[发明专利]一种基于波束空间变换的二维波达角测定方法

摘要

本发明公开了一种基于波束空间变换的二维波达角测定方法，适用于大规模MIMO系统测定非相干信号二维波达角的测定方法。包括：设置一个具有M根天线的均匀矩形阵列，对接收的数据进行波束空间变换；建立变换矢量的协方差矩阵；通过协方矩阵证获取信号子空间；根据波束空间变换的特性和阵列的结构，得到相应的广义选择信号子空间；然后获得旋转矩阵；最后分别确定信号源的俯仰角与方位角。本发明在大规模MIMO场景下具有较小的测定误差，避免了非线性优化和角度搜索。因此，本发明具有精度高，数据处理复杂度低等优点，应用于大规模MIMO系统可有效提高系统的性能和实用价值。

主权项

1.一种基于波束空间变换的二维波达角测定方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：通过均匀矩形天线阵列获取K个非相干信源的接收数据矢量，其中均匀矩形天线阵列包括Mx×My个阵元，Mx对应矩形天线阵列的行，My对应矩形天线阵列的列；对接收数据矢量进行波束域变换：基于预设的Mx×P维的波束空间变换矩阵对接收数据矢量进行波束空间变换，得到变换矢量，其中P为压缩系数，且P＜Mx；所述Mx×P维的波束空间变换矩阵为：其中j表示虚数单位，p∈{1,2,…,P}；波束空间变换定义为：其中x_b(t)表示变换矢量，其中且为PM_y×M_xM_y维的块对角矩阵；将M_x×M_y的均匀矩形天线阵列的每一行的接收数据排成一列构成接收数据矢量x(t)；符号(·)^H表示矩阵共轭转置，函数blkdiag(·)表示生成指定对角线元素的矩阵；步骤2：计算变换矢量在N次采样下的协方差矩阵；步骤3：对协方差矩阵进行特征值分解，基于前K个最大特征值所对应的特征向量e1,e2,…eK构建信号子空间ES＝[e1,e2,...,eK]；步骤4：基于波束空间变换矩阵和天线阵列结构，根据信号子空间ES构造广义选择信号子空间ESf，f＝1,2,3,4；步骤5：基于ES1和ES2构建第一旋转矩阵Ψ1，基于ES3和ES4构建第二旋转矩阵Ψ2；步骤6：分别对第一旋转矩阵、第二旋转矩阵进行特征值分解，得到对角矩阵Λ1、Λ2，其中对角矩阵Λ1的对角元素为ψ1的特征值，对角矩阵Λ2的对角元素为ψ2的特征值；对Λ₁和Λ₂的对角元素进行配对对齐，得到对齐的对角矩阵Λ₁和步骤7：根据对齐的对角矩阵Λ₁和计算各个信号源的俯仰角方位角其中k＝1,2,...,K：定义ξ_1,k和ξ_2,k分别为Λ₁和的第k个对角线元素，则其中u＝2πd/λ，d为相邻阵元之间的间距，λ为载波波长。