分布式宽带聚焦信号的波形设计技术

论文摘要

波束形成在所需空间方向上形成一定形状的方向图,让有用信号通过,抑制其他方向上的信号;而在该波束方向上无法细分干扰信号和期望信号。在分布式天线场景下,利用聚焦达到信号能量在特定空间的会聚,可以在一定程度上细分任意空间中的干扰信号和期望信号。从物理本质上来看,信号聚焦与波束形成都是使信号能量在特定空间方向上会聚。由于其信号处理方法的不同,信号聚焦更适合于分布式天线阵列的近距离通信环境。目前关于信号聚焦的研究文献还比较少。超宽带技术具有功耗低、传输速率高、抗干扰能力强等优点,较好的满足了现代通信的要求,在实际应用中吸引了广泛关注。因此,超宽带波束形成是本文的另一个研究内容。本文在下述三个方面做了一些工作:本文研究了在阵列信号处理中的三个窄带信号判定准则:相对带宽准则,自相关矩阵特征值大小准则和SNEE准则。理论推导和仿真结果表明:相对带宽准则采用相对带宽直接判断,形式简单。相关矩阵特征值准则考虑了阵元数目,信噪比等因素,较全面的考虑了阵列信号处理的背景。SNEE准则通过利用窄带波束形成处理信号的效率,直观的判断一个阵列信号是否符合窄带假设。本文以基于方波脉冲信号模型的均匀线阵为例,给出了聚焦波形设计的基本原理。在该原理基础上,仿真研究了在集中式和分布式天线场景下聚焦接收信号波形与能量;研究了在二维空间区域和三维空间区域,分布式天线场景下的聚焦波形设计;仿真研究了阵元数目,信号脉冲宽度和聚焦点位置选择对于信号聚焦的影响。仿真结果表明:信号脉冲宽度越小,周围点接收信号能量下降越快,聚焦效果越好;当阵元数目增加时,要取得更好的聚焦效果;另外,在固定大小的空间区域内,沿聚焦点出发,在测度较小方向上的点接收能量变化较慢。本文研究了基于高斯脉冲信号的超宽带时域波束形成系统;分析了由该系统的接收脉冲波形得出的空时分辨率函数,空频分布函数和单脉冲跟踪信号以及峰值功率方向图和能量方向图的表达式并做了相应的仿真。仿真表明:脉冲波形的波束图没有旁瓣,也就没有必要通过对阵元的幅度加权的方法来抑制旁瓣;方向图的分辨角是阵列大小和频率带宽的单调递减函数。本文的研究成果可应用于下一代基于协同分布式天线思想的分布式蜂窝移动通信网、分布式天线无线局域网、分布式天线数字无线电视或广播等无线通信系统的信号处理技术中,具有一定的理论及经济价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文背景
• 1.2.1 分布式天线技术概述
• 1.2.2 超宽带技术概述
• 1.2.3 波束形成概述
• 1.3 本文研究问题
• 1.4 论文结构及内容安排
• 第二章 宽带聚焦及波束形成技术现状
• 2.1 引言
• 2.2 分布式聚焦研究现状
• 2.2.1 空间聚焦信号
• 2.2.2 聚焦波形设计
• 2.2.3 集中式天线阵宽带信号波束形成算法
• 2.3 超宽带波束形成研究现状
• 2.3.1 自操纵时域超宽带波束形成系统
• 2.3.2 延迟补偿
• 2.3.3 超宽带阵列波束形成
• 2.4 本章小结
• 第三章 窄带信号判决准则
• 3.1 引言
• 3.2 窄带信号
• 3.3 窄带模型及判决准则
• 3.3.1 相对带宽准则
• 3.3.2 自相关矩阵特征值大小准则
• 3.3.3 信噪比效率准则
• 3.4 本章小节
• 第四章 空间聚焦信号的波形设计
• 4.1 引言
• 4.2 聚焦理论基础
• 4.2.1 聚焦信号波形设计
• 4.2.2 接收信号波形幅度分析
• 4.2.3 接收信号能量分析
• 4.3 平面聚焦波形设计
• 4.3.1 平面聚焦系统模型
• 4.3.2 平面聚焦仿真结果及分析
• 4.4 空间聚焦波形设计
• 4.4.1 系统模型
• 4.4.2 空间聚焦仿真结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 超宽带波束形成
• 5.1 引言
• 5.2 线阵超宽带波束形成
• 5.2.1 脉冲发射的信号模型
• 5.2.2 基于脉冲阵列波束形成
• 5.2.3 线阵波束形成仿真结果
• 5.2.4 方向搜索与电子波束操纵
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 全文总结及主要贡献
• 6.2 下一步工作和未来研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果