[发明专利]一种高速移动环境下抑制多普勒扩展的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多天线环境下接收系统设计，特别涉及一种在高速移动环境下抑制多普勒扩展的方法。 

背景技术

随着移动通信应用的不断发展和扩大，在一些特殊的场合（例如高速铁路），要求在快速移动的情况下能够实现数据的高速传输。高速移动下会差生多普勒扩展。无线信道中存在许多反射体，而基站发送的信号经过无线信道达到接收端，就会产生多径效应。当通信收发端之间有相对位移时，由于每个径的传播路径发生了变化，因此在接收端，每个径的相位也发生了变化，此时合成等效径的这些径的相位会随着移动台位置的不同而不同，由此就产生了合成等效径的幅度和相位的变化，由于这种变化是随着移动台位置的变化而变化的，而移动台位置的变化又是由于移动台的运动造成的，因此等效径幅度和相位的变化就表现为随着时间变化而变化，也即显示为信道的时变特性。另一方面，由于移动台的运动，每一个到达径产生多普勒频移，由于每个到达径的到达角的不一致，移动台的运动在每个到达径上产生的多普勒频移也不一致，因此在接收端，合成每一个时域可分辨多径的这些径的信号是异频异相的，由此便产生了多普勒扩展。而这种在高速移动环境下引起的无线信道的快速时变特性，对于接收机来说会造成比较大的影响，主要体现在以下几个方面：首先，如果接收机进行相干解调，信道的快速时变将造成信道估计和跟踪的困难。为解决这个问题，现在一般通过采用迭代干扰消除的方式，或者采用干扰抵消以及加窗等方法来抑制时变信道导致的干扰。 但是这些方法都是基于多径时变信道参数已知的条件下来解决多普勒扩展问题，并没有考虑信道估计的复杂性。另外，在多径时变信道参数已知的情况下，解调和检测算法复杂度仍然较高。而考虑到信道统计特性的复杂性，以及多普勒扩展的影响，使得现有的很多方法不能从本质上解决高速移动环境下接收机性能恶化的问题。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种高速移动环境下抑制多普勒扩展的方法。 

本发明一种高速移动环境下抑制多普勒扩展的方法，具体包括以下步骤： 

步骤1，利用事先构造的正交角域空间基矢量 ，对接收到的多天线信号进行正交投影，即；

其中

式中

其中为接收天线经过载波波长归一化后的归一化长度，为天线之间的归一化间隔，为接收天线个数。

步骤2，在各个正交角域空间上，对投影后的第k个角域空间上的接收信号分别进行多普勒参数估计，即 

式中为周期参考信号的长度，为采样间隔，为参考信号的周期长度；

步骤3，利用在各个角域空间上估计得到的多普勒参数，对各个角域空间上的信号进行多普勒参数补偿，即；

步骤4，在各个角域空间上，利用多普勒参数补偿后的信号进行信道估计，估计第k个角域空间上的信道参数。信道估计可采用最小方差估计（LSE）：

式中，，为子载波个数，表示对角阵，表示发送的参考符号序列，为中和参考符号位置相对应的列向量所构成的矩阵， ；

步骤5，利用信道估计结果进行相干解调，得到每个正交角域空间上的解调符号并进行最大比合并，得到判决变量，即

。

利用构造的空间基矢量，将接收信号投影到正交角域空间。在每个角域空间上，接收信号的到达角被限制在各个角域空间范围内。在天线间距一定的情况下，接收到信号在各个角域空间上角度扩展和天线阵列的长度有关。天线阵列的长度越大，接收到信号在各个角域空间上角度扩展越小。因此在同一个角域空间内，接收到的各个径的到达角的差异随着天线阵列长度的增加而变小。当天线阵列的长度足够长时，接收到的各个径的到达角的差异足够的小，可以近似认为相同。此时在接收端，对于投影到每个角域空间上的信号来说，合成每一个时域可分辨多径的这些径的信号是同频异相的。而同频异相的各个信号叠加起来的效果不再表现为多普勒扩展，而表现为多普勒频移。对于多普勒频移，可以采用自动频率校准技术来加以估计和补偿。在本发明中，分别对各个角域空间上的等效多普勒参数进行估计并分别加以补偿，然后对补偿后的信号进行最大比例合并来得到解码和判决信号。