[发明专利]毫米波大规模多输入多输出系统二维波达角快速估计方法

权利要求书

1.毫米波大规模多输入多输出系统二维波达角快速估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对MIMO基站的接收信号进行空间压缩采样；

步骤2，对样本协方差矩阵进行分解获得信号子空间；

步骤3，进行二维波达角估计。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：对MIMO基站的接收信号进行空间压缩采样。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1还包括：用N表示MIMO基站的共址电磁矢量传感器EMVS接收阵元，N为整数；用K表示与MIMO基站上行链路中的远场用户源信号的个数，K为整数；第n个电磁矢量传感器EMVS的坐标r_n为其中，n＝1,2,…,N，(·)^T表示转置运算。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1还包括：令θ_k，φ_k，γ_k，η_k分别表示需要估计的k个用户源信号的俯仰角、方位角、辅助极化角和极化相位差，含噪的阵列响应y(t)为：

其中，k＝1,2,…,K，t表示快拍索引；和⊙分别表示克罗内克积和KhatriRao积：表示第k个源信号对应的导向矢量，表示以自然指数为底、以-j2πτ_1,k/λ为指数的数，表示复数标识符，g_k为中间变量，具体为λ是载波波长；为第k个源信号对应的极化响应矢量，b_k(q)表示b_k的第q个元素，q＝1,2,…,6；s_k(t)表示第k个源信号，n(t)表示阵列噪声，表示阵列导向矩阵，表示阵列的极化响应矩阵，如果阵列噪声n(t)满足均值为零，方差为σ²的高斯分布，且源信号s(t)与噪声是不相关的。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1还包括：定义空间下采样算子空间下采样算子将N维矢量线性映射为N₁维矢量，N₁N，即：

其中，为压缩空间的响应矢量；具体地，对高维矢量的压缩过程通过一个降维矩阵实现：

是一个降维矩阵，MN；定义同步压缩矩阵F：

其中，对MIMO基站的阵列接收数据进行同步压缩后得到：

其中，I₆表示6×6的单位矩阵，为中间变量，

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1中，设定EMVS阵列具有任意的几何形状。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2包括：对权利要求2所获得的样本x(t)的协方差矩阵进行分解，获得信号子空间；

为高斯过程n(t)通过同步压缩矩阵F的结果，它也是一个高斯的过程，其均值为零，协方差矩阵为σ²(FF^H)，上标(·)^H表示共轭转置运算；设定D行是相互正交的，则存在则得到：

其中，E{·}表示数学期望；令所以x(t)的协方差R_x为：

当存在L个观测样本时，t＝1,2,…,L，R_x通过下式进行估计：

其中，表示R_x的估计值；对进行特征分解，获得信号子空间E_s，信号子空间E_s由K个最大的特征值所对应的特征向量组成；且存在一个非奇异的矩阵满足：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤3包括：设计估计器，估计器的二维波达角估计基于以下旋转不变性原理：

其中，以对角矩阵的形式返回B的第q行，即diag{·}表示对角化运算，/表示除法。