FDD-CDMA系统下行链路波束形成的研究

论文摘要

目前的移动通信系统存在下行链路容量超过上行链路容量的现象。从表面看,提高上行链路容量是当务之急。但在第三代通信系统中,高速数据、多媒体业务更可能出现在下行链路中。考虑到这种非对称需求,以后的瓶颈可能是下行链路。因此,研究智能天线的下行发射依然是很必要和迫切的。 在即将到来的第三代移动通信系统中,FDD系统(如WCDMA、cdma2000等)将会成为主流技术。与TDD系统不同,FDD系统由于存在上下行链路间的频差,使上下行无线信道的性能差异很大。所以,对于FDD系统下行链路来说,波束形成就是首先根据上行链路的信息来估测下行链路,接着采用一种优化算法来为下行链路的每一个用户分配一个权值矢量。 文中首先阐述了智能天线和下行波束形成的基本原理,分析了在FDD方式下采用下行波束形成技术的两个主要技术难点,即下行信道协方差矩阵的估计和下行波束形成算法。然后,结合移动信道的基本特性和模型对这两个问题进行了深入的研究。对于下行信道协方差矩阵的估计,本文提出了一种与反馈方法和基于DOA估计方法不同的频域变换法。通过仿真验证,在不提高估计误差和计算复杂度的前提下,该方法比传统的DOA方法具有优良的估计性能。接着,在研究下行波束优化算法时,结合以往的最大SNR算法和通用本征值算法以及功率控制的概念,文中提出了一种在多小区情况下的最小相对干扰法。这种方法使得基站在为本区目标用户发射信号的同时,对本小区的其它用户以及相邻小区用户的干扰之和为最小。仿真结果表明,这种下行波束形成算法能够有效地抑制干扰,提高系统容量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 智能天线下行链路的发射系统概述
• 1.1 平面波与阵列
• 1.2 等距线阵的概述
• 1.3 阵列信号处理的统计模型
• 1.4 阵列信号处理技术概述
• 1.5 CDMA下行链路的波束形成系统
• 1.6 下行波束形成系统的难点
• 1.7 本文的主要工作
• 2 移动信道特性及智能天线的空间信道模型
• 2.1 移动多径信道的特征
• 2.2 多径信道的衰落特性
• 2.3 大尺度路径损耗
• 2.4 空间信道模型
• 2.5 本章小结
• 3 下行信道协方差矩阵的估计
• 3.1 概述
• 3.2 基于DOA估计的方法
• 3.2.1 MUSIC方法
• 3.2.2 ESPRIT算法
• 3.2.3 基于DOA估计方法的分析
• 3.3 一种基于频域变换的方法
• 3.3.1 多径CDMA的码滤波
• 3.3.2 频域变换
• 3.3.3 仿真及性能分析
• 3.4 本章小结
• 4 下行波束形成算法
• 4.1 下行链路信道模型
• 4.2 最大SNR算法
• 4.3 通用本征值波束形成算法
• 4.4 结合功率控制的波束形成算法
• 4.4.1 功率控制
• 4.4.2 功率控制导出的波束形成算法
• 4.5 本章小结
• 5 一种多小区环境下的最小干扰波束形成算法
• 5.1 干扰模型
• 5.2 最小干扰波束形成算法
• 5.3 算法性能分析
• 5.4 有效发射功率的设置
• 5.5 算法仿真与分析
• 5.5.1 仿真条件及环境
• 表5.1 仿真参数
• 5.5.2 仿真结果及性能分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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