徐浩 劉歡

摘 要：在多徑通信環(huán)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(yīng)實(shí)現(xiàn)信道參數(shù)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(jù)最小二乘法估計信道沖擊響應(yīng)，再對估計的信道進(jìn)行傅里葉變換，將時延流型矩陣映射為一個具有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，直接計算出可以自動配對的入射角度和時延。仿真結(jié)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(guān)鍵詞：無線通信；多徑信號；聯(lián)合角度和時延估計

中圖分類號：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)于多徑信號角度和時延的信道估計是無線通信技術(shù)的重要組成部分，其內(nèi)容為對由移動單元發(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。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)有的多徑信號的聯(lián)合估計算法主要集中于對一維到達(dá)角估計算法的擴(kuò)展。文獻(xiàn) [1]提出了一種利用子空間分解原理對多徑角度時延進(jìn)行聯(lián)合估計的方法，該方法屬于譜估計范疇，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空域和時域進(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)行多次空域或時域的一維搜索，計算量仍然較大。見文獻(xiàn)。本文主要提出了一種高分辨的角度和時延聯(lián)合估計方法。根據(jù)卷積性質(zhì)對接收數(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)角度和時延的聯(lián)合估計，當(dāng)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(shù)據(jù)模型

2 波達(dá)方向角和相對時延的聯(lián)合估計

（1） 信道模型。

利用傅里葉變換可以將時間延遲轉(zhuǎn)化為相移變化的特性。先對信道沖擊響應(yīng)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(yīng)時域的反卷積，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)角和對應(yīng)時延的聯(lián)合估計算法，估計得到的角度和時延可以實(shí)現(xiàn)自動配對。且當(dāng)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(jié)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(xiàn)：

[1]Vanderveen M C， Papadias C B， Paulraj A. Joint angle and delay estimation （JADE） for multipath signals arriving at an antenna array [J]. IEEE Communications letters， 1997， 1（1）： 12-14.

[2]Wang Y Y， Chen J T， Fang W H. TST-MUSIC for joint DOA-delay estimation[J]. IEEE Transactions on Signal Processing， 2001， 49（4）： 721-729.

[3]Fang W H， Chen J T. Constrained TST MUSIC for joint spatial-temporal channel parameter estimation[C].Acoustics， Speech， and Signal Processing， 2003. Proceedings.（ICASSP'03）. 2003 IEEE International Conference on. IEEE， 2003， 5： V-193-6 vol. 5.

[4]Van Der Veen A J， Vanderveen M C， Paulraj A J. Joint angle and delay estimation using shift-invariance properties[J]. IEEE Signal Processing Letters， 1997， 4（5）： 142-145.

[5]Singh P， Sircar P. Time delays and angles of arrival estimation using known signals [J]. Signal， Image and Video Processing， 2012， 6（2）： 171-178.

[6]Liu Y， Tan Z， Hu H， et al. Channel estimation for OFDM[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials， 2014， 16（4）： 1891-1908.