[发明专利]一种基于前导和到达角联合估计的活跃用户检测方法

权利要求书

1.一种基于前导和到达角联合估计的活跃用户检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：考虑有M_i个用户设备(UE)在第i个接入时隙内同时发起随机接入；

S2：通过FCME算法对UE进行前导序列检测；

S3：根据FCME算法计算的前导序列检测结果进行前导的信号聚类；

S4：根据信号聚类矢量进行基于ESPRIT算法的AOA估计。

2.根据权利要求1所述的一种基于前导和到达角联合估计的活跃用户检测方法，其特征在于，S2包括以下子步骤：

S2.1：用Ι＝{1,2,...,M_i}表示活跃UE的索引集合，Π表示被M_i个UE所选择的前导索引集合，定义第k个UE聚类表示选择第k个前导z_k的UE索引集合，则|_Π|为集合Π中的元素个数；

S2.2：第k个UE聚类中的第m个UE，UE-(k,m)的发送信号为：

x_k,m(n)＝α_k,mh_k,mz_k(n+t_k,m) (1)

式(1)中n＝0,1,...,N_ZC-1，N_ZC为ZC序列长度，α_k,m，h_k,m和t_k,m分别为UE-(k,m)的发送信号振幅，信道增益和往返时延；

S2.3：用θ_k,m表示UE-(k,m)的到达角AOA，则UE-(k,m)的空间导向矢量可表示为：

式(2)中[·]^T表示转置操作；

S2.4：配置有由Q个天线阵元构成的均匀线性阵列多天线的基站所接收到的前导序列信号模型为：

S2.5：基站侧基于参考天线上的接收信号y₁(n)，y₁(n)为矩阵Y的第一行，计算y₁(n)与本地参考ZC序列u_l(n)之间的频域周期相关：

式(4)中τ＝1,2,...,N_IFFT，N_IFFT为快速傅里叶逆变换的大小；

S2.6：通过基站侧前导序列的功率时延谱(PDP)，检测出前导序列检测结果。

3.根据权利要求2所述的一种基于前导和到达角联合估计的活跃用户检测方法，其特征在于，S2.6还包括以下子步骤：

S2.6.1：基于FCME算法进行前导序列检测，S2.5中基站侧前导序列的功率时延谱(PDP)可表示为将PDP集合c按升序排列，生成集合计算的前项的均值为中的第μ个元素；

S2.6.2：比较与Tζ之间的大小，T为在给定虚警概率条件下的检测阈值，若则令并重新计算ζ，直到为止；

S2.6.3：当时，将PDP集合视为仅有噪声存在时的观测结果，而集合则为激活前导序列对应的PDP集合，将中的PDP样本逆映射回其在中的原始位置，即可得出检测到的前导索引集合中的元素个数

4.根据权利要求3中所述的一种基于前导和到达角联合估计的活跃用户检测方法，其特征在于，S3中的信号聚类包括以下步骤：

S3.1：对中的第个前导序列而言，令表示使用前导序列的所有用户的索引集合，则基站侧阵列接收信号可表示为：

式(5)中表示第个前导的聚类信号，U为Y中除之外的其他聚类信号之和；

S3.2：对第个前导聚类信号进行滤波，滤波器满足为德尔塔函数，即时否则容易得出(·)⁺表示去伪逆操作；

S3.3：令基于步骤3.2中的滤波器对Y按前导进行滤波，可得出的估计值为：

5.根据权利要求4中所述的一种基于前导和到达角联合估计的活跃用户检测方法，其特征在于，S4中的AOA估计方法包括以下步骤：

S4.1：基于S3.3中得出的构建Hankel矩阵如下：

为的第q个元素，γ＝Q/2+1为Hankel矩阵参数，Q为基站均匀线性阵列天线中天线阵元的数目；

S4.2：计算步骤S4.1中Hankel矩阵对应的协方差矩阵E{·}表示取均值操作，(·)^H表示转置共轭操作；

S4.3：对协方差矩阵进行特征值分解，和为分别为的特征矢量和特征值矩阵；

S4.4：取特征值矩阵中前项最大特征值对应中的特征矢量构建特征矢量子空间为使用第个前导的用户数；

S4.5：令和分别表示的前γ-1行和后γ-1行，并定义矩阵

S4.6：对进行特征值分解，得出的特征值矢量

S4.7：基于S4.6所得特征值矢量，可得出使用第个前导信号的所有UE的AOA信息。