一种同步码分多址用户信号二维波达方向估计方法，其特征在于： ａ．平面阵列天线（Ａ）每个阵元接收进来的下变频基带模拟信号经模数Ａ／Ｄ转换后成为数字信号，并送入阵元后接的相关检测器（Ｂ１０１），相关检测器根据用户各自扩频序列实现用户信号的分离，同时计算出平面阵列天线所有传感阵元的相关检测输出矢量Ｙ，其结果提供给解相关处理模块（Ｂ１０２）； ｂ．在解相关处理模块（Ｂ１０２）中，对相关检测输出矢量Ｙ进行解相关处理即将相关矩阵Ｒ↓［ｃ］的逆加于相关检测器的输出，消除其他用户信号的干扰，得到消除其他用户信号干扰的用户信号的解藕输出矢量Ｚ，并送入到协方差矩阵估计模块（Ｃ１０１）； ｃ．在协方差矩阵估计模块（Ｃ１０１）中，分别估计组合信号ｚ↓［ｉ，０１］和ｚ↓［ｉ，０２］所对应的期望用户信号的协方差矩阵＊↓［ｉ，０１］和＊↓［ｉ，０２］，并送入到信号子空间估计模块（Ｃ１０２）； ｄ．在信号子空间估计模块（Ｃ１０２）中，基于对协方差矩阵＊↓［ｉ，０１］和＊↓［ｉ，０２］的特征分解，分别得到所对应的信号子空间估计＊↓［ｓ，０１］和＊↓［ｓ，０２］，并将它们分解成［＊］和［＊］送入到算子矩阵估计模块（Ｃ１０３）； ｅ．在算子矩阵估计模块（Ｃ１０３）中，分别估计出算子＊↓［０１，ＴＬＳ］和＊↓［０２，ＴＬＳ］，并将它们送入算子矩阵特征分解模块（Ｃ１０４）； ｆ．在算子矩阵特征分解模块（Ｃ１０４）中，通过特征分解运算分别得到算子＊↓［０１，ＴＬＳ］和＊↓［０２，ＴＬＳ］所对应的相位角ψ↓［１］和ψ↓［２］； ｇ．将相位角ψ↓［１］送入到方位波达方向估计模块（Ｃ１０５）中，得到方位波达方向的估计＊； ｈ．将相位角ψ↓［２］和所得到的方位波达方向的估计＊送入到高低波达方向的估计模块（Ｃ１０６）中，得到高低波达方向的估计＊。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于码分多址CDMA蜂窝通信系统基站采用平面阵列天线
技术介绍
CDMA蜂窝通信技术以其频率规划简单、系统容量大、抗多径能力强、通信质量好、电磁干扰小等特点显示出巨大的发展潜力，是未来移动通信的主流技术。特别是如果在CDMA系统中基站使用阵列天线甚至平面阵列天线可以显著地改善系统的容量、频谱效率、通信质量和覆盖范围和提供高精度的无线定位服务。在平面阵列天线CDMA系统中用户信号的方位/高低二维波达方向估计对下行链路的定点波束形成、更有效地抑制干扰和基于波达方向估计的用户无线二维定位技术具有重要作用，是平面阵列天线CDMA系统的关键技术之一。在过去的几十年中，提出了一些基于平面阵列天线的二维波达方向估计算法。一般都是将基于一维谱估计的方法推广到相应的二维问题，所不同的是这时为获得谱峰位置相应的谱搜索是二维的。然而二维谱搜索的计算复杂度与存储量与相应的一维问题相比增长量极大使其难以在实际中应用。而且这些算法还受限于阵列天线的分辨能力，对信号源的数目和信号源在空间位置上是否重叠等都有一定的限制，否则平面阵列天线无法对信号源的二维波达方向进行有效估计。CDMA系统的一个典型蜂窝小区内通常有几十个用户，使得传统的基于平面阵列天线的二维波达方向估计算法不能直接应用于平面阵列天线CDMA系统中。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是，提出一种同步码分多址用户信号二维波达方向估计方法和装置。该方法可以有效分辨和较精确估计用户信号的二维波达方向。本专利技术提出的基于上述方法的装置非常适合于采用解相关检测技术的平面阵列天线CDMA系统用户信号二维波达方向的估计。本专利技术的技术方案-一种同步码分多址用户信号二维波达方向估计方法首先利用平面阵列天线阵元后接的相关检测器进行用户信号的分离和相关计算，其次对相关检测器的输出进行解相关处理，然后利用与子阵0和子阵1对应的用户解藕输出信号估计子阵0和子阵1组合的用户信号的协方差矩阵，之后基于子阵0和子阵1组合的用户信号协方差矩阵的估计，借助旋转不变技术估计信号参数的方法进行方位波达方向的估计，而后利用与子阵0和子阵2对应的用户解藕输出信号估计子阵0与子阵2组合的用户信号的协方差矩阵，最后，利用方位波达方向估计的结果和基于子阵0和子阵2组合的用户信号的协方差矩阵的估计，再次借助旋转不变技术估计信号参数的方法进行高低波达方向的估计。其过程如下首先，对用户信号进行分离和计算相关检测器的输出利用相关检测器对用户信号进行有效的分离和利用同步CDMA传输的信号特征波形的相关特性计算相关检测器的输出。其次，进行解相关处理对相关检测器输出的用户信号进行解相关处理，消除其他用户信号的干扰，并得到消除其他用户信号干扰的用户信号解相关或解藕输出，解相关处理是基于相关矩阵的逆实现的。然后，估计子阵0和子阵1组合的用户信号协方差矩阵利用与子阵0和子阵1对应的消除其他用户信号干扰的期望用户解藕输出信号估计子阵0和子阵1组合的用户信号的协方差矩阵。之后，进行用户信号方位波达方向的估计基于子阵0和子阵1组合的用户信号协方差矩阵的估计，借助旋转不变技术估计信号参数的方法进行方位波达方向的估计。而后，估计子阵0和子阵2组合的用户信号协方差矩阵利用与子阵0和子阵2对应的消除其他用户信号干扰的期望用户解藕输出信号估计子阵0和子阵2组合的用户信号协方差矩阵。最后，进行用户信号高低波达方向的估计利用方位波达方向估计的结果和基于子阵0和子阵2组合的用户信号的协方差矩阵的估计，再次借助旋转不变技术估计信号参数的方法进行高低波达方向的估计。一种同步码分多址用户信号二维波达方向估计装置。该装置包括平面阵列天线A、用户信号解相关处理器B和用户信号二维波达方向估计器C三部分，平面阵列天线A的输入端接收用户信号，平面阵列天线A的输出端接用户信号解相关处理器B的输入端，用户信号解相关处理器B的输出端接用户信号二维波达方向估计器C的输入端。以下对本专利技术的方法加以论述。1.相关计算在这一部分考虑应用平面阵列天线的同步CDMA移动通信系统。为清晰地阐明问题，考虑非频率选择性衰落信道的同步CDMA移动通信系统。假设有N个用户的信号同时到达平面阵列天线。基站接收机使用了共有M个传感器阵元的平面矩形阵列天线，其相应的每一个子阵有m个传感器阵元，Δ1和Δ2分别为水平和垂直方向的阵元间距。在三维右手坐标系中，假设(xm，ym，0)，(m＝1，2，...，M)是平面矩形阵列天线第m个阵元的坐标。该阵列第m个阵元所接收的信号可以表示为xm(t)=Σi=1NPibi(t)ci(t)ejφiami+nm(t)]]>其中，Pi，φi，bi(t)，ci(t)分别表示第i个用户的信号的功率、载波相位、信息序列和扩频序列。nm(t)是阵元噪声，ami是方向系数并可以表示为ami=e-jω0τmi]]>其中，τmi是以坐标原点为参考点的第i个用户在第m个阵元上的时间延迟，有τmi=1C(xmsinθicosγi+ymsinθisinγi)]]>对于同步系统只需考虑一个符号周期。根据公式1，将平面阵列天线的接收信号表示为如下的矩阵形式 X(t)＝ABPΦC(t)+N(t)， 0≤t≤Ts其中，X(t)＝，A=a11a12···a1Na21a22···a2N········aM1aM2···aMN]]>，B＝diag，P=diag[P1,P2,...,PN],]]>Φ=diag[ejφ1,ejφ2,...,ejφN],]]>C(t)＝T，N(t)＝。为了检测每一个用户的信号，需使用N个相关检测器。检测器的性能取决于下式所定义的相关矩阵Rc=∫0TsC(t)CT(t)dt]]>从N个具有各自扩频序列的相关检测器，以比特顺序的采样输出可以表示为Y=∫0TsX(t)CH(t)dt=ABPΦRc+N]]>其中，N=∫0Tsn(t)CH(t)dt]]>2.解相关计算为消除信号的干扰和解藕用户的数据信息，解相关检测模块将相关矩阵的逆加于相关检测器的输出。解相关检测模块的解藕输出矩阵可以表示为Z=YRc-1=ABPΦ+Nz=&ls本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨维，李世明，谈振辉，程时昕，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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