多用户系统的数字波束形成技术

论文摘要

智能天线通过波达方向估计检测用户方向,然后调节基站各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列的天线方向图,对基站的发射和接收波束进行自适应赋形,将天线波束主瓣指向用户,零陷对准干扰。数字波束形成技术是智能天线的一个重要内容。本文在阅读大量国内外相关科技研究文献的基础之上,针对多用户系统,围绕数字波束形成技术进行了如下几个方面的研究:①介绍了阵列天线不同几何模型下接收信号的数学模型,进而阐述了空间谱估计和数字波束形成的基本算法,并进行了仿真分析。②解决了波束形成中期望和干扰用户的辨识问题。传统波束形成中,虽然可以通过波达方向估计得到期望信号和干扰信号的空间信息,但并不能对二者进行区分。根据移动通信CDMA系统中多用户检测的原理,在用户发送端给不同期望用户分配不同的伪随机码作为标识码,接收端通过相关检测可以很好地区分不同期望信号和干扰信号。仿真结果表明了该方法能保持辨识系统低的虚警概率和漏警概率,准确辨识出特定期望用户的方向。③提出了一种基于分组的多用户波束形成方法。为抑制小区内同道干扰,提高系统性能,首先通过波达方向估计把一个小区内的多个用户分成若干组,每组用户一个波束形成支路,主瓣对准该组的用户,零陷对准其他组的用户。权矢量与各组用户角度的平均值相对应。各支路波束形成输出分别进行多用户检测,消除组内各用户间的干扰。性能分析和仿真结果证明该方法简化了波束形成的权值求解,克服了用户空间的非正交性,有效降低了系统的误码率。④波束形成类算法的工程实现具有重要的实际意义。但由于算法中存在大量复杂的矩阵以及矢量的变换和运算,通常的C语言直接编程相当复杂并且很费时。而通过MATLAB这样的CAD工具的帮助,利用其Embedded IDE Link软件直接从SIMULINK模型生成算法的DSP代码,极大地节约了软件开发的时间和成本。以空间谱估计中的多重信号分类算法为例,介绍了基于MATLAB的DSP代码的生成步骤,该步骤同样适用于其他的阵列信号处理算法。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要工作及章节安排
• 2 波束形成基础
• 2.1 引言
• 2.2 阵列信号数学模型
• 2.3 空间谱估计
• 2.3.1 经典MUSIC 算法
• 2.3.2 基于解相干的MUSIC 算法
• 2.4 波束形成
• 2.4.1 波束方向图
• 2.4.2 最优权值选择准则
• 2.4.3 波束形成算法
• 2.5 仿真分析
• 2.6 本章小结
• 3 多用户数字波束形成中的目标辨识方法
• 3.1 引言
• 3.2 用户标识码
• 3.3 目标辨识原理
• 3.4 性能分析
• 3.5 仿真分析
• 3.6 本章小结
• 4 CDMA 移动通信系统中基于分组的 DBF-MUD
• 4.1 引言
• 4.2 CDMA 系统MUD 模型
• 4.3 基于分组的DBF-MUD 算法
• 4.3.1 分组方法
• 4.3.2 权矢量的计算方法
• 4.3.3 MUD 实现方法
• 4.4 性能分析
• 4.5 仿真分析
• 4.6 本章小结
• 5 空间谱估计算法在 DSPs 平台上的实现
• 5.1 引言
• 5.2 DSP 芯片及其系统开发流程
• 5.3 基于Embedded IDE Link 的集成开发流程
• 5.3.1 使用MATLAB 语言进行MUSIC 算法设计
• 5.3.2 构建SIMULINK 算法模型
• 5.3.3 构建与DSP 通信的SIMULINK 模型
• 5.3.4 设置Real-time workshop 中的编译连接选项
• 5.3.5 实时代码调试
• 5.4 性能分析
• 5.5 本章小结
• 6 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读学位期间发表的论文
• B 作者在攻读学位期间取得的科研成果