无线通信中多天线技术优化算法的研究

论文摘要

近年来,移动通信技术得到了迅猛发展,对频域、时域以及码域等资源的利用已经较为充分,为了克服其有限的信道带宽对移动通信系统性能、容量的限制,满足不断增长的用户需求,采用多天线技术充分利用空域资源实现移动通信突破性的提高,已经成为近年来持续不断升温的研究热点。多天线系统包括智能天线系统和多入多出天线系统,涉及波达方向估计、波束赋形、空分多址、空间复用等技术。本论文的研究主要围绕快速的波达方向估计、盲波束赋形、空分多址以及智能天线在远程医疗系统中的应用等方面展开,包括以下内容:首先,分析了研究背景、综述了国内外相关技术的进展、研究的内容及有关贡献。然后,全面阐述了信源个数检测、射频定位、波达方向估计、波束赋形、零陷技术、空分多址的基础理论知识、智能天线的分类和组成结构。在此基础上,进行了如下创新性的研究:第一、分析了智能天线阵上的无线信号模型,结合经典算法特点,提出了一种快速波达方向估计算法。通过对最小均方差滤波器多级分解,来估计子空间和子空间的维数,不需使用接收信号的协方差矩阵估计和特征值分解,该算法可以明显降低运算量、加快收敛速度。论文采用蒙特卡罗仿真验证了上述结论,具有很好的理论价值以及应用前景。第二、针对无线信号普遍存在具有谱自相干的特性,提出了非线性条件下稳健的自适应波束赋形优化算法。通过对稳健周期自适应波束赋形算法的权向量进行再次优化,解决了导向矢量矢量扰动引起的子空间估计失真现象。调整了稳健周期自适应波束赋形算法方向图零陷的位置和深度,改善了输出信干噪比,并且优化算法的输出使信干噪比对导引向量随机误差具有稳健性。论文的理论分析与计算机仿真试验都证明了算法的有效性。最后,针对远程医疗监控系统的发展趋势,结合我国大唐集团公司采用多天线技术、自主研发、拥有完全知识产权宽带无线技术McWiLL以及TD-SCDMA的技术优势,提出了一种基于智能天线技术的远程医疗监护系统架构并给出了远程医疗监护终端的具体的实现方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 国外发展状态
• 1.1.2 国内发展状态
• 1.2 发展方向
• 1.3 研究内容和意义
• 1.4 本论文的主要工作
• 参考文献
• 第二章 智能天线中的关键技术分析
• 2.1 智能天线简介
• 2.2 智能天线的系统构成
• 2.3 智能天线的分类
• 2.4 智能天线的关键技术
• 2.4.1 天线阵形设计技术
• 2.4.2 信源个数检测技术
• 2.4.3 DOA估计技术
• 2.4.4 射频定位技术
• 2.4.5 自适应数字波束赋形技术
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第三章 快速的波达方向估计算法研究
• 3.1 最小均方差滤波器的多级分解
• 3.2 DOA估计信号模型
• 3.3 波达方向估计经典算法
• 3.3.1 非特征结构法
• 3.3.2 特征结构法
• 3.4 快速估计子空间
• 3.5 快速估计子空间维数
• 3.6 仿真结果
• 3.7 小结
• 参考文献
• 第四章 基于循环平稳信号的盲波束赋形算法研究
• 4.1 信号特征
• 4.1.1 平稳过程
• 4.1.1.1 严格平稳过程
• 4.1.1.2 广义平稳过程
• 4.1.2 循环平稳过程
• 4.1.2.1 均值循环平稳过程
• 4.1.2.2 相关函数循环平稳过程
• 4.1.2.3 循环平稳过程的重要性质
• 4.2 信号的统计模型
• 4.3 自适应算法
• 4.4 自适应数字波束赋形算法
• 4.4.1 波束赋形算法
• 4.4.2 零陷技术
• 4.4.3 周期自适应波束赋形算法
• 4.4.4 线性约束周期自适应波束赋形算法
• 4.4.5 稳健周期自适应波束赋形算法
• 4.5 稳健周期自适应波束赋形算法的优化
• 4.6 仿真与结果分析
• 4.7 小结
• 参考文献
• 第五章 基于智能天线技术的远程医疗监护方案
• 5.1 引言
• 5.2 系统架构及技术优势分析
• 5.2.1 基于智能天线技术的远程医疗监护系统的构架
• 5.2.2 无线远程监护系统的技术优势分析
• 5.3 系统终端的设计方案
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 结束语
• 6.1 论文总结
• 6.2 本论文不足和下一步的研究方向
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文