CN104467993A - 一种到达方位角的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种到达方位角的测量方法及装置，包括:计算天线的导向矢量;进行用户终端的上行频域信道估计;将所述上行频域信道估计在频域方向求平均，得到平均信道估计;根据所述导向矢量和所述平均信道估计计算每个角度的功率值;选择令所述功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。本发明将用户终端的上行信道估计为频域信道估计。由于在频域信道估计的结果中包含了用户终端的空间信息，因此在后续计算过程中可以直接利用频率信道响应的结果进行到达方位角的测量，而无需代入空间相关矩阵求解，大大降低了增强型基站的运算复杂度，降低了增强型基站的成本。

Description

一种到达方位角的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种到达方位角的测量方法及装置。

背景技术

随着通信技术的发展，尤其是基于智能天线的多输入多输出(Multiple-InputMuMple-Out-put，MIMO)技术的应用，无线通信系统的性能得到了极大的提升。对于性能的提升，一个很重要的前提是物理层测量技术及应用水平得到广泛使用。到达方位角(Angle of arrival，AOA)的测量就是一个很重要的技术，它是波束赋形技术以及用户终端(UseTEquipment，UE)定位服务的关键参数。

在现有技术中，从第三代移动通信标准的时分同步码分多址技术(T·lmeDl¨vls·lon-SynchTonousCodeDl¨vls·lonMult·lpleAccess，TD-SCDMA)以来，基于AOA测量的波束表格法(GhdOfBeam，GOB)一直利用空间相关矩阵来进行测量，具体的实现步骤为:第一步:假定上行信道响应为H_l，则将空间相关矩阵记为:其中l表示第l个用户，H′_l表示矩阵H_l的共轭转置。第二步:定义导向矢量为:0(θ)＝exp[j*k*d*(N-l)*coa(θ)]，其中θ为角度，k为波数，k=2πf/c，d为阵元间距，N为天线单元数。第三步:计算每个角度θ的功率值:第四步:选择P(θ)的最大值所对应的θ值，即为用户终端的AOA的值。

根据以上描述可以看出，现有技术中利用了时域信道估计系统，虽然具有较强的实用性，但上述方法需要计算UE的空间相关矩阵，并且需要导向矢量与空间相关矩阵进行大量的乘法操作，大大增加了增强型基站的运算复杂度，不利于增强型基站的成本控制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种到达方位角的测量方法及装置，能够解决现有技术中利用时域信道估计系统导致增强型基站的运算复杂度较高的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种到达方位角的测量方法，包括:

计算天线的导向矢量;

进行用户终端的上行频域信道估计;

将所述上行频域信道估计在频域方向求平均，得到平均信道估计;

根据所述导向矢量和所述平均信道估计，计算每个角度的功率值;

选择令所述功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。

进一步地，

所述计算天线的导向矢量包括:计算导向矢量α(θ)α(θ)＝exP[j*k*d*(N-1)*cos(θ)]，其中θ为角度，k为波数，k=2πf/c，d为阵元间距，N为天线单元数;

所述进行用户终端的上行频域信道估计包括:利用上行侦听参考信号信道估计作为到达方位角测量的输入，计算用户终端的上行侦听参考信号信道估计H_t×N，其中t表示子载波数目，N为天线单元数。

进一步地，所述将所述上行频域信道估计在频域方向求平均，得到平均信道估计，包括:将相邻4个资源块内的H_t×N在频域方向求平均，得到平均信道估计H_1×N。

进一步地，所述根据所述导向矢量和所述平均信道估计计算每个角度的功率值包括:针对不同的角度θ，计算功率值P(θ)为:P(θ)=|α(θ)*H′_1×N|²。

进一步地，所述到达方位角θ的取值范围是:θ∈(-90，90)。

另一方面，本发明还提供一种到达方位角的测量装置，包括:导向矢量计算单元、频域信道估计单元、平均信道估计单元、功率计算单元和方位角选择单元，功率计算单元与导向矢量计算单元、平均信道估计单元和方位角选择单元分别相连，平均信道估计单元还与频域信道估计单元相连，其中:

导向矢量计算单元，用于计算天线的导向矢量，并将结果输出至功率计算单元;

频域信道估计单元，用于进行用户终端的上行频域信道估计，将结果输出至平均信道估计单元;

平均信道估计单元，用于接收频域信道估计单元发送的上行频域信道估计，并在频域方向求平均，将平均信道估计结果输出至功率计算单元;

功率计算单元，用于接收导向矢量计算单元和平均信道估计单元发送的结果，计算每个角度的功率值，将结果输出至方位角选择单元;

方位角选择单元，用于接收功率计算单元发送的功率值，选择使功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。

进一步地，

所述导向矢量计算单元包括:导向矢量表示子单元，用于将导向矢量α(θ)表示为:α(θ)=exp[j*k*d*(N-l)*cos(θ)]，其中θ为角度，k为波数，k=2πf/c，d为阵元间距，N为天线单元数;

所述频域信道估计单元包括:上行侦听参考信号子单元，用于利用上行侦听参考信号，将用户终端的上行侦听参考信号信道估计表示为H_t×N，其中t表示子载波数目，N为天线单元数。

进一步地，所述平均信道估计单元包括:频域粒度平均子单元，用于将相邻4个资源块内的H_t×N在频域方向求平均，得到平均信道估计H_1×N。

进一步地，所述功率计算单元包括:功率表示子单元，用于针对不同的角度θ，将功率值P(θ)表示为:P(θ)＝|α(θ)*H′_1×N|²。

进一步地，所述方位角选择单元包括:选择子单元，用于将到达方位角θ的选择范围限制于:θ∈(-90，90)。

(三)有益效果

在本发明提出的到达方位角的测量方法及装置中，将用户终端的上行信道估计为频域信道估计。由于在频域信道估计的结果中包含了用户终端的空间信息，因此在后续计算过程中可以直接利用频率信道响应的结果进行到达方位角的测量，而无需代入空间相关矩阵求解，大大降低了增强型基站的运算复杂度，降低了增强型基站的成本。

另外，本发明采用在基本的频域粒度范围内，自频域方向求平均的方法，更进一步地简化了计算过程，具有更强的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例到达方位角的测量方法基本流程示意图;

图2为本发明实施例到达方位角的测量方法一个优选实施例流程示意图;

图3为本发明实施例到达方位角的测量装置基本结构示意图;

图4为本发明实施例到达方位角的测量装置一个优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例首先提出一种到达方位角的测量方法，参见图1，该方法包括:

步骤101:计算天线的导向矢量。

步骤102:进行用户终端的上行频域信道估计。

步骤103:将所述上行频域信道估计在频域方向求平均，得到平均信道估计。

步骤104:根据所述导向矢量和所述平均信道估计计算每个角度的功率值。

步骤105:选择令所述功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。

可见，在本发明实施例提出的到达方位角的测量方法中，将用户终端的上行信道估计为频域信道估计。由于在频域信道估计的结果中包含了用户终端的空间信息，因此在后续计算过程中可以直接利用频率信道响应的结果进行到达方位角的测量，而无需代入空间相关矩阵求解，大大降低了增强型基站的运算复杂度，降低了增强型基站的成本。

另外，本发明实施例采用在基本的频域粒度范围内，自频域方向求平均的方法，更进一步地简化了计算过程，具有更强的实用性。

在本发明实施例的上述方法中，需要计算天线的导向矢量，优选地，导向矢量α(θ)可以表示为α(θ)=exp[j*k*d*(N-l)*cos(θ)]，其中θ为角度，k为波数，k=2πf/c，f为电磁波频率，c为电磁波波速，d为阵元间距，N为天线单元数。

在本发明的一个实施例中，可以利用上行侦听参考信号(SoundingReferenceSignal，SRS)信道估计作为AOA测量的输入，优选地，可以计算UE的SRS信道估计H_t×N，其中t表示子载波数目，N为天线单元数。

在本发明的另一个实施例中，考虑到SRS是以4个资源块(Resource Block，RB)为基本的频域粒度，优选地，可以将4个RB内H_t×N的在频域方向进行求平均操作，得到平均信道估计H_1×N。

在本发明的一个实施例中，根据导向矢量α(θ)和平均信道估计H_1×N计算每个角度的功率值P(θ)可以表示为:P(θ)＝|α(θ)*H′_1×N|²。

在本发明的另一个实施例中，优选地，可以选择到达方位角θ的取值范围是:θ∈(-90，90)。

下面以具体测量到达方位角的方法为例，来具体说明本发明一个优选实施例的实现过程，参见图2。

步骤201:计算天线的导向矢量α(θ)。

本步骤中，α(θ)=exp[j*k*d*(N-l)*co，(θ)]，其中θ为角度，k为波数，k=2πf/c，d为阵元间距，N为天线单元数。

步骤202:计算UE的SRS信道估计H_t×N。

本步骤中，利用SRS信道估计作为AOA测量的输入，计算UE的SRS信道估计H_t×N，其中t表示子载波数目，N为天线单元数。

步骤203:将4个RB内的H_t×N在频域方向求平均，得到平均信道估计H_1×N。

本步骤中，考虑到SRS是以4个RB为基本的频域粒度，可以将4个RB内H_t×N的在频域方向进行求平均操作，得到平均信道估计H_1×N。

步骤204:针对不同的θ值，计算功率值P(θ)。

本步骤中，根据导向矢量α(θ)和平均信道估计H_1×N，计算每个角度的功率值P(θ)，表示为:P(θ)＝|α(θ)*H′_1×N|²。

步骤205:选择令功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。

本步骤中，选择令功率值P(θ)＝|α(θ)*H′_1×N|²最大时对应的角度θ，θ即为到达方位角，θ∈(-90，90)。

至此，则完成了本发明实施例中到达方位角的测量过程。

另外，需要说明的是，上述基于图2的所有流程描述是本发明到达方位角的测量方法的一种优选的实现过程，在本发明到达方位角的测量方法的实际实现中，可以根据需要在图1所示流程的基础上进行任意变形，可以是选择图2中的任意步骤来实现，各步骤的先后顺序也可以根据需要调整等。

本发明的一个实施例中还提出了一种到达方位角的测量装置，参见图3，该装置包括:

导向矢量计算单元301，用于计算天线的导向矢量，并将结果输出至功率计算单元304;

频域信道估计单元302，用于进行用户终端的上行频域信道估计，将结果输出至平均信道估计单元303;

平均信道估计单元303，用于接收频域信道估计单元302发送的上行频域信道估计，并在频域方向求平均，将平均信道估计结果输出至功率计算单元304;

功率计算单元304，用于接收导向矢量计算单元301和平均信道估计单元303发送的结果，计算每个角度的功率值，将结果输出至方位角选择单元305;

方位角选择单元305，用于接收功率计算单元304发送的功率值，选择使功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。

在本发明实施例的上述装置中，优选地，导向矢量计算单元301可以包括:导向矢量表示子单元401，如图4所示，用于计算用户终端的导向矢量，导向矢量α(θ)可表示为:α(θ)=exp[j*k*d*(N-l)*cos(θ)]，其中θ为角度，k为波数，k=2πf/c，d为阵元间距，N为天线单元数。

在本发明的一个实施例中，可以利用上行侦听参考信号(SoundingReference Signal，SRS)信道估计作为AOA测量的输入，优选地，频域信道估计单元302可以包括:上行侦听参考信号子单元402，用于计算UE的SRS信道估计H_t×N，其中t表示子载波数目，N为天线单元数。

在本发明的另一个实施例中，考虑到SRS是以4个RB为基本的频域粒度，优选地，平均信道估计单元303可以包括:频域粒度平均子单元403，用于将4个RB内H_t×N的在频域方向进行求平均操作，得到平均信道估计H_1×N。

在本发明的一个实施例中，优选地，功率计算单元304可以包括:功率表示子单元404，用于针对不同的角度θ，将功率值P(θ)表示为:P(θ)＝|α(θ)*H′_1×N|²

在本发明的另一个实施例中，优选地，方位角选择单元305可以包括:选择子单元405，用于将到达方位角θ的选择范围限制于:θ∈(-90，90)。

需要说明的是，上述图4所示的测量到达方位角的装置的各个实施例的结构可以进行任意组合使用。上述测量到达方位角的装置可以应用于基站，尤其是增强型基站中。

可见，本发明实施例具有如下有益效果:

在本发明实施例提出的到达方位角的测量方法及装置中，将用户终端的上行信道估计为频域信道估计。由于在频域信道估计的结果中包含了用户终端的空间信息，因此在后续计算过程中可以直接利用频率信道响应的结果进行到达方位角的测量，而无需代入空间相关矩阵求解，大大降低了增强型基站的运算复杂度，降低了增强型基站的成本。

另外，本发明实施例采用在基本的频域粒度范围内，自频域方向求平均的方法，更进一步地简化了计算过程，具有更强的实用性。

最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种到达方位角的测量方法，其特征在于，包括:

计算天线的导向矢量;

进行用户终端的上行频域信道估计;

将所述上行频域信道估计在频域方向求平均，得到平均信道估计;

根据所述导向矢量和所述平均信道估计，计算每个角度的功率值;

选择令所述功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。

2.根据权利要求1所述的到达方位角的测量方法，其特征在于:

所述计算天线的导向矢量包括:计算导向矢量α(θ)α(θ)＝exp[k*k*d*(N-l)*cos(θ)]，其中θ为角度，k为波数，k=2πf/c，d为阵元间距，N为天线单元数;

所述进行用户终端的上行频域信道估计包括:利用上行侦听参考信号信道估计作为到达方位角测量的输入，计算用户终端的上行侦听参考信号信道估计H_t×N，其中t表示子载波数目，N为天线单元数。

3.根据权利要求2所述的到达方位角的测量方法，其特征在于，所述将所述上行频域信道估计在频域方向求平均，得到平均信道估计，包括:将相邻4个资源块内的H_t×N在频域方向求平均，得到平均信道估计H_1×N。

4.根据权利要求3所述的到达方位角的测量方法，其特征在于，所述根据所述导向矢量和所述平均信道估计计算每个角度的功率值包括:针对不同的角度θ，计算功率值P(θ)为:P(θ)＝|α(θ)*H′_1×N|²。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的到达方位角的测量方法，其特征在于，所述到达方位角θ的取值范围是:θ∈(-90，90)。

6.一种到达方位角的测量装置，其特征在于，包括:导向矢量计算单元、频域信道估计单元、平均信道估计单元、功率计算单元和方位角选择单元，功率计算单元与导向矢量计算单元、平均信道估计单元和方位角选择单元分别相连，平均信道估计单元还与频域信道估计单元相连，其中:

导向矢量计算单元，用于计算天线的导向矢量，井将结果输出至功率计算单元;

频域信道估计单元，用于进行用户终端的上行频域信道估计，将结果输出至平均信道估计单元;

平均信道估计单元，用于接收频域信道估计单元发送的上行频域信道估计，井在频域方向求平均，将平均信道估计结果输出至功率计算单元;

功率计算单元，用于接收导向矢量计算单元和平均信道估计单元发送的结果，计算每个角度的功率值，将结果输出至方位角选择单元;

方位角选择单元，用于接收功率计算单元发送的功率值，选择使功率值最大时对应的角度，得到到达方位角。

7.根据权利要求6所述的到达方位角的测量装置，其特征在于:

所述导向矢量计算单元包括:导向矢量表示子单元，用于将导向矢量α(θ)表示为:α(θ)=exp[j*k*d*(N-l)*cos(θ)]，其中θ为角度，k为波数，k＝2πf/c，d为阵元间距，N为天线单元数;

所述频域信道估计单元包括:上行侦听参考信号子单元，用于利用上行侦听参考信号，将用户终端的上行侦听参考信号信道估计表示为H_t×N，其中t表示子载波数目，N为天线单元数。

8.根据权利要求7所述的到达方位角的测量装置，其特征在于，所述平均信道估计单元包括:频域粒度平均子单元，用于将相邻4个资源块内的H_t×N在频域方向求平均，得到平均信道估计H_1×N。

9.根据权利要求8所述的到达方位角的测量装置，其特征在于，所述功率计算单元包括:功率表示子单元，用于针对不同的角度θ，将功率值P(θ)表示为:Hθ)＝|α(θ)*H′_1×N|²。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的到达方位角的测量装置，其特征在于，所述方位角选择单元包括:选择子单元，用于将到达方位角θ的选择范围限制于:θ∈(-90，90)。