列天线将是未来发展的趋 势。采用双极化阵列天线，能够将天线宽度减少的一半的条件下，从而降低了 工程难度，减少了人们对宽天线的抵触情绪。这里所说的双极化阵列如图1中 所示，两个极化方向的阵子通过交叉放置，从而在不减少单元个数的条件下， 减少了天线迎风面积。此外，在采用后续演进系统中，还可能会采用多个阵列的天线系统，多个 阵列之间拉开一定距离，从而形成多阵列系统。采用多阵列系统，各个天线阵 列之间具有将强的独立性，从而可以平滑过渡到未来的MIMO系统。如图2 中给出了 一个具有两个天线阵列的示例图，这里的多个阵列天线可以是单极化阵列天线，也可以是多极化阵列天线。但与此同时，采用多个阵列天线的系统也会带来一些新的问题。例如采用 双极化天线后，每个极化方向天线阵列个数减少了，从而，天线波束会展宽， 这给利用阵列天线的来波方向估计带来挑战。现有基于阵列天线的系统中，来波方向的估计已有一些成熟的实现方案。例如在采用6单元或者8单元阵列天线的TD-SCDMA系统中，已实现来波方 向的估计，并用于下行波束赋形和UE定位。其实现方案主要基于谱估计的方 法设各天线接收信号从发射端到接收端所经历的信道沖击响应为 H《,…,《]X.义。 U)这里&为阵列中天线单元总个数 将各个天线信道估计写成一个信道矩阵为H二[h卜h;,…h:。]T (2) 则可以得到接收信号的空间协方差矩阵R = HHH (3)这里(，)T, (，)H分别表示转置和共轭转置。根据空间协方差矩阵，即可得到接收信号的空间谱，以Bartlett谱为例有这里^为入射角度，、为对应于^方向的阵列响应矢量，当天线结构和天线间距确定了，则、即可直接计算得到，H表示取绝对值。然后根据A。，按照一定角度步长搜索最大值即为AOA估计方向，这里AOA为来波到达角的缩写，下文中都按这个缩写进行描述。如按照1度为步长，则搜索^外^ = 1...360中最大值，即为AOA估计方向。随后可以对多次测量得到的AOA进行平均或者平滑得到最终的AOA估8计输出。此外，为了实现简单，在还可以采用特征值法和谱方法相结合的方法进行 AOA估计，即首先对空间协方差矩阵求特征值和特征向量，并得到其最大特征值对应的特征向量w，然后可以得到谱，=|S>| (5)对P(。同样进行如上的搜索，得到其最大值对应的方向，即为AOA估计 的方向。现有估计方法均只是针对单一阵列的实现方案，其假定阵列中各个天线单 元接收信号幅度具有很强的相关性，即认为信号满足窄带远场条件。但当接收 天线阵列中具有多个阵列，即接收信号不一定具有很强的相关性时，现有AOA估计算法中，采用谱估计的方法都需要用到信号阵列响应矢量、，其通过事先 或者实时计算得到。当接收天线为单一小间距阵列天线时，对于特定入射角度阵列响应矢量Se具有唯一形式，但当接收天线为多个独立的阵列天线组(包 含拉远的天线阵，或者极化方向不同的多个天线阵)，则组内信号阵列响应矢量、具有唯一形式，但组间天线接收信号的相位之间不再具有确定的关系，此 时，无法将各个阵列天线纳入到一个大的广义上的单一阵列天线。因而，现有 的基于谱估计的来波方向估计方法对多阵列天线系统不再适用。
技术实现思路
为了解决现有的基于谱估计的来波方向估计方法对多阵列天线系统不再 适用的问题，本专利技术实施例提供了一种来波到达角的估计方法，应用于多阵列 天线系统，包括计算各天线阵列各自的空间谱；对各天线阵列的空间谱进行合并，得到合并空间谱；根据合并空间谱搜索得到来波到达角估计方向。同时本专利技术实施例还提供一种来波到达角的估计方法，应用于多阵列天线系统，包括计算各天线阵列各自的空间谱；对各天线阵列的空间谱分别进行搜索得到各天线阵列的来波到达角估计 方向；将各天线阵列的来波到达角估计方向进行合并得到来波到达角估计方向。 同时本专利技术实施例还提供一种来波到达角的估计装置，应用于多阵列天线 系统，包括计算模块用于计算各天线阵列各自的空间谱；合并模块用于对计算模块计算得到的各天线阵列的空间谱进行合并，得 到合并空间谱；搜索模块用于根据合并模块得到的合并空间谱搜索得到来波到达角估计 方向。同时本专利技术实施例还提供一种来波到达角的估计装置，应用于多阵列天线 系统，包括计算模块用于计算各天线阵列各自的空间谱；阵列搜索模块用于对计算模块计算得到的各天线阵列的空间谱分别进行 搜索得到各天线阵列的来波到达角估计方向；阵列合并模块用于将阵列搜索模块得到的各天线阵列的来波到达角估计 方向进行合并得到来波到达角估计方向。由上述本专利技术提供的具体实施方案可以看出，正是由于对各天线阵列的空 间谱进行合并，并以此搜索得到来波到达角估计方向，或对各天线阵列的空间 谱分别进行搜索得到各天线阵列的来波到达角估计方向进而合并得到来波到 达角估计方向，4吏得适用于多阵列天线系统。附图说明图1为现有^l支术中双极化阵列天线示意图； 图2为现有技术中两个天线阵列的示意图； 图3为本专利技术提供的第一实施例方法流程图; 图4为本专利技术提供的第二实施例方法流程图; 图5为本专利技术提供的第三实施例装置结构图; 图6为本专利技术提供的第三实施例装置结构图; 图7为本专利技术提供的第三实施例系统结构图; 图8为本专利技术提供的第四实施例系统结构图； 图9为本专利技术提供的第四实施例系统结构图。具体实施例方式本专利技术提供的第一实施例是一种来波到达角的估计方法，方法流程如图3 所示，包括步骤ll:计算各个天线阵列各自的空间谱。 设各天线接收信号从发射端到接收端所经历的信道沖击响应为td)，《2—，…,lx0，w=ljv (6)这里w表示阵列个数，《为第个阵列中天线单元总个数 将各个天线信道估计结果写成N个信道矩阵，每个阵列组内天线的信道估 计结果写为 一个信道矩阵为则可以得到N个天线阵列接收信号的空间协方差矩阵R:这里W7, h分别表示转置和共轭转置，其中由《通过公式(6)、 (7) 和(8)得到R只是为了说明本实施例的一个优选方案，根据《求得Rn还可以 采用其它的方法，这对于本领域技术人员来说属于公知技术，此处不再赘述。根据空间协方差矩阵R,即可得到N个天线阵列接收信号的空间谱，这里的空间谱可以按照两种方法得到现有已公开的空间谱(优选Bartlett语)估计的方法计算得到各天线阵列 空间谱:尸，),，RX)I; (9)这里^为入射角度，S沪为第个天线阵列对应于^方向的阵列响应矢量， 当该天线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种来波到达角的估计方法，其特征在于，应用于多阵列天线系统，包括：　计算各天线阵列各自的空间谱；　对各天线阵列的空间谱进行合并，得到合并空间谱；　根据合并空间谱搜索得到来波到达角估计方向。

【技术特征摘要】
1、一种来波到达角的估计方法，其特征在于，应用于多阵列天线系统，包括计算各天线阵列各自的空间谱；对各天线阵列的空间谱进行合并，得到合并空间谱；根据合并空间谱搜索得到来波到达角估计方向。2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算各天线阵列各自的 空间谱具体为利用空间谱估计的方法计算得到各天线阵列的空间谱。3、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算各天线阵列各自的 空间谱具体为利用由接收信号空间协方差矩阵计算得到的最大特征值对应的 特征向量同阵列天线对应于各个方向的阵列响应矢量求内积得到各天线阵列 空间镨。4、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对各天线阵列的空间谱 进行合并，得到合并空间谱具体为尸的=|^(^)其中/>(^)为合并空间谱，尸(e)为各天线阵列的空间谱，iv表示 阵列总个数。5、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对各天线阵列的空间谱 进行合并，得到合并空间谱具体为p的=Ija《(0其中a 为预先设定的加权系数。6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述 = = i..jv,《为第个阵列中天线单元总个数。7、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对多次测量得到来 波到达角估计方向进行平滑，得到最终来波到达角估计方向。8、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算各天线阵列各自的空间i普之后包4舌对多次得到的各天线阵列的空间谱进行平滑；并对平滑后的各天线阵列的空间谱进行合并。9、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，对各天线阵列的空间谱进行合并，得到合并空间谱之后包括对多次得到的合并空间谱进行平滑；并根据平滑后的合并空间谱搜索得到来波到达角估计方向。10、 一种来波到达角的估计方法，其特征在于，应用于多阵列天线系统，包括计算各天线阵列各自的空间谱；对各天线阵列的空间谱分别进行搜索得到各天线阵列的来波到达角估计方向；将各天线阵列的来波到达角估计方向进行合并得到来波到达角估计方向。11、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述将各天线阵列的来波到达角估计方向进行合并得到来波到达角估计方向具体为6 =丄f《其中e表示来波到达角估计方向，&表示各天线阵列的来波到达角估计方向，iv表示阵列总个数。12、如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述将各天线阵列的来波到达角估计方向进行合并得到来波到达角估计方向具体为p =其中&为预先设定的加权系数。13、 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述^=」一,=1..1其中尸《的为各天线阵列的空间谱。14、 如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括对多次测量得到来波到达角估计方向进行平滑，得到最终来波到达角估计方向。15、 如权利要求10所述的方法，其特征在于，计算各天线阵列各自的空 间谱之后包括对多次得到的各天线阵列的空间谱进行平滑；并对平滑后的各天线阵列的空间谱分别进行搜索得到各天线阵列的来波到 达角估计方向。16、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴柯维，李传军，孙长果，任世岩，
申请(专利权)人：大唐移动通信设备有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]