[发明专利]一种基于冲激响应压缩感知的密集多径信号角度估计方法

说明书

本发明公开了一种基于冲激响应压缩感知的密集多径信号角度估计方法，选择长度为N的伪随机序列作为基带探测信号，确定空间信道冲激响应模型，生成具有M个相同阵元的均匀线性排列的接收阵列天线，确定天线阵列在第l条径下的导向矢量；对第1个至第M个接收天线振子的接收信号，将接收信号与一个标准的本地伪随机序列做滑动相关得到观测冲激响应，进行离散化处理得到观测冲激响应矩阵，分别求取空间信道的第1～L条有效径的冲激响应协方差矩阵，构建用于稀疏重构的冗余字典，求解稀疏向量构成角度空间谱，其中的大值对应的角度为第l径中的相干径波达角度。本发明可以实现大量多径信号的波达角估计，估计精确度高，角度分辨率高，能够区分相干径。

技术领域

本发明属于无线通信系统中的测距和定位技术领域，具体涉及一种基于冲激响应压缩感知的密集多径信号角度估计方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展，MIMO技术已成为了当前通信的主要关键技术之一。而作为通信的媒介以及MIMO系统优化的基础，信道的研究以及准确描述成为了当前研究的热点。精准的信道模型与有效的空域信道参数是分不开的，尤其是在密集多径这样复杂的场景下。同时现有的大部分高精度波达角估计算法能够实现其超分辨性能的先决条件之一是多径数目已知。

现有的波达角估计算法存在着以下几点不足：一、算法依赖准确的多径数目这一信息，若多径数目不准，会导致估计时的虚警或者是漏警，造成估计错误；二、算法对相干径的处理能力差，由于相干径对接收信号协方差矩阵的秩造成了损失，是的传统的估计算法无法正确对相干径的波达角进行准确估计；三、受阵列天线孔径数目的限制，传统算法要求多径数量小于天线阵列的振子个数，而实际密集多径场景信道中的多径数量很大，无法满足需求；四、角度分辨率不足，现实信道的多径之间角度相差不大，要求算法具有很高的角度分辨率。

因此，传统的波达角估计算法不再适用于密集多径场景，需要一种新的算法来实现正确的多径识别、多径数目估计以及多径角度估计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于冲激响应压缩感知的密集多径信号角度估计方法，实现了在未知多径数目与相关结构的情况下，对大量多径，且存在相干径的信号进行准确的波达角估计，同时具有良好的估计精度以及极高的角度分辨率。

本发明采用以下技术方案：

一种基于冲激响应压缩感知的密集多径信号角度估计方法，选择长度为N的伪随机序列作为基带探测信号p(t)，确定空间信道冲激响应模型h(t)，生成具有M个相同阵元的均匀线性排列的接收阵列天线，确定天线阵列在第l条径下的导向矢量a(θ_l)；对第1个至第M个接收天线振子的接收信号，将接收信号y_m(t)与一个标准的本地伪随机序列p(t)做滑动相关得到观测冲激响应进行离散化处理得到观测冲激响应矩阵分别求取空间信道的第1～L条有效径的冲激响应协方差矩阵构建用于稀疏重构的冗余字典，求解b_m,l,SV稀疏向量构成角度空间谱，其中的大值对应的角度为第l径中的相干径波达角度。

具体的，基带探测信号p(t)，其表达式为：

其中，t表示时间，是单位矩形脉冲函数，信号宽度是T_b；

设传播环境中包含L条多径信号，其空间信道冲激响应模型h(t)表示如下：

其中，θ为入射角度，θ_l是第l条径的入射角度，是第l条径在信道下的复响应，τ_l是对应的时延。

具体的，接收阵列天线是M个相同阵元的均匀线性排列，阵元间隔d＝λ/2，λ为信号的波长。收发天线之间的距离满足远场条件，经解调后，第m个阵元接收信号y_m(t)经过下变频降采样后，表示为：