[发明专利]一种基于大规模MIMO接收阵列结构的模糊相位快速消除方法

说明书

本发明提供了一种基于大规模MIMO接收阵列结构的模糊相位快速消除方法，通过在混合模拟和数字大规模多输入多输出系统的基础上建立波达方向估计系统模型，从远场发射而来的窄带信号被混合结构天线阵列接收后利用根多信号分类混合数字和模拟相位校准方法估计DOA，针对混合结构带来的指向模糊的问题，利用一个数据块将天线阵分组，每组模拟相位校准器的相位分别对准模糊角，采用平均接收功率最大化的智能策略消除模糊角得到估计DOA，该方法在少量的性能损失下拥有更短的时间延迟和计算复杂度。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于大规模MIMO接收阵列结构的模糊相位快速消除方法。

背景技术

DOA估计在我们的生活中有着广泛的应用，比如无线通信、雷达、声纳、导航、各种物体的跟踪以及救援和其他紧急援助装置。最近几年，随着MIMO的流行，基于大规模MIMO系统的DOA估计吸引了很多关注，它能够实现超高精度的角估计。但是由于天线数量趋于大规模，商业实现的成本和计算复杂度都过高，故混合模拟和数字结构应运而生。目前已有研究提出了基于混合结构的DOA估计方法，但是混合结构带来的相位模糊问题依然没有快速有效的方法解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于大规模MIMO接收阵列结构的模糊相位快速消除方法，能快速有效地消除模糊相位，在可接受的性能损失的情况下降低估计延迟和计算复杂度。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于大规模MIMO接收阵列结构的模糊相位快速消除方法，包括下列步骤：

建立基于HAD大规模MIMO接收阵列的DOA估计系统模型，并获得输出信号；

利用Root-MUSIC算法对所述DOA估计系统模型进行DOA估计得到模糊解集；

基于快速模糊相位消除法以及平均功率最大化策略消除模糊解，得到DOA。

可选的，建立基于HAD大规模MIMO接收阵列的DOA估计系统模型，并获得输出信号，包括下列步骤：

设定拥有N根天线以及K个子阵的HAD天线阵列捕获一个远场发射器发射的窄带信号其中s(t)是基带信号，f_c是载波频率，其从θ₀方向发射来的信号被天线阵列接收表示为：

其中b表示数据块索引，每个数据块由L个采样点组成，w^b(t)表示加性高斯白噪声矩阵，a(θ₀)是阵列流形，定义如下：

其中λ表示信号波长，d表示天线间距；

从θ₀方向发射来的信号经过APA、射频链、ADC、DPA得到：

其中s(n)表示发射信号，V_A是AB块对角矩阵，其对角线元素v_A,k是第k个子阵的AB向量，是DB向量。

可选的，其特征在于，利用Root-MUSIC算法对所述DOA估计系统模型进行DOA估计得到模糊解集，包括下列步骤：

将每个子阵列设定为一个大的虚拟天线，当AB相位均为0时，至少一个数据块中所有子阵列的输出向量为:

式中，M为子阵天线数量，a_M(θ₀)为虚拟天线阵列的阵列流形，g(θ₀)为每个子阵列所有天线元素综合的公共因子，w¹(n)为加性高斯白噪声矩阵；

虚拟天线阵列输出向量y¹(n)的协方差矩阵为：