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智能天线DOA估计及自适应波束形成技术研究

作　者: 付晓蕾
导　师: 吴玉成
学　校: 重庆大学
专　业: 电路与系统
关键词: 智能天线波达方向空时信号处理有色噪声数字波束形成
分类号: TN911.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 5次
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内容摘要

移动通信的迅猛发展,导致了有限的频率资源日益匮乏。由于信道环境复杂,移动通信信号收到多种衰落的干扰。信号增强技术对于提高系统的接收性能必不可少。智能天线能根据信号的来波方向跟踪期望信号,减少或抵消干扰信号,从而区分信号和干扰,提高信干噪比,是一种很有用的技术。在移动通信系统中,采用自适应阵列天线可以提高频谱利用率、增加系统容量、扩大基站覆盖范围、减小电磁污染,明显改善系统的通信质量。基于智能天线的空分多址(SDMA)技术,是传统频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)的又一种多址技术,已经成为第三代和第四代移动通信研究的热点之一。智能天线有两种工作方式:切换波束方式和自适应阵列方式。而后者因其灵活性引起了国内外学者的研究兴趣。在给定阵列天线各阵元的采样数据后,自适应阵列天线信号处理的任务包括三个方面:确定信号源数目、估计信号的参数和形成数字波束。论文针对自适应阵列天线技术中的移动信号波达方向估计和数字波束形成技术做了以下研究:①对智能天线信号处理技术进行了介绍。着重研究了自适应阵列天线的结构,数学模型,各种几何形式以及关键技术。②对基于子空间的MUSIC算法进行了分析和仿真,并将其与传统的Capon方法进行了对比。③仿真验证了二维MUSIC算法。该算法将DOA估计放在CDMA信号解扩之后,实现对CDMA信号的二维DOA估计。算法复杂度低,准确度高,有效提高了空间利用度④在基于最大特征值ESB波束形成算法的基础上,假设先验信息,对干扰噪声子空间进行校正,通过修改步长参数,有效地克服了有色噪声的影响。通过对传统的DOA估计技术和自适应波束形成技术的研究,本文对MUSIC算法和最佳权向量自适应更新算法的改进形式做了一些试验性的工作。如何估计有色噪声环境下的DOA,以及未知噪声协方差矩阵情况下的自适应波束形成,还需要进一步的研究。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 移动通信发展和现状  8
  1.2 本课题的研究背景  8-11
  1.3 本文的主要内容  11-13
2 智能天线信号处理技术  13-33
  2.1 无线通信信道  13-16
    2.1.1 大尺度衰落  14-15
    2.1.2 小尺度衰落  15-16
  2.2 智能天线简介  16-18
    2.2.1 基本概念  17
    2.2.2 智能天线的发展历史与现状  17-18
  2.3 阵列天线的工作方式和空间结构  18-27
    2.3.1 两种工作方式  18-21
    2.3.2 阵列天线的基本模型  21-22
    2.3.3 等距线阵  22-25
    2.3.4 均匀圆环阵  25-26
    2.3.5 二维等距分布方阵  26-27
  2.4 智能天线关键技术  27-31
    2.4.1 DOA 估计技术概述  27-28
    2.4.2 数字波束形成概述  28-31
  2.5 智能天线在CDMA 系统中的应用  31-32
  2.6 本章小结  32-33
3 阵列天线二维DOA 估计技术  33-48
  3.1 超分辨率的MUSIC 算法  33-40
  3.2 二维MUSIC 算法  40-41
  3.3 CDMA 系统的信号模型  41-43
  3.4 最大特征值算法  43-45
  3.5 CDMA 信号的二维估计  45-46
  3.6 本章小结  46-48
4 最佳权向量求解与更新  48-55
  4.1 最佳权向量求解  48-51
  4.2 权向量更新自适应算法  51-53
  4.3 基于特征空间波束形成算法(ESB)  53-54
  4.4 本章小结  54-55
5 有色噪声环境下的自适应波束形成  55-67
  5.1 通信系统中的有色噪声  55
  5.2 白噪声和有色噪声的关系  55-57
  5.3 有色噪声对通信系统的影响  57-59
  5.4 有色噪声环境下的自适应波束形成  59-66
    5.4.1 阵列模型及问题提出  59-61
    5.4.2 基于有色噪声环境下的波束形成权向量分析  61-62
    5.4.3 算法步长的迭代更新  62-63
    5.4.4 有色噪声下的自适应波束形成算法  63
    5.4.5 计算机仿真实验  63-66
  5.5 本章小结  66-67
6 总结与展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
附录攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加的科研  73

智能天线DOA估计及自适应波束形成技术研究

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