北京邮电大学学报

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北京邮电大学学报 ›› 2025, Vol. 48 ›› Issue (2): 126-132.

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基于随机矩阵近似的大规模MIMO方位估计算法

姚艳军, 魏子平, 李斌, 赵成林
  

  1. 1. 中国电子科技集团公司 第38研究所 2. 北京邮电大学 泛网无线通信教育部重点实验室 3. 中国电信股份有限公司 卫星应用技术研究院
  • 收稿日期:2024-02-04 修回日期:2024-04-19 出版日期:2025-04-30 发布日期:2025-04-30
  • 通讯作者: 魏子平 E-mail:weizp@bupt.edu.cn
  • 基金资助:
    北京市自然科学基金项目

Massive MIMO DOA Estimation Algorithm based on Randomized Matrix Approximation

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  • Received:2024-02-04 Revised:2024-04-19 Online:2025-04-30 Published:2025-04-30

摘要: 针对大规模多输入多输出 (MIMO) 系统中的未知目标方位估计问题,提出了一种新的信号处理算法。该算法利用接收信号矩阵的低秩特性和层次化搜索原理,结合随机矩阵近似技术,在显著降低计算复杂度的同时,能够保持高方位估计精度。具体来说,算法首先通过低秩矩阵近似方法处理接收到的信号,减小了方位估计过程中对数据矩阵的维度需求。然后,利用层次化搜索策略在有限的搜索空间内进行优化,避免了传统方法中全面搜索所需的高计算代价。通过随机矩阵近似技术,进一步压缩了数据的规模,有效减少了计算量。仿真实验表明,所提出的算法能够在确保与经典子空间分解方法相同的方位估计精度的同时,将计算复杂度降低了2个数量级。这使得该算法适用于大规模MIMO系统中需要处理大量信号数据并实时估计目标方位的场景。实验结果验证了该算法在实际应用中的高效性和可行性,为大规模MIMO系统的信号处理提供了一种新的解决方案。

关键词: 大规模MIMO, 随机矩阵近似, 方位估计, 低复杂度

Abstract: A novel signal processing algorithm is proposed for azimuth estimation of unknown targets in massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems. The algorithm exploits the low-rank property of the received signal matrix and a hierarchical search strategy, combined with random matrix approximation, to significantly reduce computational complexity while maintaining high estimation accuracy. By applying low-rank matrix approximation, the algorithm reduces the dimensionality of the data matrix, and the hierarchical search optimizes within a limited space, avoiding the high cost of exhaustive searches. Random matrix approximation further compresses data, effectively lowering computational load. Simulation results show that the proposed algorithm reduces computational complexity by two orders of magnitude while achieving the same accuracy as classical subspace methods. This makes it well-suited for real-time azimuth estimation in large-scale MIMO systems, demonstrating its efficiency and feasibility in practical applications.

Key words: massive MIMO, randomized matrix approximation, azimuth estimation, low complexity

中图分类号: