1. 研究目的与意义
大规模多输入多输出（MIMO）技术能够提供极高的频谱效率，是第五代无线通信的候选技术之一。多小区大规模MIMO系统的性能受到小区间干扰的严重影响，原因是信道相干时间受限，造成正交导频的数量不足，无法在小区间分配。
针对小区间干扰问题，亟待提出有效的导频设计方案和信道估计方法。波束形成是减轻干扰的可行方法，采用该方法的前提是获得精确的角度参数估计。当前已有的DOA估计方法拓展用于大规模MIMO系统时，还存在很大的问题。目前的角度参数估计方法的计算复杂度较高。要求针对不同的天线阵列，提出低复杂度的信源角度参数的估计方法。
2. 课题关键问题和重难点
计算复杂度高是大规模系统中釆用现有的定位算法的主要问题，而降低计算复杂度可能会带来新的问题。通过引入一个简化的信号模型，近似最大似然方法和基于最小二乘的方法的搜索维度可以大大降低力，但是这些方法都只能用于估计一个信源的角度信息，不能扩展到多个信源的估计。
当前已有的导频设计和估计方法扩展用于大规模MIMO系统时，还存在很大的问题。因此，作为未来5G无线通信系统的可能技术之一，大规模的DOA估计还需要更多更深入的研究。
因此课题的关键问题在于：针对不同天线阵列的实现低复杂度DOA估计方法，估计的趋向于真值，从而可以获得很好的估计性能。
3. 国内外研究现状（文献综述）
在人们首先提出基站配置大量天线的设计方案后，大规模MIMO系统得到了广泛的研究。到目前为止，大规模MIMO的研宄主要集中在容量分析和信号处理两方面。DOA（DirectionofArrival）波达方向估计作为阵列信号处理领域的重要的研究方向，其目的就是用于估计信号的空域参数及信源位置。
大规模MIMO中的能量和频谱效率比单天线系统都有几个数量级的提升。系统的和速率可以表示为天线数量、用户数量和资源块数量的函数，对于瑞利块衰落信道，可以根据信道容量设计最优的空时调制方式。当考虑了多小区系统时，相比于理想的独立瑞利衰落信道，相关的信道响应更符合实际的传播环境，此时信道响应可以表达为波达角DOA的函数。并且，利用信道响应与角度的关系，可以采用波束形成技术，把信号发送到特定用户而不产生干扰。
波束形成技术可以有效地减轻小区间干扰，而DOA估计获得的角度信息是波束形成必需的。因此，DOA估计是大规模MIMO的重要研宄方向。
4. 研究方案
针对不同的天线阵列，有以下几种低复杂度的非相干分布式信源角度参数的估计方法。
1）针对大规模均匀线阵，使用基于分布匹配的非相干分布源波达角（DOA）估计方法。本方法利用阵列流形的渐进正交性，把协方差矩阵转换为向量，减少用于估计的数据数量。
2）针对大规模均匀矩形阵，使用基于旋转不变子空间算法的非相干分布源DOA估计方法。首先，我们利用阵列结构获得二维的耦合函数，然后解耦二维，获得的闭式解。并分析出它具有更低的复杂度。
5. 工作计划
第1-2周：阅读任务书及相关参考文献，在网上了解课题相关内容，领会课题含义及有关内容，对课程设计进行初步规划，完成开题报告。
第3-4周：结合开题报告，认真学习DOA估计相关文献，对DOA估计进行深入的学习。
第5周：在理解均匀线阵的DOA估计的基础上，拓展出大规模均匀线阵用于非相干分布信源的DOA估计。
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