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一種同步碼分多址用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)方法和裝置的制作方法

文檔序號:2264904閱讀:287來源:國知局
專利名稱:一種同步碼分多址用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于碼分多址CDMA蜂窩通信系統(tǒng)基站采用平面陣列天線技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
CDMA蜂窩通信技術(shù)以其頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、抗多徑能力強(qiáng)、通信質(zhì)量好、電磁干擾小等特點(diǎn)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?,是未來移?dòng)通信的主流技術(shù)。特別是如果在CDMA系統(tǒng)中基站使用陣列天線甚至平面陣列天線可以顯著地改善系統(tǒng)的容量、頻譜效率、通信質(zhì)量和覆蓋范圍和提供高精度的無線定位服務(wù)。在平面陣列天線CDMA系統(tǒng)中用戶信號的方位/高低二維波達(dá)方向估計(jì)對下行鏈路的定點(diǎn)波束形成、更有效地抑制干擾和基于波達(dá)方向估計(jì)的用戶無線二維定位技術(shù)具有重要作用,是平面陣列天線CDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
在過去的幾十年中,提出了一些基于平面陣列天線的二維波達(dá)方向估計(jì)算法。一般都是將基于一維譜估計(jì)的方法推廣到相應(yīng)的二維問題,所不同的是這時(shí)為獲得譜峰位置相應(yīng)的譜搜索是二維的。然而二維譜搜索的計(jì)算復(fù)雜度與存儲(chǔ)量與相應(yīng)的一維問題相比增長量極大使其難以在實(shí)際中應(yīng)用。而且這些算法還受限于陣列天線的分辨能力,對信號源的數(shù)目和信號源在空間位置上是否重疊等都有一定的限制,否則平面陣列天線無法對信號源的二維波達(dá)方向進(jìn)行有效估計(jì)。
CDMA系統(tǒng)的一個(gè)典型蜂窩小區(qū)內(nèi)通常有幾十個(gè)用戶,使得傳統(tǒng)的基于平面陣列天線的二維波達(dá)方向估計(jì)算法不能直接應(yīng)用于平面陣列天線CDMA系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是,提出一種同步碼分多址用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)方法和裝置。該方法可以有效分辨和較精確估計(jì)用戶信號的二維波達(dá)方向。本發(fā)明提出的基于上述方法的裝置非常適合于采用解相關(guān)檢測技術(shù)的平面陣列天線CDMA系統(tǒng)用戶信號二維波達(dá)方向的估計(jì)。
本發(fā)明的技術(shù)方案-一種同步碼分多址用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)方法首先利用平面陣列天線陣元后接的相關(guān)檢測器進(jìn)行用戶信號的分離和相關(guān)計(jì)算,其次對相關(guān)檢測器的輸出進(jìn)行解相關(guān)處理,然后利用與子陣0和子陣1對應(yīng)的用戶解藕輸出信號估計(jì)子陣0和子陣1組合的用戶信號的協(xié)方差矩陣,之后基于子陣0和子陣1組合的用戶信號協(xié)方差矩陣的估計(jì),借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)的方法進(jìn)行方位波達(dá)方向的估計(jì),而后利用與子陣0和子陣2對應(yīng)的用戶解藕輸出信號估計(jì)子陣0與子陣2組合的用戶信號的協(xié)方差矩陣,最后,利用方位波達(dá)方向估計(jì)的結(jié)果和基于子陣0和子陣2組合的用戶信號的協(xié)方差矩陣的估計(jì),再次借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)的方法進(jìn)行高低波達(dá)方向的估計(jì)。
其過程如下首先,對用戶信號進(jìn)行分離和計(jì)算相關(guān)檢測器的輸出利用相關(guān)檢測器對用戶信號進(jìn)行有效的分離和利用同步CDMA傳輸?shù)男盘柼卣鞑ㄐ蔚南嚓P(guān)特性計(jì)算相關(guān)檢測器的輸出。
其次,進(jìn)行解相關(guān)處理對相關(guān)檢測器輸出的用戶信號進(jìn)行解相關(guān)處理,消除其他用戶信號的干擾,并得到消除其他用戶信號干擾的用戶信號解相關(guān)或解藕輸出,解相關(guān)處理是基于相關(guān)矩陣的逆實(shí)現(xiàn)的。
然后,估計(jì)子陣0和子陣1組合的用戶信號協(xié)方差矩陣?yán)门c子陣0和子陣1對應(yīng)的消除其他用戶信號干擾的期望用戶解藕輸出信號估計(jì)子陣0和子陣1組合的用戶信號的協(xié)方差矩陣。
之后,進(jìn)行用戶信號方位波達(dá)方向的估計(jì)基于子陣0和子陣1組合的用戶信號協(xié)方差矩陣的估計(jì),借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)的方法進(jìn)行方位波達(dá)方向的估計(jì)。
而后,估計(jì)子陣0和子陣2組合的用戶信號協(xié)方差矩陣?yán)门c子陣0和子陣2對應(yīng)的消除其他用戶信號干擾的期望用戶解藕輸出信號估計(jì)子陣0和子陣2組合的用戶信號協(xié)方差矩陣。
最后,進(jìn)行用戶信號高低波達(dá)方向的估計(jì)利用方位波達(dá)方向估計(jì)的結(jié)果和基于子陣0和子陣2組合的用戶信號的協(xié)方差矩陣的估計(jì),再次借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)的方法進(jìn)行高低波達(dá)方向的估計(jì)。
一種同步碼分多址用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)裝置。該裝置包括平面陣列天線A、用戶信號解相關(guān)處理器B和用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)器C三部分,平面陣列天線A的輸入端接收用戶信號,平面陣列天線A的輸出端接用戶信號解相關(guān)處理器B的輸入端,用戶信號解相關(guān)處理器B的輸出端接用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)器C的輸入端。
以下對本發(fā)明的方法加以論述。
1.相關(guān)計(jì)算在這一部分考慮應(yīng)用平面陣列天線的同步CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)。為清晰地闡明問題,考慮非頻率選擇性衰落信道的同步CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)。
假設(shè)有N個(gè)用戶的信號同時(shí)到達(dá)平面陣列天線?;窘邮諜C(jī)使用了共有M個(gè)傳感器陣元的平面矩形陣列天線,其相應(yīng)的每一個(gè)子陣有m個(gè)傳感器陣元,Δ1和Δ2分別為水平和垂直方向的陣元間距。在三維右手坐標(biāo)系中,假設(shè)(xm,ym,0),(m=1,2,...,M)是平面矩形陣列天線第m個(gè)陣元的坐標(biāo)。該陣列第m個(gè)陣元所接收的信號可以表示為xm(t)=Σi=1NPibi(t)ci(t)ejφiami+nm(t)]]>[公式1]其中,Pi,φi,bi(t),ci(t)分別表示第i個(gè)用戶的信號的功率、載波相位、信息序列和擴(kuò)頻序列。nm(t)是陣元噪聲,ami是方向系數(shù)并可以表示為ami=e-jω0τmi]]>[公式2]其中,τmi是以坐標(biāo)原點(diǎn)為參考點(diǎn)的第i個(gè)用戶在第m個(gè)陣元上的時(shí)間延遲,有τmi=1C(xmsinθicosγi+ymsinθisinγi)]]>對于同步系統(tǒng)只需考慮一個(gè)符號周期。根據(jù)公式1,將平面陣列天線的接收信號表示為如下的矩陣形式
X(t)=ABPΦC(t)+N(t), 0≤t≤Ts[公式3]其中,X(t)=[x1(t),x2(t),...,xM(t)],A=a11a12···a1Na21a22···a2N········aM1aM2···aMN]]>,B=diag[b1,b2,...,bN],P=diag[P1,P2,...,PN],]]>Φ=diag[ejφ1,ejφ2,...,ejφN],]]>C(t)=[c1(t),c2(t),...,cN(t)]T,N(t)=[n1(t),n2(t),...,nN(t)]。
為了檢測每一個(gè)用戶的信號,需使用N個(gè)相關(guān)檢測器。檢測器的性能取決于下式所定義的相關(guān)矩陣Rc=∫0TsC(t)CT(t)dt]]>[公式4]從N個(gè)具有各自擴(kuò)頻序列的相關(guān)檢測器,以比特順序的采樣輸出可以表示為Y=∫0TsX(t)CH(t)dt=ABPΦRc+N]]>[公式5]其中,N=∫0Tsn(t)CH(t)dt]]>2.解相關(guān)計(jì)算為消除信號的干擾和解藕用戶的數(shù)據(jù)信息,解相關(guān)檢測模塊將相關(guān)矩陣的逆加于相關(guān)檢測器的輸出。解相關(guān)檢測模塊的解藕輸出矩陣可以表示為Z=YRc-1=ABPΦ+Nz=[z1,z2,...,zN]]]>[公式6]其中,Nz=[nz1,nz2,...,nzN].]]>顯然矩陣Z的每一個(gè)列矢量包含一個(gè)單一的所分離出的用戶信號而消除了其它用戶的干擾信號,這樣每一個(gè)用戶的信號都可獨(dú)立地檢測出來。因此,第i個(gè)用戶的解藕信號矢量可以表示為zi=aiPiejφibi+nz,]]>[公式7]其中,bi是第i個(gè)用戶的符號序列, 是所對應(yīng)的噪聲矢量。ai是第i個(gè)用戶的方向系數(shù)矢量并可以表示為ai=[a1i,a2i,...,aMi]T。
3.用戶信號方位/高低波達(dá)方向估計(jì)現(xiàn)在考慮期望用戶信號方位/高低方向估計(jì)。當(dāng)期望用戶的信號基于上面所述的解相關(guān)處理解藕后,便可以應(yīng)用二維借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)算法估計(jì)期望用戶信號的方位/高低波達(dá)方向。與一維借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)算法類似,對二維借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)算法有JEs=Es0Es1··Es(p-1)=A0A0Γ1··A0Γp-1T]]>[公式8]其中,Es0,Es1,...,Es(p-1)∈Cm×N是p個(gè)信號子空間,J是mp×M維的篩選矩陣,A0是第0個(gè)子陣(參考子矩陣)的陣列流形,Гi是表示第i個(gè)子陣與參考子陣間相位延遲關(guān)系的對角矩陣,T是一個(gè)N×N的滿秩矩陣。
公式8是參數(shù)化的一般表達(dá)方式。對于矩形平面陣,其相應(yīng)的陣列流形模型為JEs=A0A0Γ1A0Γ2A0Γ1Γ2T]]>如果方位波達(dá)方向θ和高低波達(dá)方向γ如附圖2所定義,則Г1和Г2可以表示為Г1=diag{exp(-j2π|Δ1|sinθi/λ)} [公式9]Г2=diag{exp(-j2π|Δ2|cosθisinγi/λ)}其中,i=1,...,N。公式8所表示的多維估計(jì)問題可歸結(jié)為下列的優(yōu)化問題minA,T,ΓV=minA,T,Γ||E^s0E^s1··E^s(p-1)W1/2-A0A0Γ1··A0Γp-1T||F2]]>[公式10]其中,E^0,E^1,...,E^p-1∈Cm×N]]>是p個(gè)子空間估計(jì),A0∈Cm×N,T∈CN×N,Г1,Г2,...,Гp-1∈CN×N。
公式10所表示的多維優(yōu)化問題是非線性的,非常復(fù)雜,需搜索多維代價(jià)函數(shù)以解決估計(jì)問題,并且其相應(yīng)的次優(yōu)算法也是非常復(fù)雜的。
但是對于所需要解決的問題,由于解相關(guān)處理,因此只需要每次分別估計(jì)期望用戶信號的方位與高低波達(dá)方向。這意味著對于所需要解決的問題通過解相關(guān)處理可避免方位與高低波達(dá)方向的配對問題,而這在多源信號的方位與高低波達(dá)方向的估計(jì)問題中是一個(gè)必須要解決的主要問題。這樣就可以找到一種簡單而直接的方法來估計(jì)期望用戶信號的方位與高低波達(dá)方向。其具體方法是可分別應(yīng)用公式8的第一與第二行即JEs01=Es0Es1=A0A0Γ1T01]]>來估計(jì)Г1以首先解決方位波達(dá)方向的估計(jì)問題。其次應(yīng)用公式8的第一與第三行即JEs02=Es0Es2=A0A0Γ2T02]]>來估計(jì)Г2以解決高低波達(dá)方向的估計(jì)問題。這就是說,通過解相關(guān)處理,可以兩次應(yīng)用一維借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)算法來解決同步CDMA系統(tǒng)用戶信號方位/高低二維波達(dá)方向的估計(jì)問題。這樣相應(yīng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)可以顯著地減少,估計(jì)的可靠性大大增加。上述解決同步CDMA系統(tǒng)用戶信號方位/高低二維波達(dá)方向估計(jì)問題的思路與步驟可以概括為A.方位波達(dá)方向的估計(jì)(1)協(xié)方差矩陣估計(jì)從公式7解藕信號zi的有限觀測數(shù)據(jù)中,構(gòu)成對應(yīng)子陣0和子陣1組合的陣列輸出矢量zi,01
zi,01=zi,0zi,1]]>式中,z1,0和zi,1分別是子陣0和子陣1所對應(yīng)的解藕信號輸出矢量。由zi,01得到所對應(yīng)的協(xié)方差矩陣Ri,01的估計(jì) ,即R^i,01=1KΣk=1Kzi,01(k)zi,01H(k)]]>[公式11]其中,K為采樣數(shù)。
(2)信號子空間估計(jì)對協(xié)方差矩陣 進(jìn)行特征分解,即R^i,01=E01Λ01E01H]]>式中,Λ01=diag{λ0,01,...,λ2m,01}和E01=[e0,01,...,e2m,01]分別為特征值和特征矢量。對所要解決的問題由于解相關(guān)處理,λ0,01和e0,01分別為唯一的對應(yīng)解藕信號的主特征值和主特征矢量,其余為最小特征值和所對應(yīng)的特征矢量。這樣可得到信號子空間的估計(jì)為 ,將其分解為對應(yīng)子陣0和子陣1的子陣列矩陣E^s,01=E^0,01E^1,01]]>(3)算子矩陣估計(jì)定義算子ψ01=-F0,01F1,01-1]]>,其中F01是矩陣[E0,01|E1,01]的零空間,F(xiàn)01=F0,01F1,01]]>。由于 和 都存在著估計(jì)誤差,因此可采用全局最小二乘TLS法估計(jì)矩陣Ψ01,而矩陣Ψ01的特征值便是矩陣Γ1的元素。矩陣Ψ01的全局最小二乘TLS估計(jì)可通過下列的特征分解計(jì)算E^0,01HE^1,01HE^0,01HE^1,01H=U11,01U12,01U21,01U22,01Σ01U11,01U12,01U21,01U22,01H]]>[公式12]這樣矩陣Ψ01的全局最小二乘TLS估計(jì)可以表示為Ψ^01,TLS=-U12,01U22,01-1]]>[公式13](4)算子矩陣特征分解對矩陣 進(jìn)行特征分解,對于可獲得單一的特征值,而該特征值則可以表示為相位角1。
(5)方位波達(dá)方向估計(jì)在方位波達(dá)方向估計(jì)模塊中通過下面的運(yùn)算給出期望信號的方位波達(dá)方向θ的估計(jì)
[公式14]需要說明的是,如果規(guī)定1僅在 相位角的主值區(qū)間取值,也就是說, ,那么有|sinθ|≤λ4|Δ1|]]>[公式15]根據(jù)公式15,隨著子陣空間位移距離的增加,應(yīng)用借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)算法信號波達(dá)方向估計(jì)的界將變小。例如,如果|Δ1|=0.5λ,|θ|≤30°;如果|Δ1|=λ,|θ|≤14.48°。因此如果安排|Δ1|=0.5λ,并且假設(shè)信號照射到陣列的方位波達(dá)方向在±30°內(nèi),則1可僅在 相位角的主值區(qū)間取值,這樣將不存在波達(dá)方向估計(jì)的模糊問題,而波達(dá)方向估計(jì)的模糊問題在通常的借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)算法中需要考慮。
B.高低波達(dá)方向的估計(jì)(1)協(xié)方差矩陣估計(jì)從公式7解藕信號zi的有限觀測數(shù)據(jù)中,構(gòu)成對應(yīng)子陣0和子陣2的組合陣列輸出矢量zi,02zi,02=zi,0zi,2]]>式中,zi,0和z1,2分別是子陣0和子陣2所對應(yīng)的解藕信號輸出矢量。
由zi,02得到所對應(yīng)的協(xié)方差矩陣Ri,02的估計(jì) ,即R^i,02=1KΣk=1Kzi,02(k)zi,02H(k)]]>[公式16]其中,K為采樣數(shù)。
(2)信號子空間估計(jì)對協(xié)方差矩陣 進(jìn)行特征分解,即R^i,02=E02Λ02E02H]]>式中,Λ02=diag{λ0,02,…,λ2m,02}和E02=[e0,02,…,e2m,02]分別為特征值和特征矢量。對所要解決的問題由于解相關(guān)處理,λ0,02和e0,02分別為唯一的對應(yīng)解藕信號的主特征值和主特征矢量,其余為最小特征值和所對應(yīng)的特征矢量。這樣可得到信號子空間的估計(jì)為 ,將其分解為對應(yīng)子陣0和子陣2的子陣列矩陣E^s,02=E^0,02E^1,02]]>
(3)算子矩陣估計(jì)定義算子Ψ02=-F0,02F1,02-1]]>,其中F02是矩陣[E0,02|E1,02]的零空間,F(xiàn)02=F0,02F1,02]]>。由于 和 都存在著估計(jì)誤差,因此可采用全局最小二乘TLS法估計(jì)矩陣Ψ02,而矩陣Ψ02的特征值便是矩陣Γ2的元素。矩陣Ψ02的全局最小二乘TLS估計(jì)可通過下列的特征分解計(jì)算E^0,02HE^1,02HE^0,02HE^1,02H=U11,02U12,02U21,02U22,02Σ01U11,02U12,02U21,02U22,02H]]>[公式17]這樣矩陣Ψ02的全局最小二乘TLS估計(jì)可以表示為Ψ^02,TLS=-U12,02U22,02-1]]>[公式18](4)算子矩陣特征分解對矩陣 進(jìn)行特征分解,對于可獲得單一的特征值,而該特征值則可以表示為相位角2。
(5)方位波達(dá)方向估計(jì)在方位波達(dá)方向估計(jì)模塊中通過下面的運(yùn)算給出期望信號的高低波達(dá)方向γ的估計(jì) [公式19]與方位波達(dá)方向的估計(jì)相類似,如果安排|Δ1|=|Δ2|=0.5λ,并且假設(shè)信號照射到陣列的高低波達(dá)方向也在±30°內(nèi),由于在這種情況下 接近于1,則2也可僅在 相位角的主值區(qū)間取值,這同樣將不存在波達(dá)方向估計(jì)的模糊問題。
本發(fā)明的有益效果首先,用戶信號二維波達(dá)方向的估計(jì)是兩次基于一維借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)方法實(shí)現(xiàn)的,避免了多維搜索的估計(jì)問題,因此本估計(jì)方法最主要的優(yōu)點(diǎn)就是簡單、復(fù)雜度低。其次,由于用戶信號二維波達(dá)方向的估計(jì)是基于用戶信號的解藕輸出實(shí)現(xiàn)的,消除了其他用戶信號的干擾,因此估計(jì)的性能好。此外,由于解相關(guān)處理,不同用戶信號的二維波達(dá)方向是分別加以估計(jì)的,對用戶的信號數(shù)和用戶信號在空間是否重疊沒有限制,也不需要檢測用戶的信號源數(shù)目,相應(yīng)的估計(jì)結(jié)果非??煽?。所有這些都使本發(fā)明適合于平面陣列天線同步CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)用戶信號二維波達(dá)方向的估計(jì)。


圖1是裝置總框圖。
圖2是平面陣列天線示意圖。
圖3是平面陣列天線陣元的坐標(biāo)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明的方法適用于任何采用平面陣列天線的同步CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)。
圖1給出了該方法應(yīng)用于平面陣列天線同步直接序列擴(kuò)頻碼分多址DS-CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的裝置詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。
該裝置包括平面陣列天線A、用戶信號解相關(guān)處理器B和用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)器C三部分,平面陣列天線A的輸入端接收用戶信號,平面陣列天線A的輸出端接用戶信號解相關(guān)處理器B的輸入端,用戶信號解相關(guān)處理器B的輸出端接用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)器C的輸入端。
用戶信號解相關(guān)處理器B包括相關(guān)檢測器B101和解相關(guān)處理模塊B102,用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)器C包括協(xié)方差矩陣估計(jì)模塊C101、信號子空間估計(jì)模塊C102、算子矩陣估計(jì)模塊C103,算子矩陣特征分解模塊C104,方位波達(dá)方向估計(jì)模塊C105和高低波達(dá)方向估計(jì)模塊C106。其中平面陣列天線A、相關(guān)檢測器B101、解相關(guān)處理模塊B102,協(xié)方差矩陣估計(jì)模塊B101、子空間估計(jì)模塊C102、算子矩陣估計(jì)模塊C103,算子矩陣特征分解模塊C104依次順序串聯(lián)連接,算子矩陣特征分解模塊C104的輸出分別接方位波達(dá)方向估計(jì)模塊C105和高低波達(dá)方向估計(jì)模塊C106的輸入,方位波達(dá)方向估計(jì)模塊C105的輸出接高低波達(dá)方向估計(jì)模塊C106的輸入。
具體的信號處理過程如下a.將平面陣列天線A每個(gè)陣元接收進(jìn)來的下變頻基帶模擬信號經(jīng)模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號,送入陣元后接的相關(guān)檢測器B101,相關(guān)檢測器根據(jù)用戶各自擴(kuò)頻序列實(shí)現(xiàn)用戶信號的分離,同時(shí)根據(jù)公式5計(jì)算出平面陣列天線所有傳感陣元的相關(guān)檢測輸出矢量Y,其結(jié)果提供給解相關(guān)處理模塊B102;b.在解相關(guān)處理模塊B102中,對相關(guān)檢測輸出矢量Y進(jìn)行解相關(guān)處理即將定義為公式4的相關(guān)矩陣Rc的逆加于相關(guān)檢測器的輸出,消除其他用戶信號的干擾,得到消除其他用戶信號干擾的用戶信號的解藕輸出矢量Z,然后送入到協(xié)方差矩陣估計(jì)模塊C101;c.在協(xié)方差矩陣估計(jì)模塊C101中,根據(jù)公式11和公式16分別估計(jì)組合信號zi,01和zi,02所對應(yīng)的期望用戶信號的協(xié)方差矩陣 和 ,并送入到信號子空間估計(jì)模塊C102;d.在信號子空間估計(jì)模塊C102中,基于對協(xié)方差矩陣 和 的特征分解,分別得到所對應(yīng)的信號子空間估計(jì) 和 ,并將它們分解成 和 ,然后送入到算子矩陣估計(jì)模塊C103;e.在算子矩陣估計(jì)模塊B103中,利用公式12、13和公式17、18分別估計(jì)出算子 和 然后將它們送入算子矩陣特征分解模塊C104;f.在算子矩陣特征分解模塊C104中,通過特征分解運(yùn)算分別得到算子 和 所對應(yīng)的相位角1和2;g.將相位角1送入到方位波達(dá)方向估計(jì)模塊C105中,利用公式14得到方位波達(dá)方向的估計(jì)
h.將相位波達(dá)方向2和所得到的方位波達(dá)方向的估計(jì)

送入到高低波達(dá)方向的估計(jì)模塊C106中,利用公式19得到高低波達(dá)方向的估計(jì)

因此,從上面的步驟可見用戶信號方位/高低二維波達(dá)方向的估計(jì)是通過兩次分別運(yùn)用一維借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)的方法依次實(shí)現(xiàn)的,即首先運(yùn)用一維借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)的方法得到方位波達(dá)方向

的估計(jì),然后利用

估計(jì)的結(jié)果再次運(yùn)用一維借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)的方法得到高低波達(dá)方向的估計(jì)

表1給出了該方法應(yīng)用于平面陣列天線同步DS-CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)的結(jié)果。
具體的仿真條件如下采用陣元間距為半波長λ/2的5×5的均勻矩形平面陣接收BPSK信號,其中交疊子陣列的尺寸為4×4,如圖2所示。信噪比假設(shè)為10dB,信號的載波相位假設(shè)為0,擴(kuò)頻序列為Gold31碼。假設(shè)在一個(gè)二維方位/高低為±30°的扇區(qū)內(nèi)有4個(gè)用戶。為評價(jià)估計(jì)的性能對100次獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了平均,每次實(shí)驗(yàn)的采樣數(shù)為100。
表1清楚地表明利用本發(fā)明所提出的一種同步碼分多址用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)方法和裝置對用戶信號二維波達(dá)方向有效和較精確地估計(jì)。
值得指出的是,即使當(dāng)不同用戶信號的二維波達(dá)方向相同時(shí),由于方法利用了CDMA信號的內(nèi)在特性即每一個(gè)CDMA用戶都被分配了各自不同的擴(kuò)頻碼,因此在這種情況下各用戶信號的二維波達(dá)方向仍可得到有效和可靠的估計(jì)。
表1

權(quán)利要求
1.一種同步碼分多址用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)方法,其特征在于a.平面陣列天線(A)每個(gè)陣元接收進(jìn)來的下變頻基帶模擬信號經(jīng)模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號,并送入陣元后接的相關(guān)檢測器(B101),相關(guān)檢測器根據(jù)用戶各自擴(kuò)頻序列實(shí)現(xiàn)用戶信號的分離,同時(shí)計(jì)算出平面陣列天線所有傳感陣元的相關(guān)檢測輸出矢量Y,其結(jié)果提供給解相關(guān)處理模塊(B102);b.在解相關(guān)處理模塊(B102)中,對相關(guān)檢測輸出矢量Y進(jìn)行解相關(guān)處理即將相關(guān)矩陣Rc的逆加于相關(guān)檢測器的輸出,消除其他用戶信號的干擾,得到消除其他用戶信號干擾的用戶信號的解藕輸出矢量Z,并送入到協(xié)方差矩陣估計(jì)模塊(C101);c.在協(xié)方差矩陣估計(jì)模塊(C101)中,分別估計(jì)組合信號zi,01和zi,02所對應(yīng)的期望用戶信號的協(xié)方差矩陣 和 ,并送入到信號子空間估計(jì)模塊(C102);d.在信號子空間估計(jì)模塊(C102)中,基于對協(xié)方差矩陣 和 的特征分解,分別得到所對應(yīng)的信號子空間估計(jì) 和 ,并將它們分解成 和 送入到算子矩陣估計(jì)模塊(C103);e.在算子矩陣估計(jì)模塊(C103)中,分別估計(jì)出算子 和 ,并將它們送入算子矩陣特征分解模塊(C104);f.在算子矩陣特征分解模塊(C104)中,通過特征分解運(yùn)算分別得到算子 和 所對應(yīng)的相位角1和2;g.將相位角1送入到方位波達(dá)方向估計(jì)模塊(C105)中,得到方位波達(dá)方向的估計(jì) h.將相位角2和所得到的方位波達(dá)方向的估計(jì) 送入到高低波達(dá)方向的估計(jì)模塊(C106)中,得到高低波達(dá)方向的估計(jì)
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步碼分多址用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)方法,其特征在于用戶信號方位/高低二維波達(dá)方向的估計(jì)是通過兩次分別運(yùn)用一維借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)的方法依次實(shí)現(xiàn)的,即首先運(yùn)用一維借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)的方法得到方位波達(dá)方向 的估計(jì),然后利用 估計(jì)的結(jié)果再次運(yùn)用一維借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)的方法得到高低波達(dá)方向的估計(jì)
3.一種同步碼分多址用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)裝置,其特征在于該裝置由平面陣列天線(A)、用戶信號解相關(guān)處理器(B)和用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)器(C)三部分組成,平面陣列天線(A)的輸入端接收用戶信號,平面陣列天線(A)的輸出端接用戶信號解相關(guān)處理器(B)的輸入端,用戶信號解相關(guān)處理器(B)的輸出端接用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)器(C)的輸入端。
4.據(jù)權(quán)利要求3所述一種同步碼分多址用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)裝置,其特征在于用戶信號解相關(guān)處理器(B)包括相關(guān)檢測器(B101)和解相關(guān)處理模塊(B102),用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)器(C)包括協(xié)方差矩陣估計(jì)模塊(C101)、子空間估計(jì)模塊(C102)、算子矩陣估計(jì)模塊(C103),算子矩陣特征分解模塊(C104),方位波達(dá)方向估計(jì)模塊(C105)和高低波達(dá)方向估計(jì)模塊(C106)。其中平面陣列天線(A)、相關(guān)檢測器(B101)、解相關(guān)處理模塊(B102),協(xié)方差矩陣估計(jì)模塊(B101)、子空間估計(jì)模塊(C102)、算子矩陣估計(jì)模塊(C103),算子矩陣特征分解模塊(C104)依次順序串聯(lián)連接,算子矩陣特征分解模塊(C104)的輸出分別接方位波達(dá)方向估計(jì)模塊(C105)和高低波達(dá)方向估計(jì)模塊(C106)的輸入,方位波達(dá)方向估計(jì)模塊(C105)的輸出接高低波達(dá)方向估計(jì)模塊(C106)的輸入。
全文摘要
一種同步碼分多址用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)方法和裝置,首先利用平面陣列天線陣元后接的相關(guān)檢測器進(jìn)行用戶信號的分離和相關(guān)計(jì)算,其次對相關(guān)檢測器的輸出進(jìn)行解相關(guān)處理,然后利用一組組合用戶解耦輸出信號估計(jì)協(xié)方差矩陣,之后借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)的方法進(jìn)行方位角的估計(jì),而后利用另一組組合用戶解耦輸出信號估計(jì)協(xié)方差矩陣,最后,利用方位角估計(jì)的結(jié)果,再次借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計(jì)信號參數(shù)的方法進(jìn)行高低角的估計(jì)。裝置包括平面陣列天線(A)、用戶信號解相關(guān)處理器(B)和用戶信號二維波達(dá)方向估計(jì)器(C)三部分。該方法和裝置簡單、可靠,非常適合于平面陣列天線同步CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)用戶信號二維波達(dá)方向的估計(jì)。
文檔編號H04B7/02GK1486050SQ0315378
公開日2004年3月31日 申請日期2003年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月21日
發(fā)明者楊維, 李世明, 談?wù)褫x, 程時(shí)昕, 維 楊 申請人:北京交通大學(xué)
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