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,则接收信号y(n)=[y1(n),…,yM(n)]T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 ,是导向向量,z(n)=[z1(n),…,zM(n)]T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次波束成形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):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):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[0,fdmax],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。