基于天线阵的直扩系统多维快速捕获研究

论文摘要

近年来,由于多天线系统在滤除空域干扰、提高频谱效率等方面的优异性能,多天线阵应用得到了广泛的重视,在直接序列扩频系统中的应用也越来越多。但是作为直扩系统瓶颈之一的捕获问题在多天线系统中的研究进展缓慢,大多数的算法没有充分开发多天线阵的潜在优势。本文详尽研究了基于天线阵的直接序列扩频系统的多维捕获问题,特别注意利用多天线增强捕获判决的可靠性,取得了一些有益的结果。论文首先提出了一种基于多天线阵的高动态DS/SS三维捕获算法,捕获最大允许的多普勒频移达到40kHz,这是常规捕获算法根本无法达到的。为了加快频域的搜索和精确估计多普勒频移,算法使用了FFT变换,值得注意的是,在低信噪比环境中这种变换是无法精确估计单天线系统多普勒频移的,这是因为大多普勒频偏的情况下捕获预积分的累积时间必须要短,也就无法获得足够的扩频增益来改善估计的信噪比,而低信噪比下的FFT变换是不准确的。值得庆幸的是,多天线阵的应用改善了系统工作的信噪比,保证了多普勒频移估计的准确性。理论分析和计算机仿真表明,由于充分利用了多天线阵的潜在优势,提出捕获算法与同等复杂程度的常规匹配滤波算法相比性能有了很大改善,特别是在低信噪比条件下,改善更明显。针对移动快衰落信道的特点,本文给出了一种新的自适应门限设置方法。鉴于多径分量一般会成簇出现的事实,算法在估计信噪比时不是简单地剔除数据样本中的几个最高值,而是根据一定的规则只剔除那些含有信号分量的样本,仍能保留那些数值较大但仅含有噪声分量的样本,与已有的自适应门限算法相比,对多径衰落信道下背景噪声功率估计更准确,门限设置更合理。针对DS/SS长周期伪随机序列,提出了一种码相位估计器辅助加速算法。基本原理是利用短时内信道的平稳和时不变特性,将两个相对移相1/4伪码周期的特殊辅助序列分别与接收信号互相关,给出一个本地伪码产生器的相对码相位改进值和改进方向。这样,搜索的起始位置就以较大概率集中在同步相位附近,大大节省了捕获时间。另外,为了进一步增加估计的准确性,算法对多个估计按改进方向分别进行累加,并用大数判决的方法决定最终的结果。理论分析和计算机仿真证实,码相位估计器可以几倍地提高捕获速度,且伪码周期越长效果越明显。文章最后给出了一种基于多天线的DS-UWB捕获算法。算法利用UWB信号的循环平稳特点,将接收信号与它自身延迟一个信息位产生的模板相关,应用最大似然方法就可得到一个粗略的同步时间估计。在充分利用线性天线阵空间分集增益的情况下,这种估计相当准确,误差一般不超过一个信息位时间长度的20%,特别在高信噪比条件下,估计误差能小于一帧。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 基于单天线的DS/SS 捕获算法研究现状与进展
• 1.3 基于单天线的DS-UWB 捕获算法研究现状与进展
• 1.4 基于多天线的DS/SS 捕获算法研究现状与进展
• 1.5 本文工作
• 2 基于智能天线的高动态DS/SS 捕获研究
• 2.1 引言
• 2.2 基于智能天线的FFT 辅助三维捕获算法
• 2.3 捕获性能理论分析
• 2.4 仿真试验研究和讨论
• 2.5 本章小结
• 3 基于多天线分集的高动态DS/SS 捕获研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于多天线分集的FFT 辅助二维捕获算法
• 3.3 衰落信道下的性能分析
• 3.4 仿真试验研究和讨论
• 3.5 本章小结
• 4 空间不可分窄带恶意干扰下多天线DS/SS 捕获研究
• 4.1 引言
• 4.2 恶意干扰的分类
• 4.3 自适应窄带干扰抑制算法
• 4.4 空间不可分窄带恶意干扰下的捕获性能分析
• 4.5 仿真试验研究和讨论
• 4.6 本章小结
• 5 基于多天线的DS/SS 长码快速捕获研究
• 5.1 引言
• 5.2 码相位估计辅助捕获算法
• 5.3 捕获性能理论分析
• 5.4 仿真试验研究和讨论
• 5.5 本章小结
• 6 基于多天线的DS-UWB 捕获研究
• 6.1 引言
• 6.2 基于多天线分集的DS-UWB 快捕算法
• 6.3 捕获性能理论分析
• 6.4 仿真试验研究和讨论
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读博士学位期间发表论文目录