[发明专利]大规模MIMO系统中基于TLS‑ESPRIT算法的二维DOA估计

摘要

本发明公开一种大规模MIMO系统中利用总体最小二乘ESPRIT算法实现二维波达方向估计的方法，该方法首先根据大规模MIMO系统接收信号模型，将面阵分割为两个部分重叠的子阵，使其满足ESPRIT算法所要求的阵列移不变性；然后根据1D ESPRIT算法计算子阵列的信号子空间，进而根据TLS准则，估计出仰角信息；最后利用其中一子阵的方向矩阵来实现方位角估计，并自动与仰角配对。本发明采用TLS‑ESPRIT算法的思想有效地解决了大规模MIMO系统中二维DOA估计问题，不但能够自动实现方位角和仰角配对，而且计算复杂度相对较低。

主权项

大规模MIMO系统中基于TLS‑ESPRIT算法的二维DOA估计方法，其特征在于，包括步骤：基站端采用M×N维均匀矩形面阵URA，根据大规模MIMO系统的接收信号模型，首先将面阵划分为两个部分重叠的子阵，使其满足ESPRIT算法要求的阵列移不变性；进而根据一维ESPRIT算法计算子阵的信号子空间；然后利用TLS准则，实现仰角估计；最后利用其中一子阵的方向矩阵估计对应的方位角；所述两个部分重叠的子阵为子阵1和子阵2，具有移不变性的两个子阵，两子阵阵元数相同，子阵1和子阵2的方向矩阵相差一个旋转因子Φ，该旋转因子仅包含仰角信息θ，具体形式如下：A1Φ＝A2Φ＝diag[exp(‑2πdcosθ1/λ) exp(‑2πdcosθ2/λ) ... exp(‑2πdcosθK/λ)]其中A1,Α2分别为子阵1和子阵2的方向矩阵，d为阵元间距，λ为波速，θi，i＝1,2,3...K表示第i个用户的仰角；所述根据1D ESPRIT算法计算子阵的信号子空间是：根据一维ESPRIT算法，对子阵采样数据的协方差矩阵进行特征值分解，得到信号子空间Es，定义选择矩阵J1,J2,从Es中选出与子阵1和子阵2相对应的信号子空间和即：