[发明专利]一种二维波达方向估计方法及装置

说明书

本发明公开了一种二维波达方向估计方法，包括：接收目标信号后，根据目标天线阵列和目标信号构造信号子空间对应的阵列流形，并基于阵列流形生成互协方差矩阵和传播算子，通过ESPRIT算法、互协方差矩阵和传播算子估计第一角度参数；同时构造噪声子空间对应的噪声投影矩阵，并基于噪声投影矩阵和阵列流形生成第一角度参数和第二角度参数的关系式；根据第一角度参数和关系式估计第二角度参数，进而估计波达方向。可见，所述方法基于第一角度参数估计第二角度参数，避免了二维角度参数的匹配，从而降低了计算的复杂度，同时具有良好的通用性。相应地，本发明公开的一种二维波达方向估计装置，也同样具有上述技术效果。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，更具体地说，涉及一种二维波达方向估计方法及装置。

背景技术

随着社会信息交流需求的急剧增加和个人移动通信的迅速普及，信号接收技术迎来了巨大挑战。

为了适应频谱效率和能量效率的数量级提升，大规模MIMO技术做为MIMO技术的扩展和延伸技术已被广泛利用。其基本特征是在基站侧配置大规模的天线阵列(所包含的天线数量从几十至几千个)，显著提高频谱效率和能量效率。此外，在大规模MIMO系统中，使用简单的线性预编码和检测方法，噪声和快速衰落对系统的影响将逐渐消失，因此小区内干扰也得到了有效的抑制。这些优势使得大规模MIMO系统成为下一代5G移动通信系统的一大潜在关键技术。

在大规模MIMO系统中，波达方向估计成为重要研究方向之一。波达方向(Directionofarrival,DOA)是指空间信号的到达方向(各个信号到达阵列参考阵元的方向角，简称波达方向)。传统的高分辨率DOA估计算法由于需要对相关矩阵进行特征值分解得到噪声子空间，计算量巨大，难以应用于大规模MIMO系统中。

继而，传播子(Propagator Method)算法被提出，其利用线性运算代替特征分解，基于传播子的波达方向估计算法具有低复杂度特点，在大规模MIMO的天线阵列及信号处理方面具有极大的潜力。YANG XIAO等提到一种低复杂度的二维双传播子算法(简称2P-PM算法)。该算法通过构造互相关矩阵来代替接收数据矩阵，从而抑制噪声分量带来的影响，并通过双传播子独立地估计二维角度参数，很大程度地降低算法计算量。但是该算法由于两个维度的角度参数由各自独立的ESPRIT步骤求出，故需要进一步的二维角度参数匹配，而匹配的计算量较大，一定程度上又增加了计算的复杂度；并且，在低信噪比下，2P-PM算法的估计性能大大降低，同时该算法要求信源个数小于某一维度上天线个数，这很大程度上限制了该算法的应用。

因此，如何降低波达方向估计的计算复杂度，提高估计性能，是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维波达方向估计方法及装置，以实现降低波达方向估计的计算复杂度，提高估计性能。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种二维波达方向估计方法，包括：

通过目标天线阵列接收目标信号；

根据所述目标天线阵列和所述目标信号，构造信号子空间对应的阵列流形，并基于所述阵列流形生成互协方差矩阵和传播算子，通过ESPRIT算法、所述互协方差矩阵和所述传播算子估计第一角度参数；

根据所述目标天线阵列和所述目标信号，构造噪声子空间对应的噪声投影矩阵，并基于所述噪声投影矩阵和所述阵列流形生成所述第一角度参数和第二角度参数的关系式；

根据所述第一角度参数和所述关系式估计所述第二角度参数，并基于所述第一角度参数和所述第二角度参数估计波达方向。

其中，所述通过目标天线阵列接收目标信号，包括：