移动通信中智能天线DOA技术

论文摘要

智能天线技术是第三代移动通信系统的关键技术之一,也是现在国内外热门的研究课题。它结合了天线阵技术与信号空时处理,在系统设计中增加了空时处理的自由度,改善了系统性能,增加了系统容量及频谱利用率。在无线移动通信系统中采用智能天线技术,实际上是通过数字信号处理,使天线阵为每个用户自适应地进行波束赋形,相当于为每个用户形成了一个可跟踪它的高增益天线,从而即可以进行全方位通信,也可以用较小的发射功率覆盖相同的范围以及提高系统容量和业务质量、降低用户间的码间干扰和多址干扰。智能天线引入空分多址的概念,通过用户空间位置的差异对其进行分离。因此各用户的波达方向DOA (Direction Of Arrival)做为反映用户空间位置的重要参量在智能天线中扮演着非常重要的角色。智能天线的主要任务是完成上行信号的滤波和下行波束的形成,这两个主要任务的完成都和自适应算法和数字信号处理(DSP)技术紧密相关。自适应算法是智能天线的核心技术之一,它决定着智能天线对来波信号响应的速率和系统实现电路的复杂程度,系统需要针对各种通信环境来选择合适的算法,也可以采用算法分集的方法来使整个系统工作在最佳状态。本文在对各种算法进行分析比较的基础上,提出了将Sparse PCA算法应用于DOA估计,其主要目的是针对MUSIC等算法中的信号子空间估计问题,减少其计算量。该算法的计算过程相对简单,并具有自组织特性,适合于神经网络实现。仿真结果表明,所提算法的DOA估计性能与MUSIC算法相当,其计算效率高于传统MUSIC算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文所做的工作及内容安排
• 第2章 自适应波束成形理论
• 2.1 基本概念
• 2.2 智能天线的基本原理和结构
• 2.2.1 智能天线的基本原理
• 2.2.2 智能天线系统的基本结构
• 2.3 自适应波束形成技术
• 2.3.1 波束形成器原理
• 2.3.2 几种重要参数
• 2.3.3 空间匹配波束形成器
• 2.3.4 最佳波束形成器
• 2.3.5 波束形成器的算法实现问题
• 2.4 智能天线在移动通信系统中的优势
• 2.4.1 抗衰落
• 2.4.2 抗干扰
• 2.4.3 增加系统容量
• 2.4.4 实现移动台的定位
• 2.5 本章小结
• 第3章 波达方向（DOA）估计算法研究
• 3.1 信号DOA 估计方法的分类
• 3.2 DOA 估计的传统法
• 3.2.1 延迟—相加法
• 3.2.2 Capon 算法
• 3.3 DOA 估计的子空间算法
• 3.3.1 MUS IC 算法的提出
• 3.3.2 MUSIC 算法的原理
• 3.3.3 MUSIC 算法DOA 估计性能
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于Sparse PCA 分析的DOA 估计算法
• 4.1 主成分分析（PCA）
• 4.1.1 主成分分析
• 4.1.2 主成分分析的概念
• 4.1.3 主成分的计算
• 4.1.4 样本主成分
• 4.1.5 主成分的选取
• 4.2 稀疏主成分分析
• 4.3 基于Sparse PCA 分析的DOA 估计算法
• 4.4 实验分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢