TD-SCDMA智能天线设计研究

论文摘要

作为第三代移动通信系统标准之一的TD-SCDMA,采用了两项最为关键的技术,即智能天线技术和联合检测技术。其中智能天线的对于TD-SCDMA系统的意义在于:1、通过多个天线通道功率的最大比合并（改善了接收信号电平）以及阵列信号处理（改善了接收信号信噪比）,明显提高了基站上行接收的灵敏度;2、波束赋形算法使得基站针对不同用户的接收和发射具有很高的空间指向性,因此用户间的干扰在空间上能够获得很好的隔离和抑制;3、波束赋形对用户间干扰的空间隔离,明显增加了CDMA系统的容量,配合联合检测技术,使得TD-SCDMA成为三个3G标准中唯一一个能够实现满码道容量使用的系统;4、通过波束赋形算法能够实现广播波束宽度的灵活调整,这使得TD-SCDMA网络优化过程中的小区广播覆盖范围调整可以通过软件实现（而常规天线的广播波束宽度是固定不可调整的,必须通过更换天线来实现小区广播覆盖范围的调整）,明显提高了网络优化工作的效率并明显降低了成本;5、通过波束赋形使得下行信号能够对准用户发射,这相当于提高了基站发射机的等效发射功率,可明显降低对基站功放发射功率的要求;6、CDMA系统中使用的大功率线性功放,是3G无线基站系统中最昂贵的器件,智能天线系统中可以使用小功率的多个功放来代替大功率功放,可明显降低基站制造成本。智能天线技术在TD-SCDMA中乃至LTE的后向演进中有着广泛的应用需求,本文主要在智能天线算法原理、算法性能、算法改进、天线小型化改进等方面开展研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 第三代移动通信TD-SCDMA系统简介
• 1.2 智能天线技术简介
• 第二章 TD-SCDMA系统智能天线技术概述
• 2.1 TD-SCDMA系统参数与物理信道
• 2.1.1 基本技术参数
• 2.1.2 物理信道与结构
• 2.1.2.1 物理信道
• 2.1.2.2 帧结构
• 2.1.2.3 常规时隙突发结构
• 2.2 阵列天线模型
• 2.2.1 信号模型
• 2.2.2 阵列模型
• 2.2.2.1 线阵
• 2.2.2.2 圆阵
• 2.2.2.3 线阵与圆阵对比
• 2.3 智能天线基本原理
• 2.3.1 窄带条件
• 2.3.2 智能天线工作原理
• 2.3.3 智能天线基本结构
• 2.3.4 智能天线分类
• 第三章 智能天线算法原理
• 3.1 智能天线算法实现与分类
• 3.1.1 下行波束赋形实现
• 3.1.2 算法分类
• 3.2 多波束形成/切换算法
• 3.3 自适应算法
• 3.3.1 基于DOA估计的自适应算法
• 3.3.2 基于最大径准则的自适应算法
• 3.3.3 基于最小均方误差（MMSE）准则的自适应算法
• 3.3.4 基于最大信噪比（MSNR）准则的自适应算法
• 3.3.5 基于最大信干噪比（MSINR）准则的自适应算法
• 3.3.6 恒模（CMA）算法
• 3.3.7 线性约束最小方差（LCMV）算法
• 3.3.8 最小平方解扩重扩多目标恒模阵列（LS-DRMTCMA）算法
• 第四章 TD-SCDMA智能天线算法与性能研究
• 4.1 TD-SCDMA智能天线算法
• 4.1.1 固定波束智能天线算法
• 4.1.1.1 最大接收功率准则
• 4.1.1.2 算法实现
• 4.1.1.3 下行波束赋形
• 4.1.2 特征分解智能天线算法
• 4.1.2.1 最大信噪比（MSNR）准则和最大信干噪比（MSINR）准则
• 4.1.2.2 算法实现原理
• 4.1.2.3 下行波束赋形
• 4.1.3 GOB与EBB对比
• 4.1.4 算法性能分析
• 4.1.4.1 TD-SCDMA下行链路仿真平台结构
• 4.1.4.2 下行链路仿真条件
• 4.1.4.3 仿真结论
• 4.2 波束赋形增益损失分析
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 时延可分与空间非一致多径损失
• 4.2.3 上、下行信道不对称性损失
• 4.2.4 赋形权矢量非实时性损失
• 4.2.5 赋形增益损失结论
• 4.3 基于MSINR准则的波束赋形算法性能分析
• 4.3.1 实现方法
• 4.3.2 干扰噪声协方差矩阵的计算过程
• 4.3.3 性能研究
• 4.3.4 结论
• 第五章 高分辨波达角估计算法
• 5.1 常规波束形成法
• 5.2 高分辨方法
• 5.2.1 MUSIC算法
• 5.2.2 ESPRIT算法
• 5.2.3 最大似然（ML）算法
• 5.3 空域平滑处理
• 5.4 高分辨DOA估计性能研究
• 5.4.1 时延对齐
• 5.4.2 时延不可分但非对齐
• 5.4.3 时延可分
• 5.4.4 仿真结论
• 第六章 智能天线组网性能与实际组网测试
• 6.1 智能天线组网性能研究
• 6.1.1 仿真参数
• 6.1.2 智能天线系统与非智能天线系统的网络仿真对比
• 6.1.3 网络仿真结论
• 6.2 智能天线性能实际组网测试
• 6.2.1 多终端DOA估计与跟踪
• 6.2.1.1 多终端静止情况
• 6.2.1.2 多终端同步运动情况
• 6.2.1.3 多终端集中运动情况
• 6.2.2 多终端赋形增益测试
• 6.2.3 实际组网测试结论
• 第七章 智能天线小型化研究
• 7.1 引言
• 7.2 双极化天线基本原理
• 7.2.1 阵列结构
• 7.2.2 波束赋形算法
• 7.3 双极化天线性能研究
• 7.3.1 仿真条件
• 7.3.2 仿真结果
• 7.3.3 仿真结论
• 7.4 双极化天线实际组网测试
• 7.4.1 测试情况
• 7.4.1.1 测试地点
• 7.4.1.2 测试天线类型
• 7.4.1.3 网络规模
• 7.4.2 城区环境
• 7.4.2.1 测试项目
• 7.4.2.2 各项目测试小结
• 7.4.3 郊区环境
• 7.4.3.1 测试项目
• 7.4.3.2 各项目测试小结
• 7.4.4 测试结论
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢