多徑信號(hào)達(dá)到角和時(shí)延聯(lián)合估計(jì)方法

徐浩 劉歡

摘 要：在多徑通信環(huán)境下，常涉及到估計(jì)路徑的入射角度（DOA）和相對(duì)時(shí)延（TDOA）問題。因此，提出通過估計(jì)信道響應(yīng)實(shí)現(xiàn)信道參數(shù)估計(jì)的方法，并最終給出一種無須搜索的閉式解。該算法首先根據(jù)最小二乘法估計(jì)信道沖擊響應(yīng)，再對(duì)估計(jì)的信道進(jìn)行傅里葉變換，將時(shí)延流型矩陣映射為一個(gè)具有Vandermonde結(jié)構(gòu)的矩陣，使得信道具有雙重的Vandermonde結(jié)構(gòu)。最后，基于信道模型的平移不變特性，使用類ESPRIT算法求解廣義特征值，直接計(jì)算出可以自動(dòng)配對(duì)的入射角度和時(shí)延。仿真結(jié)果證明該算法在DOA或TDOA相距非常近時(shí)也能夠得到較好的估計(jì)性能。

關(guān)鍵詞：無線通信；多徑信號(hào)；聯(lián)合角度和時(shí)延估計(jì)

中圖分類號(hào)：TN911.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著通信技術(shù)的進(jìn)步和用戶多樣化需求的增長，無線通信技術(shù)已成為支撐信息產(chǎn)業(yè)的主要技術(shù)手段。關(guān)于多徑信號(hào)角度和時(shí)延的信道估計(jì)是無線通信技術(shù)的重要組成部分，其內(nèi)容為對(duì)由移動(dòng)單元發(fā)射的一段已知序列經(jīng)多徑環(huán)境被基站接收后的信道參數(shù)估計(jì)。該方法可廣泛應(yīng)用于目標(biāo)定位、貨物跟蹤和智能交通系統(tǒng)中?，F(xiàn)有的多徑信號(hào)的聯(lián)合估計(jì)算法主要集中于對(duì)一維到達(dá)角估計(jì)算法的擴(kuò)展。文獻(xiàn) [1]提出了一種利用子空間分解原理對(duì)多徑角度時(shí)延進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)的方法，該方法屬于譜估計(jì)范疇，應(yīng)用條件為多徑數(shù)目已知，且需要進(jìn)行二維空間搜索。Fang W H等人提出了一種只需要對(duì)空域和時(shí)域進(jìn)行一維搜索的方法，但該算法只利用了特征向量所包含的信息，忽略了特征值的信息，且需要進(jìn)行多次空域或時(shí)域的一維搜索，計(jì)算量仍然較大。見文獻(xiàn)。本文主要提出了一種高分辨的角度和時(shí)延聯(lián)合估計(jì)方法。根據(jù)卷積性質(zhì)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，進(jìn)而利用最小二乘算法估計(jì)出信道模型。再將信道的沖激響應(yīng)轉(zhuǎn)換到頻域，除去調(diào)制脈沖波形的影響，最后利用旋轉(zhuǎn)不變性實(shí)現(xiàn)角度和時(shí)延的聯(lián)合估計(jì)，當(dāng)信道中的兩條路徑具有非常接近的角度或時(shí)延時(shí)，該方法同樣有效。1 數(shù)據(jù)模型

2 波達(dá)方向角和相對(duì)時(shí)延的聯(lián)合估計(jì)

（1） 信道模型。

利用傅里葉變換可以將時(shí)間延遲轉(zhuǎn)化為相移變化的特性。先對(duì)信道沖擊響應(yīng)Η′的每一行做傅里葉變換得到′，再對(duì)沒有時(shí)延的脈沖波形g（t）做傅里葉變換得到，最后，令=′/來對(duì)應(yīng)時(shí)域的反卷積，見文獻(xiàn)。進(jìn)一步整理后得到：

從圖4-5中我們可以看出，隨著信噪比的增加兩種算法的均方根誤差均隨之減少，但是本文方法的均方根誤差小于求根算法，說明本文算法比求根算法具有更高的測(cè)角精度。

4 結(jié)論

本文給出了在多徑環(huán)境下到達(dá)角和對(duì)應(yīng)時(shí)延的聯(lián)合估計(jì)算法，估計(jì)得到的角度和時(shí)延可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配對(duì)。且當(dāng)多徑信號(hào)的DOA或TDOA非常接近時(shí)，該算法仍能很好的估計(jì)。仿真結(jié)果表明本文提出的算法相對(duì)于求根算法有更高的測(cè)角精度。

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