[發(fā)明專利]一種二維波達(dá)方向估計方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810354351.0
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108594166B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉立程;唐偉聰
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本發(fā)明公開了一種二維波達(dá)方向估計方法，包括：接收目標(biāo)信號后，根據(jù)目標(biāo)天線陣列和目標(biāo)信號構(gòu)造信號子空間對應(yīng)的陣列流形，并基于陣列流形生成互協(xié)方差矩陣和傳播算子，通過ESPRIT算法、互協(xié)方差矩陣和傳播算子估計第一角度參數(shù)；同時構(gòu)造噪聲子空間對應(yīng)的噪聲投影矩陣，并基于噪聲投影矩陣和陣列流形生成第一角度參數(shù)和第二角度參數(shù)的關(guān)系式；根據(jù)第一角度參數(shù)和關(guān)系式估計第二角度參數(shù)，進(jìn)而估計波達(dá)方向。可見，所述方法基于第一角度參數(shù)估計第二角度參數(shù)，避免了二維角度參數(shù)的匹配，從而降低了計算的復(fù)雜度，同時具有良好的通用性。相應(yīng)地，本發(fā)明公開的一種二維波達(dá)方向估計裝置，也同樣具有上述技術(shù)效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種二維波達(dá)方向估計方法及裝置。

背景技術(shù)

隨著社會信息交流需求的急劇增加和個人移動通信的迅速普及，信號接收技術(shù)迎來了巨大挑戰(zhàn)。

為了適應(yīng)頻譜效率和能量效率的數(shù)量級提升，大規(guī)模MIMO技術(shù)做為MIMO技術(shù)的擴展和延伸技術(shù)已被廣泛利用。其基本特征是在基站側(cè)配置大規(guī)模的天線陣列(所包含的天線數(shù)量從幾十至幾千個)，顯著提高頻譜效率和能量效率。此外，在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，使用簡單的線性預(yù)編碼和檢測方法，噪聲和快速衰落對系統(tǒng)的影響將逐漸消失，因此小區(qū)內(nèi)干擾也得到了有效的抑制。這些優(yōu)勢使得大規(guī)模MIMO系統(tǒng)成為下一代5G移動通信系統(tǒng)的一大潛在關(guān)鍵技術(shù)。

在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，波達(dá)方向估計成為重要研究方向之一。波達(dá)方向(Directionofarrival,DOA)是指空間信號的到達(dá)方向(各個信號到達(dá)陣列參考陣元的方向角，簡稱波達(dá)方向)。傳統(tǒng)的高分辨率DOA估計算法由于需要對相關(guān)矩陣進(jìn)行特征值分解得到噪聲子空間，計算量巨大，難以應(yīng)用于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中。

繼而，傳播子(Propagator Method)算法被提出，其利用線性運算代替特征分解，基于傳播子的波達(dá)方向估計算法具有低復(fù)雜度特點，在大規(guī)模MIMO的天線陣列及信號處理方面具有極大的潛力。YANG XIAO等提到一種低復(fù)雜度的二維雙傳播子算法(簡稱2P-PM算法)。該算法通過構(gòu)造互相關(guān)矩陣來代替接收數(shù)據(jù)矩陣，從而抑制噪聲分量帶來的影響，并通過雙傳播子獨立地估計二維角度參數(shù)，很大程度地降低算法計算量。但是該算法由于兩個維度的角度參數(shù)由各自獨立的ESPRIT步驟求出，故需要進(jìn)一步的二維角度參數(shù)匹配，而匹配的計算量較大，一定程度上又增加了計算的復(fù)雜度；并且，在低信噪比下，2P-PM算法的估計性能大大降低，同時該算法要求信源個數(shù)小于某一維度上天線個數(shù)，這很大程度上限制了該算法的應(yīng)用。

因此，如何降低波達(dá)方向估計的計算復(fù)雜度，提高估計性能，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種二維波達(dá)方向估計方法及裝置，以實現(xiàn)降低波達(dá)方向估計的計算復(fù)雜度，提高估計性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了如下技術(shù)方案：

一種二維波達(dá)方向估計方法，包括：

通過目標(biāo)天線陣列接收目標(biāo)信號；

根據(jù)所述目標(biāo)天線陣列和所述目標(biāo)信號，構(gòu)造信號子空間對應(yīng)的陣列流形，并基于所述陣列流形生成互協(xié)方差矩陣和傳播算子，通過ESPRIT算法、所述互協(xié)方差矩陣和所述傳播算子估計第一角度參數(shù)；

根據(jù)所述目標(biāo)天線陣列和所述目標(biāo)信號，構(gòu)造噪聲子空間對應(yīng)的噪聲投影矩陣，并基于所述噪聲投影矩陣和所述陣列流形生成所述第一角度參數(shù)和第二角度參數(shù)的關(guān)系式；

根據(jù)所述第一角度參數(shù)和所述關(guān)系式估計所述第二角度參數(shù)，并基于所述第一角度參數(shù)和所述第二角度參數(shù)估計波達(dá)方向。

其中，所述通過目標(biāo)天線陣列接收目標(biāo)信號，包括：