阵列天线CDMA系统用户相干多径信号波达方向估计方法

摘要

一种阵列天线CDMA系统用户相干多径信号波达方向估计方法包括以下步骤：首先，利用阵列天线各阵元后接的解扩与匹配滤波器组对用户多径信号进行分离，得到阵列天线匹配滤波器输出矢量；其次，对输出矢量进行求和运算，得到阵列天线匹配滤波器输出矢量和；而后，基于对矢量和的连续采样所形成的数据块，利用迭代最小二乘投影的恒模算法，得到用户空间特征矢量估计；之后，对空间特征矢量估计所对应的协方差矩阵应用前向/后向空间平滑方法，形成空间平滑的协方差矩阵；最后，对空间平滑协方差矩阵应用多重信号分类算法，得到用户相干多径信号的波达方向估计。有效地解决了阵列天线CDMA系统用户相干多径信号的波达方向估计问题。

主权项

1.一种阵列天线CDMA系统用户相干多径信号波达方向估计方法，其特征在于，对任一用户k相干多径信号波达方向的估计包括以下步骤：1)首先，将基站阵列天线阵元1，...，阵元N接收到总的基带信号y(t)＝[y₁(t)，...，y_N(t)]^T送入各自的解扩与匹配滤波器组模块(11)，通过各多径信号所对应的解扩与匹配滤波器(11-1)，...，(11-L)的解扩与匹配滤波处理实现用户多径信号的分离，得到用户k第l径信号的阵列天线匹配滤波器输出矢量Y_k，l(i)， $Y_{k,l}\left(i\right)={\int }_{(i-1)T_b+{\tau }_{k,l}}^{{\mathrm{iT}}_b+{\tau }_{k,l}}y\left(t\right)c_k(t-i{T}_b-{\tau }_{k,l})\mathrm{dt}$式中，c_k(t)为第k个用户的扩频波形，T_b为比特间隔时间，τ_k，l为第k个用户第l径信号的时延，其结果提供给求和模块(12)；2)其次，在求和模块(12)中，对用户多径信号的阵列天线匹配滤波器输出矢量Y_k，l(i)进行求和运算，得到用户k所有L径信号阵列天线匹配滤波器输出的矢量和Y_k(i)， $Y_k\left(i\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}{Y}_{k,l}\left(i\right)$3)而后，在空间特征矢量估计模块(13)中，基于对Y_k(i)的O个连续采样所形成的数据块Z_k(O)＝[Y_k(1)，...，Y_k(O)]，利用迭代最小二乘投影的恒模算法得到用户k的空间特征矢量估计具体估计步骤如下：(1)随机给一个a_k，0，j＝0；(2)j＝j+1；· $b_{k,j}={\left(a_{k,j-1}^H{a}_{k,j-1}\right)}^{-1}{a}_{k,j-1}^H{Z}_k;$·将[b_k，j]的所有元素投影成单位圆上最接近的值，硬限制；· $a_{k,j}=Z_k{b}_{k,j}^H{\left(b_{k,j}{b}_{k,j}^H\right)}^{-1};$(3)将a_k，j的每列除以该列的第一个元素值；(4)重复步骤(2)和(3)直到a_k，j和a_k，i-1充分接近；式中，b_k(O)＝[b_k(1)，...，b_k(O)]是1×O阶信号波形矩阵，由此，将得到空间特征的估计值4)之后，在空间特征协方差矩阵估计模块(14)中，对空间特征矢量估计所对应的协方差矩阵R_f，k $R_{f,k}\left(P\right)=\underset{p=1}{\overset{P}{\Sigma }}\left({\hat{a}}_k(p:N-P+p){\hat{a}}_k{(p:N-P+p)}^H\right)$应用前向/后向空间平滑方法，形成一个空间平滑的协方差矩阵： $R_{\mathrm{fb},k}\left(P\right)=R_{f,k}\left(P\right)+{\mathrm{JR}}_{f,k}^{*}\left(P\right)J$式中，()^H表示共轭转置运算，()^*表示共轭运算，J是除反对角线元素为1外其余元素均为0的置换矩阵，P是平滑因子即子阵列数；5)最后，在波达方向估计模块(15)中，对用户信号的空间平滑协方差矩阵应用波达方向估计的多重信号分类算法，得到用户相干多径信号的波达方向估计，具体估计步骤为：(1)对空间平滑协方差矩阵R_fb，k进行特征分解                          R_fb，kV＝VΛ式中，Λ＝diag{λ₁，λ₂，...，λ_N-P+1}，λ₁≥...≥λ_N-P+1为特征值，V＝[q₁，...，q_N-P+1]是R_fb，k相应的特征向量组成的矩阵；(2)计等空间谱 ${\hat{P}}_{\mathrm{MU}}\left(\theta \right)=\frac{a_k^H\left(\theta \right)a_k\left(\theta \right)}{a_k^H\left(\theta \right)V_n{v}_n^H{a}_k\left(\theta \right)}$式中，V_n＝[q_L+1，q_L+2，...，q_N-P+1]，的L个最大峰值所对应的θ值就是用户k各相干多径信号波达方向的估计值。