空间宽带系统中基于两阶段旋转的联合ToA-AoA估计

宽带多天线正交频分复用（OFDM）系统中的联合时延-角度（到达时间（ToA）与到达角（AoA））估计，是毫米波/太赫兹频段下定位、感知以及超大规模多输入多输出（XL-MIMO）通信的关键使能技术。在此场景下，空间宽带效应（SWE），即在 MIMO 调频连续波（FMCW）雷达中也被称为距离-角度耦合的现象，打破了传统的空间窄带假设；每条路径的能量会扩散到多个时延-角度格点上，二维 DFT 谱的主峰不再与真实的粗网格位置重合。因此，标准的基于 DFT 的粗估计加旋转/最大似然精调会固有地产生偏差。本文首先对该现象建立了严格的有限维刻画。利用二维 Dirichlet 核模型，我们推导了 SWE 所致扩散宽度的闭式界，并证明单条路径的显著能量在角度和时延两个维度上均被限制在至多 $\lceil \alpha M |\tilde{\phi}_i| \rceil$ 个格点内，其中 $\alpha$ 表示分数带宽，$M$ 表示阵列规模，$\tilde{\phi}_i$ 表示第 $ i$ 个散射体的归一化 AoA。基于该分析，我们提出了一种两阶段的逐路径旋转框架。第一阶段，我们对宽带耦合项进行簇级消除，并执行局部二维搜索以校正 SWE 所致的粗格点偏移。第二阶段，我们证明残余宽带项一致有界，可视为小扰动；这为窄带型旋转精调提供了依据，从而以接近 DFT 的复杂度获得 AoA、ToA 与路径增益的超分辨离网格估计。

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