一种基于三维波束形成的联合多普勒频偏和载波频偏的估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109699069A(43)申请公布日2019.04.30(21)申请号201811562399.7(22)申请日2018.12.20(71)申请人桂林电子科技大学地址541004广西壮族自治区桂林市七星区金鸡路1号(72)发明人谢跃雷刘威李文山农茜雯吴娟吕国裴欧阳缮肖海林(74)专利代理机构桂林市华杰专利商标事务所有限责任公司45112代理人刘梅芳(51)Int.Cl.H04W56/00(2009.01)H04B7/08(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称一种基于三维波束形成的联合多普勒频偏和载波频偏的估计方法(57)摘要本发明公开了一种基于三维波束形成的联合多普勒频偏和载波频偏的估计方法，其特征是，包括如下步骤：1）在发送端发送训练系列；2）对接收端的接收信号进行三维波束形成分离多普勒频偏；3）根据训练序列的相互关系，建立目标函数；对目标估计函数进行一维搜索，确定最大多普勒频偏和载波频偏。这种方法能同时估计最大多普勒频偏和载波频偏，能提高高移速无线通信系统中载波频偏估计和最大多普勒频偏估计精度。CN109699069ACN109699069A权利要求书1/3页1.一种基于三维波束形成的联合多普勒频偏和载波频偏的估计方法，其特征是，包括如下步骤：1)在信号发射端发射一个训练序列x(n),n＝0,...,N，其中N是训练序列的大小，所述训练序列在时域上前一半和后一半是一样的，即公式(1)所示：x(n)＝x(N/2+n),n＝0,...,N/2-1(1)；2)对接收端的接收信号进行三维波束形成分离多普勒频偏，假设天线阵列的数量为M，T则接收信号y(n)＝[y1(n),…,yM(n)]可以表示为公式(2)：其中L是多径数量，τl是第l径的延迟，l＝0,...,L-1，和θl分别是第l径波达方向的方位角和俯仰角，并且分别服从[0，2π)和[0，π/2)的均匀分布，T是导向向量，z(n)＝[z1(n),…,zM(n)]是高斯白噪声，是信道冲击响应，可以表示为公式(3)：其中al是第l径的复路径增益，Ts是采样间隔，ε是归一化载波频偏，是多普勒频偏，可以表示为fd＝v/λ是最大多普勒频偏，其中v移动端的速度，λ是载波波长，将多普勒频移分离，即公式(4)所示：其中是指向期待方向的波束权矢量，其中和φ分别为期待方向俯仰角和方位角，当时，|gl|→1，当时，|gl|→0，其中|·|是取模值运算，波束形成后的输出信号可以表示为公式(5)：其中是波束形成后噪声；3)计算每个波束支路接收信号中训练序列的互相关性，联合建立目标估计函数，第j次波束形成输出信号中训练块的第一和第二半之间的相关性可以被计算为公式(6):2CN109699069A权利要求书2/3页其中j＝1,...,J，J是波束形成的总次数，||·||是Euclidean范数，λj和ηj分别是第j个波束形成规划化后的实系数和噪声，目标估计函数为公式(7)：其中是一个对角阵，并且分别待估计参数，公式(7)变换为公式(8)因为是一个实数向量，因此当时，公式(8)取最小，然后公式(8)可以计算为公式(9)：因为是一个常数，公式(9)可以进一步计算为公式(10)：将作为一个复数向量，因为公式(11)因此，公式(10)可以重写为公式(12)：3CN109699069A权利要求书3/3页将代入公式(12)，公式(12)重写为公式(13)：公式(13)中的优化问题可分解为两个部分，分别与待估计的和相关联，那么，最大多普勒频偏和载波频偏可分别被估计为公式(14)和公式(15)：4)通过对公式(14)进行一维逐步搜索，使得公式(14)获得最大值的最大多普勒频偏即为所估计的最大多普勒频偏将估计的最大多普勒频偏代入公式(15)，即可以获得估计的载波频偏假定移动端的最高移动速度为vmax，最高移动速度vmax所对应的多普勒频偏为fdmax，那么公式(14)搜索区间为以间隔σ进行逐步搜索，可以得到估计的最大多普勒频偏将估计的最大多普勒频偏代入公式(15)，即可以获得估计的载波频偏2.根据权利要求1所述的基于三维波束形成的联合多普勒频偏和载波频偏的估计方法，其特征是，步骤2)中所述天线阵列为能够进行波束形成的天线阵列。3.根据权利要求1所述的基于三维波束形成的联合多普勒频偏和载波频偏的估计方法，其特征是，步骤3)中，所述波束成形总次数J＞1。4CN109699069A说明书1/7页一种基于三维波束形成的联合多普勒频偏和载波频偏的估计方法技术领域[0001]本发明涉及无线通信技术，尤其是高速移动通信参数估计技术，具体是一种基于三维波束形成的联合多普勒频偏和载波频偏的估计方法。背景技术[0002]多普勒频偏(Dop