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基于数字波束合成的软件无线电接收机研究

作　者: 崔杰
导　师: 曾浩
学　校: 重庆大学
专　业: 电路与系统
关键词: 数字波束合成 软件无线电 信道模型 DSP Builder
分类号: TN858
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


自适应数字波束合成(Digital Beamforming,DBF)技术是阵列信号处理的一个重要研究方向。它采用先进的数字信号处理技术形成天线阵列的加权向量,然后对阵元接收的信号进行加权求和运算,从而使主瓣对准期望信号方向,并在干扰方向上形成零陷。通过数字波束合成器的处理后,阵列天线的性能得到了显著的提高。这些性能包括:快速自适应波束置零、超低副瓣、自适应空时处理、超瑞利限的角分辨率等等。软件无线电技术突破了传统的无线电台以功能单一、可扩展性差的硬件为核心的设计局限性。它要求以开放的最简硬件为通用平台,并且尽可能得用可升级、可重配置的应用软件来实现各种无线电功能,从而为接收机的工程实现提供了一种新的设计思路。开发基于数字波束合成的模块化、智能化的软件无线电接收机系统,并且对接收机设计中存在的问题进行系统地分析,不仅为相关领域的实际应用提供一种可借鉴的设计方法,而且为系统的产品化奠定了基础。文章主要研究内容与工作有:首先,综合分析了无线通信系统的电波传播和信道模型,并对无线信道模型中常用到的概率密度函数进行了研究与仿真分析;其次,深入研究了数字波束合成基本理论,包括阵列信号模型、阵元分布、DBF系统中最优权值求解方法和DBF性能参数等;然后,提出了一种应用在DBF接收机系统中的多径分集算法。仿真结果说明了该算法对衰落信道下的DBF接收机系统误码率性能具有明显的改善作用;最后,建立了衰落信道下基于自适应DBF的软件无线电接收机系统架构。该架构采用DDC之后进行DBF处理的方式,有效的解决了自适应DBF作信号的DOA估计与计算权矢量时运算量过大的问题。并且,在DSP Builder软件设计平台上实现了基于自适应DBF的软件无线电接收机系统的设计。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
1 绪论  7-11
  1.1 研究背景与意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-9
  1.3 本文内容安排  9-11
2 无线通信系统的电波传播和信道模型  11-25
  2.1 无线电波传播概述  11-12
  2.2 无线通信信道模型分类  12-19
    2.2.1 大尺度信道模型  13-15
    2.2.2 小尺度信道模型  15-19
  2.3 多径衰落信道统计模型  19-20
  2.4 无线信道模型常用概率密度函数  20-23
    2.4.1 瑞利概率密度函数  20-21
    2.4.2 莱斯概率密度函数  21-22
    2.4.3 对数正态概率密度函数  22-23
  2.5 本章小结  23-25
3 数字波束合成理论研究  25-35
  3.1 阵列信号数学模型  25-27
  3.2 均匀线阵与圆阵  27-29
    3.2.1 均匀线阵  27-28
    3.2.2 均匀圆阵  28-29
  3.3 最优权值求解  29-32
    3.3.1 最小均方差准则（MMSE）  30-31
    3.3.2 最小方差准则（MV）  31
    3.3.3 最小功率准则（MP）  31-32
  3.4 数字波束合成性能参数  32-34
    3.4.1 阵列方向图  32-33
    3.4.2 阵列增益  33-34
  3.5 本章小结  34-35
4 多径衰落信道下的一种 DBF 改进算法  35-47
  4.1 相干信源的空间平滑算法  35-38
  4.2 DBF 多径分集算法  38-41
    4.2.1 衰落信道下阵列模型  38-39
    4.2.2 DOA 估计与最优权矢量求解  39-41
  4.3 算法性能分析及仿真  41-45
    4.3.1 相干信源DOA 估计仿真分析  42-43
    4.3.2 阵列方向图  43
    4.3.3 系统误码率（BER）仿真分析  43-45
  4.4 本章小结  45-47
5 接收机系统的 DSP Builder 实现  47-65
  5.1 系统结构设计  47-48
  5.2 DSP Builder 概述  48-50
  5.3 基于DSP Builder 的系统实现  50-63
    5.3.1 信号源的DSP Builder 设计  52-56
    5.3.2 DDC 的DSP Builder 设计  56-58
    5.3.3 DBF 的DSP Builder 设计  58-61
    5.3.4 解调部分的DSP Builder 设计  61-62
    5.3.5 Signal Compiler 模块的操作  62-63
  5.4 系统误码率  63-64
  5.5 本章小结  64-65
6 总结与展望  65-67
  6.1 总结  65
  6.2 下一步研究展望  65-67
致谢  67-69
参考文献  69-73
附录  73
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  73
  B. 作者在攻读硕士学位期间申请专利的目录  73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 接收设备、无线电收音机 > 各种频率收音机
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