Abstract
The techniques of estimating angle of arrival(AOA) have played a key role for enhancement of wireless communications using array antennas. Among those techniques, the superresolution algorithms, such as MUSIC and ESPRIT, calculate the covariance matrix of the array output vectors which are observed at the array antennas, and then by using eigen-decomposition of the covariance matrix, they estimate AOAs of the received signals with high accuracy. However, superresolution algorithms based eigenvalue decomposition fails to estimate AOAs under multipath environments. Under multipath environments, it is difficult to estimate AOAs of the received signals due to coherency and high-correlation. To resolve coherent signals, the covariance matrix is calculated by using the conventional spatial smoothing technique, and then the techniques based on eigen-descomposition is applied. The result of the conventional spatial smoothing technique, however, is obtained at the cost of losing effective spatial aperture. Moreover, the conventional technique ignores any information in the cross-correlations of the array outputs the subarrays. As the result, the performance for AOA estimation is degraded. In this paper, we propose a new spatial smoothing technique, which consider the cross-correlation for subarrays. By computer simulation, the AOA estimation performance of the proposed method is compared with the conventional method and evaluated.
수신신호의 도래방향을 추정하는 기술은 어레이 안테나를 이용하는 무선통신시스템의 성능향상을 위하여 핵심역할을 수행하여 왔다. 이러한 기술중에서 MUSIC 및 ESPRIT와 같은 고분해 추정 알고리즘은 어레이 안테나에서 관측되는 수신신호의 데이터 벡터에 대한 공분산행렬을 계산한 후, 고유치 전개기법을 적용하여 도래방향을 정도 높게 추정한다. 그러나 이러한 고유치 전개기법에 기초를 둔 고분해 알고리즘은 멀티패스 환경에서 코히어런트 입사파 또는 상호간에 높은 상관관계를 가지는 수신신호들의 도래방향을 분리${\cdot}$추정하기가 어렵다. 이러한 경우에 종래의 방법은 사전 신호처리 과정으로서 공간평균법에 의한 공분산행렬을 계산한 후에 이를 이용하여 고유치 전개에 기초를 둔 고분해 알고리즘들을 적용하여 멀티패스 수신신호의 도래방향을 추정한다. 그러나 종래의 공간평균법이 어레이 안테나에 수신되는 신호에 대한 자기 공분산행렬의 대각요소를 포함하는 부분행렬들 만을 이용하기 때문에 멀티패스파의 분리${\cdot}$추정을 가능하게 하는 대신에 안테나의 유효구경을 감소하는 결과를 초래한다. 또한 종래의 방법이 공분산행렬의 대각요소를 포함하는 부분행렬들 만을 이용하고 대각요소를 포함하지 않은 상호상관 요소들에 대한 부분행렬은 고려하지 않음으로써 어레이 안테나에 의한 도래방향 추정성능을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 본 연구에서는 어레이 안테나에서 관측되는 수신신호 벡터의 자기상관행렬의 모든 요소들을 이용하는 새로운 공간평균법을 제안하고 종래의 공간평균법과 비교${\cdot}$평가한다.
