一种适用于大规模MIMO系统的二维波达角的测定方法

摘要

本发明公开了一种适用于大规模MIMO系统的二维波达角的测定方法，属于无限移动通信技术领域。本发明基于M_x×M_y的二维均匀矩形天线阵列执行下列步骤：基于接收信号建立接收信号的协方差矩阵，通过协方差矩阵获取信号子空间，将天线阵列划分为4个子阵，并得到相应的选择信号子空间，获得旋转矩阵，最后分别确定信号源的俯仰角与方位角。该发明在大规模MIMO场景下具有较小的测定误差，避免了角度搜多与非线性优化。因此，本发明具有测定精度高，数据处理复杂度低等优点，应用于大规模MIMO场景可有效提高系统的性能和实用价值。

主权项

一种适用于大规模MIMO系统的二维波达角的测定方法，其特征在于，基于M_x×M_y的二维均匀矩形天线阵列执行下列步骤：步骤1：基于接收信号计算接收信号的协方差矩阵；步骤2：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,…e_K构建信号子空间E_S＝[e₁,e₂,...,e_K]，其中K为信号源个数；步骤3：把M_x×M_y的二维均匀矩形天线阵划分为4个子阵，各子阵的选择矩阵J₁、J₂、J₃、J₄分别为：${\left[J_3\right]}_{\tilde{m},\tilde{n}}=\left\{\begin{array}{cc}1,& \tilde{n}=\tilde{m},\tilde{m}=1,2,...,{\tilde{M}}_2,\\ 0,& otherwise,\end{array}\right.$${\left[J_4\right]}_{\tilde{m},\tilde{n}}=\left\{\begin{array}{cc}1,& \tilde{n}=\tilde{m}+M_x,\tilde{m}=1,2,...,{\tilde{M}}_2,\\ 0,& otherwise,\end{array}\right.$其中J₁和J₂为矩阵，J₃和J₄为矩阵，${\tilde{M}}_2=M_x(M_y-1),$M＝M_x×M_y；基于各个子阵的选择矩阵J_q将信号子空间E_S划分为4个选择信号子空间其中q＝1,2,3,4；步骤4：通过总体最小二乘法构建选择信号子空间E_S1和E_S2的旋转矩阵ψ₁，选择信号子空间E_S3和E_S4的旋转矩阵ψ₂；步骤5：确定方位角和俯仰角：对旋转矩阵ψ₁进行特征值分解得到对角矩阵Λ₁，其对角元素为ψ₁的特征值，对ψ₂进行特征值分解得到对角矩阵Λ₂，其对角元素为ψ₂的特征值，对Λ₁和Λ₂的对角元素进行配对对齐，得到对齐的对角矩阵Λ₁和定义ξ_1,k和ξ_2,k分别为Λ₁和的第k个对角线元素，则方位角和俯仰角分别为：${\hat{\theta }}_k=\arctan \left(\frac{{\mathrm{ln\xi }}_{2,k}}{{\mathrm{ln\xi }}_{1,k}}\right),{\hat{\phi }}_k=\arcsin \left(\frac{1}{u}\sqrt{-\underset{l=1}{\overset{2}{\Sigma }}{\left({\mathrm{ln\xi }}_{l,k}\right)}^2}\right),$其中k＝1,2,...,K，u＝2πd/λ，d为相邻阵元之间的间距，λ为载波波长。