[发明专利]一种估计直接路径到达角的方法

权利要求书

1.一种估计直接路径到达角的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1，在接收机接收CSI测量矩阵，应用线性误差消除法消除接收到的数据的相位误差，再重新组成CSI测量矩阵；

步骤2，将步骤1重组的测量矩阵进行特征值分解，并按照特征值的大小从小到大进行排序来重组特征向量；

步骤3，利用比值最小法的方法来估计噪声子空间和信号子空间；

步骤3中，所述比值最小法的方法具体为，对于排序后的特征向量，令第二个特征值与第一个特征值的比值为b₁,令第三个特征值与第二个特征值的比值为b₂,依次类推，可以得到b₁,b₂,…,b₅₅，在b₁,b₂,…,b₅₅中取得最小值b_i，则估计当前室内环境中噪声子空间为n₁…n_i，而信号子空间为s_i+1,s_i+2,…,s₅₅；

步骤4，利用噪声子空间以及CSI二维MUSIC算法获得室内环境中所有多径的AoA和ToF对，将AoA和ToF对作为数据集D；

步骤5，然后基于网格的思想工作对数据集D进行划分，将D划分成不同的网格，其中选取网格单元的长度为DBSCAN算法的邻域半径的2倍；

步骤5中，所述基于网格的思想工作为，在所有对象内，利用k-距离曲线方法得到邻域半径ξ，利用网格思想的方法，在计算每个对象的邻域半径ξ时，只需要利用该对象所在网格的左上，上，右上，左，本身，右，左下，下，右下这九个网格单元内的对象；

步骤6，将AoA和ToF对作为数据集利用改进的DBSCAN算法进行聚类获得各个簇；

步骤7，取各个簇中平均ToF值最小的对应的簇为直接路径对应的簇，则直接路径的到达角为该簇类中所有AoA的平均值。

2.根据权利要求1所述的一种估计直接路径到达角的方法，其特征在于：步骤4中，CSI测量矩阵包含不同天线多个子载波的接收数据采样，以实现天线阵列虚拟扩充，对于第m个阵元的2个子载波在路径L上引入的相对相移表示为：

为了实现天线阵列阵元的有效扩充，同时考虑AoA和ToA为不同子载波引入的相移；ToA在不同子载波间引入可测量的相移，设路径L的ToA为τ_L，对于同一天线不同子载波其相位差表示为：

Δθ＝2πΔfτ_L

对于等间隔OFDM子载波，路径L的到达时间τ_L引入的相移表示为:

其中f_s表示为2个连续子载波的间隔；

对于同一阵元下的K个子载波相对于第一个子载波，由ToA引入相移的导向矢量矩阵表示为：

对于M阵元，K子载波的CSI矩阵，相对于第1阵元第1子载波，其导向矢量表示为：

这样对于有L个传播路径，获得导向矢量矩阵a：

对信号的AOA进行搜索时，当搜索到的信号与M个信号中的AOA相同时会产生一个峰值，因此遍历完所有的角度会产生M个峰值：

以此来获得室内环境中所有多径的AoA和ToF对，将AoA和ToF对作为数据集D。

3.根据权利要求1所述的一种估计直接路径到达角的方法，其特征在于：步骤6中，所述改进的DBSCAN算法为，对数据集D中的所有对象标记为未处理状态，对于D中每个对象p：如果对象p已经归入某个簇或标记为噪声，则跳过该对象，进行下一个对象的处理；如果对象p没有处理过，检查对象p在所对应网格内的ξ邻域N_ξ，如果N_ξ包含的对象小于该对象p在邻域内成为核心对象的最小邻域点数，则将对象p标记为边界点或者噪声点；否则标记对象p为核心点，并建立新簇类C，并将p邻域内所有对象加入C，对于p邻域中所有未被处理的对象q，检查q的邻域，如果q的邻域大于等于最小邻域点数，则将q邻域中未归入任何一个簇的对象加入C。

4.根据权利要求3所述的一种估计直接路径到达角的方法，其特征在于：在聚类过程中，如果有一个对象同时属于2个簇类，则按照哪个簇类先确定该对象则该对象属于哪个簇类。