5G网络室内定位系统中的多径信号空间谱分辨技术

摘要

对于基站侧接收信号到达角的准确估计是提高室内终端定位的重要前提之一。本论文利用阵列信号空间谱估计技术，解决复杂的室内多径相干信号到达角的准确估计问题，同时降低空间谱估计算法的复杂度。 论文首先介绍了天线阵列方向图设计，给出了两种经典的空间谱估计超分辨算法：MUSIC类算法和ESPRIT算法。考虑到室内信号高度相关或相干，研究了基于空间平均、平滑技术的MUSIC算法，并对这种算法的复杂度进行了详细分析。 其次，为了解决空间平滑技术导致的阵列孔径减小和MUSIC算法谱峰搜索的高复杂度问题，论文研究了酉变换ESPRIT（Unitary-ESPRIT）算法，降低了计算成本。论文进一步研究了具有更好谱分辨性能的空间谱估计技术EPUMA算法和RISR算法的改进算法。提出了将EPUMA算法和空间平滑技术相结合，极大的改善了相干信号的谱估计性能。给出了RISR算法的噪声功率估计方法，保留了该算法无需信源数目的优点。 最后，论文研究了具有最优性能的最大似然类算法及其实现，即期望最大化（EM）算法和其衍生的SAGE算法。EM算法将ML算法的多维搜索简化成一维搜索问题，降低了复杂度。SAGE算法被用来测量信号的角度信息，这种方法改善了EM算法的收敛性，进一步降低了复杂度。

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