專利名稱：智能天線多子陣列系統(tǒng)的波達角估計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及智能天線的波達角估計方法，尤其涉及一種智能天線多子陣 列系統(tǒng)的波達角估計方法。
背景技術：
智能天線技術已經成為移動通信中最具有吸引力的技術之一。智能天線 又叫陣列天線，其采用空分多址技術，利用信號在傳輸方向上的差別，將同 頻率或同時隙、同碼道的信號區(qū)分開來，最大限度地利用有限的信道資源。 與無方向性天線相比較，其上、下行鏈路的天線增益大大提高，降低了發(fā)射 功率電平，提高了信噪比，有效地克服了信道傳輸衰落的影響。智能天線技 術利用信號傳輸的空間特性和數字信號處理技術，可以實現(xiàn)上行接收信號最 大比合并、賦形權矢量估計以及下行發(fā)射信號波束賦形，從而達到降低干擾、 增加容量、擴大覆蓋、改善通信質量、降低發(fā)射功率和提高無線數據傳輸速 率的目的。
波達角(DOA)是智能天線系統(tǒng)物理層測量的重要參數之一，其需要上 報至網絡層，以實現(xiàn)用戶終端的定位、無線資源管理與分配、業(yè)務分組調度 等功能，因此DOA估計的精度在一定程度上影響到無線資源管理的效率以 及無線通信系統(tǒng)的性能。
公開號為CN1535048A的中國專利申請?zhí)峁┝?一種估計固定波束空間 到達方向的方法，通過化單級搜索為多級搜索而形成一種逐步分級細化的 DOA估計方法，該方法既能得到所需的角度分辨率(精度)，還能減小系 統(tǒng)的計算量。但該專利申請僅適用于某一基站的某一扇區(qū)僅存在單一陣列天 線的情況。對于某一基站的某一扇區(qū)存在多個子陣列天線，每個子陣列將同時完成DOA估計，由于受接口資源限制同一時刻僅上報一個DOA估計結 果，也就是說，多天線系統(tǒng)中僅上報一個DOA估計結果，需要在多個子陣 列對應的DOA估計結果中進行選擇，再上報。上述專利申請中并沒有涉及 相關多子陣列的解決方案。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供 一 種智能天線多子陣列系統(tǒng)的波
達角估計方法，能實現(xiàn)對所有子陣列所接收信號的波達角估計，并能選取較 合適的子陣列的估計值進行上報。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的主要技術方案為
一種智能天線多子陣列系統(tǒng)的波達角估計方法，包括
每 一 天線子陣列對所接收到的用戶終端信號進行信道估計，并計算所接
收信號的空間協(xié)方差矩陣，根據空間協(xié)方差矩陣確定所接收信號的空間功率
譜的所有極大值；
以空間功率譜極大值中大于閾值的極大值作為有效值，并以所述有效值
來確定用戶終端發(fā)射信號的波達角；
將平均單通道接收功率最大的天線子陣列所確定的波達角上報至網絡側。
優(yōu)選地，波達角上報至網絡之前，還包括
將平均單通道接收功率最大的天線子陣列所確定的所有波達角進行排 序，相鄰波達角之差小于設定閾值時選取其中之一進行上報。 優(yōu)選地，進行信道估計之前還包括 利用纟交正天線對天線子陣列的上4??； 優(yōu)選地，上行天線通道校正包括在線校正和離線校正。 本發(fā)明對各天線子陣列接收的用戶終端信號進行信道估計，并計算所接 收信號的空間協(xié)方差矩陣，根據空間協(xié)方差矩陣確定所接收信號的功率極大 值，從而確定出一些可能的波達角；計算各天線子陣列的平均單通道接收功


圖1為本發(fā)明實施例的智能天線多子陣列系統(tǒng)的波達角估計方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的基本思想是以前的智能天線系統(tǒng)都是單天線子陣列，不存在 波達角上報者多需選擇上報的情形。本發(fā)明首先對各天線子陣列接收的用戶 終端信號進行信道估計，并計算所接收信號的空間協(xié)方差矩陣，根據空間協(xié) 方差矩陣確定所接收信號的功率極大值，從而確定出一些可能的波達角；最 后計算各天線子陣列的平均單通道接收功率，以最大的天線子陣列所估計到 的波達角作為上報值。本發(fā)明實現(xiàn)簡單，所上報的波達角估計值較準確。以 下結合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。
圖1為本發(fā)明實施例的智能天線多子陣列系統(tǒng)的波達角估計方法的流 程圖，如圖l所示，本發(fā)明實施例的智能天線多子陣列系統(tǒng)的波達角估計方 法包括以下步驟
步驟101:每一天線子陣列對所接收到的用戶終端信號進行信道估計， 并計算所接收信號的空間協(xié)方差矩陣，根據空間協(xié)方差矩陣確定所接收信號 的空間功率譜的所有極大值。
在實施本發(fā)明實施例之前，需對天線子陣列的天線通道特別是上行通道 進行校正，以補償各上行通道之間的幅度和/或相位的不一致性，從而使天 線子陣列對波達角的估計較為準確。對于8通道雙極化陣列天線，由于8通 道采用同一耦合網絡，因此不同極化方向對應的兩個4通道子陣列之間可以 聯(lián)合進行天線通道校正。對于空間分集的8通道雙子陣列天線而言，兩個4 通道子陣列分別采用各自的耦合網絡，因此兩個4通道子陣列分別獨立進行天線通道校正。校正方式采用離線校正或在線校正均可。本領域技術人員應 當理解，智能天線的天線通道校正屬現(xiàn)有技術，在此不作贅述。
波達角的估計是基于最大功率準則進行的，以下詳細說明之。
第s個子陣列、第k個用戶終端、第n個時刻(子幀)的信道估計矩陣
為
H'、'"(")=
f)(") f)(")
(1)
上式(1 )中Ms表示第s個子陣列的天線通道數；W表示信道估計窗長； p1，…，S, S表示天線子陣列數，對于8通道雙極化陣列天線以及空間分集的 8通道雙子陣列天線而言，5 = 2。
則天線子陣列所接收的用戶終端的信號空間協(xié)方差矩陣表示為
R("、(") = H(")(").(H(、"("))" = W)(")卩J = 1,…,M、.)
(2)
上式(2)中(，,表示對矩陣的共軛轉置運算。
第s個子陣列、第k個用戶、第n個時刻(子幀)的DOA估計結果表
示為
^^)(") = arg max
R"'"(")-a，)
(3)
上式(3)中a")(P)表示第s個子陣列在^方向上的導向矢量，^即為用戶 終端的信號與天線子陣列之間的夾角，即為要估計的波達角。即0取何值時 能使(a"). rw、(").aw的達到極大值。該9值即為可能的有效波達角。
步驟102:以空間功率譜極大值中大于閾值的極大值作為有效值，并以 所述有效值來確定用戶終端發(fā)射信號的波達角。
在利用式(3)確定e取值時，還需要對信號的空間功率譜進行處理，即 大于設定閾值時其對應的信號徑向才認為是有效的徑向，所確定的該徑向波 達角才是有效的。也即信號功率達到一定值的才認為是用戶終端發(fā)送的有效信號，其余信號為干擾信號。假設空間功率譜的極大值有丄。個，并確定極大
值中的最大的 一 個，極大值不低于最大值的空間功率譜對應的信號方向算作
有效多徑方向。
利用式(3)對用戶終端信號方向所確定有效波達角按入射角度大小進 行排序，相鄰的波達角之間的角度差小于設定閾值時，任選取其中一個作為 有效值。該角度差閾值與智能天線子陣列形式、子陣列參數以及天線單元特 性有關，可根據經驗而設定。
步驟103:將平均單通道接收功率最大的天線子陣列所確定的波達角上 報至網絡側。
假設各天線子陣列的高斯白噪聲功率相同，那么各個子陣列的接收功率 與對應的空間協(xié)方差矩陣的特征值之和(也即主對角線元素之和)成正比。 由于考慮到各個子陣列的天線通道數可能不同，因此采用基于最大平均單通 道接收功率的準則，選擇對應子陣列的DOA估計結果進行上報。
第s個子陣列、第k個用戶、第n個時刻(子幀)的空間協(xié)方差矩陣為
R""(")"0、"(")l/,X…,M、]，貝'J
A'、 A
(4)
平均單通道接收功率最大的子陣列的序號為
A'隨=^x"(") = argimaX
1 M
s = l,..,,S (5)
如果各個子陣列的天線通道數相同，則上式(5)等價于:
s瞧=《i)(") = argimax
■ M、. ■
>y = l,…,S (6)
那么，第k個用戶、第n個時刻(子幀)上報至網絡層的DOA估計結 果表示為《了"(")。
根據步驟103所確定的子陣列的序號，將步驟102中為該子陣列所確定 的波達角上報至網絡側。本發(fā)明實現(xiàn)簡單，所上報的波達角估計值較準確。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、一種智能天線多子陣列系統(tǒng)的波達角估計方法，其特征在于，該方法包括每一天線子陣列對所接收到的用戶終端信號進行信道估計，并計算所接收信號的空間協(xié)方差矩陣，根據空間協(xié)方差矩陣確定所接收信號的空間功率譜的所有極大值；以空間功率譜極大值中大于閾值的極大值作為有效值，并以所述有效值來確定用戶終端發(fā)射信號的波達角；將平均單通道接收功率最大的天線子陣列所確定的波達角上報至網絡側。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，波達角上報至網絡之前， 還包括將平均單通道接收功率最大的天線子陣列所確定的所有波達角進行排 序，相鄰波達角之差小于設定閾值時選取其中之一進行上報。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，進行信道估計之前還包括
4、根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述上行天線通道校正 包括在線校正和離線校正。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能天線多子陣列系統(tǒng)的波達角估計方法，包括每一天線子陣列對所接收到的用戶終端信號進行信道估計，并計算所接收信號的空間協(xié)方差矩陣，根據空間協(xié)方差矩陣確定所接收信號的空間功率譜的所有極大值；以空間功率譜極大值中大于閾值的極大值作為有效值，并以所述有效值來確定用戶終端發(fā)射信號的波達角；將平均單通道接收功率最大的天線子陣列所確定的波達角上報至網絡側。本發(fā)明實現(xiàn)簡單，所上報的波達角估計值較準確。
文檔編號H04B7/08GK101615943SQ20081012619
公開日2009年12月30日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權日2008年6月27日
發(fā)明者秦洪峰 申請人:中興通訊股份有限公司