一种多径环境下的到来角估计算法

摘要

本发明涉及一种多径环境下的到来角估计算法，属于无线通信技术领域。本发明针对移动通信中存在的多径问题，基于多径信号的衰落特性，提出了将时间平均与合成空间谱方法结合的算法，该方法解决了多径环境下信号源相干、天线数相对少时的到来角估计问题，不存在阵列孔径的损失；同时也有效的解决了多径环境下的低信噪比、来波方位间隔较近时的到来角估计问题。

主权项

一种多径环境下的到来角估计算法，其特征在于：接收一个移动的移动用户的m个时间间隔的信号，在这些时间间隔，到来角的所有波前认为是不变的，在每个时间间隔，接收信号的协方差矩阵为：$\begin{array}{c}{R}_{X^j}=E\left[X^j{\left(X^j\right)}^H\right]\\ ={\mathrm{AC}}^j{R}_s{\left(C^j\right)}^H{A}^H+{\sigma }_n^{2}I,\end{array}$经推导，而信号子空间的秩为P，因此协方差矩阵不能包含信号子空间，此时取m个时间间隔的协方差矩阵，做平均：$\begin{array}{c}{R}_{T-X}=\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{R}_{X^j}\\ =A\left(\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{C}^j{R}_s{\left(C^j\right)}^H\right)A^H+{\sigma }_n^{2}I,\\ =A\overline{R_s}{A}^H+{\sigma }_n^{2}I,\end{array}$其中，由于各个时间间隔之间是快变的，所以又因为rank(A))，rank(A)＝P，所以，平均后的协方差矩阵R_T‑X也满秩，即rank(R_T‑X)＝P，其中，A是阵列导向矢量矩阵，由信号的方向向量a(θ)组成，θ为信号的到来角；R_s是Q个独立信号源的Q×Q的协方差矩阵；H是共轭转置符号；是噪声功率；I是M×M的单位矩阵,C^j是P×Q的矩阵；所述阵列输出功率与到来角的关系为：$P_{T-SSM}\left(\theta \right)=\frac{\underset{j=1}{\overset{P}{\Sigma }}{\lambda }_j^{-1}|a^H\left(\theta \right)q_j{|}^2}{\underset{j=P+1}{\overset{M}{\Sigma }}|a^H\left(\theta \right)q_j{|}^2},$其中，λ_j，q_j分别为平均后的R_T‑X的第j个特征值和对应的特征向量，a(θ)是信号的方向向量，H是共轭转置符号。