[发明专利]信号来向角度的估计装置及方法与其通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种估计装置及方法与其通信系统，且特别涉及一种信号来向角度的估计装置及方法与其通信系统。

背景技术

多输入多输出(Multi Input Multi Output，MIMO)技术由于具有改善系统效能及提升数据传输吞吐量(Throughput)的优点，故近年来越来越受到重视。由MIMO技术所衍伸出来的波束合成(Beam-Forming)技术，在使用上也越来越普遍。波束合成技术主要是利用信号来向角度(Direction of Arrival，DOA)的信息，适应性地调整天线阵列方向图(Pattern)于接收信号时的方位，来增加所接收的信号的强度，或是抑制于多重路径(Multi-path)衰落通道效应的天线间干扰。

波束合成技术主要分成切换式波束合成技术及适应式波束合成技术。在切换式波束合成技术中，传送端系统将给定的一组波束中做最佳波束的选择，波束并不会随着使用者的移动而改变。如果波束会随着使用者的移动而改变者，则为适应式波束合成技术。

另一种常用的通信技术为正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技术，此技术是利用快速傅利叶变换(Fast FourierTransform，FFT)方式将原本使用单一个载波频率(Carrier frequency)的信号转换为使用多个子载波频率(Sub-carrier frequency)的信号。MIMO-OFDM技术是结合两种技术的优点的混合技术，其常被业界所使用。

第一种传统作法为Chen Jian Yun和Yan Jun所提出的“Adaptive BlindDoppler DOA Estimate Algorithm Based on Doppler Orthogonalized，”The 4thInternational conference on Wireless Communicaitons，Networking andMobile Computing，12-14，Oct.2008.此种方法是将多普勒偏移视为干扰，须将其影响去除后再进行信号来向角度的估计。然而其方法须计算自相关矩阵与自相关逆矩阵。

第2种传统作法为华南理工大学提出的中国专利申请号101232316A的“Method for estimating wave arriving based on mobile WIMAX”。其使用逆矩阵将多普勒效应消除，再进行信号来向估计。此一方法理论上虽可将多普勒效应完全去除，但是此方法必须完整正确估计通道矩阵系数，在实际情况受多普勒影响是难度比较高。同时此方法必须计算通道逆矩阵，逆矩阵的计算复杂度是较高的。此外，信号来向角度的估计亦必须再由传统的阵列天线信号的来向角度估计演算法来计算估计，因此此作法等于是需要经过两层高复杂度的计算才可获得信号来向角度。

然而，当在高速移动下进行宽频无线通信时，通信信号会受到多普勒效应(Doppler Effect)的影响。多普勒效应主要是由于相对速度所引起的载波频率偏移，而此偏移在宽频无线通信所采用的OFDM技术下会造成子载波间干扰(Inter Carrier Interference，ICI)效应，而破坏系统的正交性，使得系统效能产生错误延续(Error Floor)的现象。因此，如何减少多普勒效应的影响，以提升系统在高速移动环境中的数据传输吞吐量，乃业界所致力解决的课题之一。

发明内容

本发明涉及一种信号来向角度的估计装置及方法与其通信系统，可有效地降低多普勒效应的影响，以提升MIMO-OFDM系统在高速移动环境中的数据传输吞吐量。

根据一实施范例，提出一种信号来向角度的估计装置，包括一产生单元、一相关性计算单元及一选取单元。产生单元用以产生一多普勒偏移表，多普勒偏移表包含一相对移动速度下的对应至多个候选入射角度的多个候选多普勒偏移矩阵。相关性计算单元用以计算一接收信号与多个候选多普勒偏移矩阵的相关性。选取单元则是用以选取接收信号与多个候选多普勒偏移矩阵的相关性最高者所对应的候选入射角度，并据以决定一信号来向角度。

根据另一实施范例，提出一种信号来向角度的估计方法。此方法包括下列步骤。产生一多普勒偏移表，此多普勒偏移表包含一相对移动速度下的对应至多个候选入射角度的多个候选多普勒偏移矩阵。计算一接收信号与多个候选多普勒偏移矩阵的相关性。选取接收信号与多个候选多普勒偏移矩阵的相关性最高者所对应的候选入射角度，并据以决定一信号来向角度。