1.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=A2
Φ=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:
2.根据权利要求1所述的二维DOA估计方法,其特征在于,所述利用TLS准则,实现仰角估计是:考虑噪声扰动的条件下,根据TLS准则,估计精确的仰角信息,定义对 进行特征值分解得到特征矩阵E,并将E分解成K×K的子矩阵,即:
计算 并对Ψ进行特征值分解:
-1 -1
Ψ=HΩH =TΦT
Ω中特征值λi,i=1,2...K对应矩阵Φ中的对角线元素,H=T,计算仰角估计值:θi=arccos{angle(λi)λ/2πd}
其中d为阵元间距,λ为波速,θi表示第i个信号的仰角,()H表示求取矩阵的共轭转置,()-1表示求取矩阵的逆。
3.根据权利要求1所述的二维DOA估计方法,其特征在于,所述利用其中一子阵的方向矩阵估计对应的方位角具体方法是:子阵1的方向矩阵可由其信号子空间 与满秩矩阵H的乘积表示: 利用方向矩阵列向量的旋转不变关系即可估计出对应的方位角φ:φi=arccos(angle(bi)λ/(2πdsinθi))其中 表示 第i列前1:M(N-2)个元素,
表示第i列后N-1:M(N-1)个元素,d为阵元间距,λ为波速,θi表示第i个信号的仰角,φi表示第i个信号的方位角,()+表示求取矩阵的伪逆。