多徑信號達到角和時延聯合估計方法

徐浩 劉歡

摘 要：在多徑通信環境下，常涉及到估計路徑的入射角度（DOA）和相對時延（TDOA）問題。因此，提出通過估計信道響應實現信道參數估計的方法，并最終給出一種無須搜索的閉式解。該算法首先根據最小二乘法估計信道沖擊響應，再對估計的信道進行傅里葉變換，將時延流型矩陣映射為一個具有Vandermonde結構的矩陣，使得信道具有雙重的Vandermonde結構。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，直接計算出可以自動配對的入射角度和時延。仿真結果證明該算法在DOA或TDOA相距非常近時也能夠得到較好的估計性能。

關鍵詞：無線通信；多徑信號；聯合角度和時延估計

中圖分類號：TN911.6 文獻標志碼：A

隨著通信技術的進步和用戶多樣化需求的增長，無線通信技術已成為支撐信息產業的主要技術手段。關于多徑信號角度和時延的信道估計是無線通信技術的重要組成部分，其內容為對由移動單元發射的一段已知序列經多徑環境被基站接收后的信道參數估計。該方法可廣泛應用于目標定位、貨物跟蹤和智能交通系統中。現有的多徑信號的聯合估計算法主要集中于對一維到達角估計算法的擴展。文獻 [1]提出了一種利用子空間分解原理對多徑角度時延進行聯合估計的方法，該方法屬于譜估計范疇，應用條件為多徑數目已知，且需要進行二維空間搜索。Fang W H等人提出了一種只需要對空域和時域進行一維搜索的方法，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，且需要進行多次空域或時域的一維搜索，計算量仍然較大。見文獻。本文主要提出了一種高分辨的角度和時延聯合估計方法。根據卷積性質對接收數據進行重構，進而利用最小二乘算法估計出信道模型。再將信道的沖激響應轉換到頻域，除去調制脈沖波形的影響，最后利用旋轉不變性實現角度和時延的聯合估計，當信道中的兩條路徑具有非常接近的角度或時延時，該方法同樣有效。1 數據模型

2 波達方向角和相對時延的聯合估計

（1） 信道模型。

利用傅里葉變換可以將時間延遲轉化為相移變化的特性。先對信道沖擊響應Η′的每一行做傅里葉變換得到′，再對沒有時延的脈沖波形g（t）做傅里葉變換得到，最后，令=′/來對應時域的反卷積，見文獻。進一步整理后得到：

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角精度。

4 結論

本文給出了在多徑環境下到達角和對應時延的聯合估計算法，估計得到的角度和時延可以實現自動配對。且當多徑信號的DOA或TDOA非常接近時，該算法仍能很好的估計。仿真結果表明本文提出的算法相對于求根算法有更高的測角精度。

參考文獻：

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