TD-SCDMA系统中的DOA算法研究和上行链路测试

论文摘要

智能天线技术应用于TD-SCDMA系统中具有可以减少共信道干扰、提高频谱利用率及增加系统容量、减少发射功率和空间电磁干扰、对小区进行动态划分等优点。与其它技术比较,智能天线技术在移动通信的应用中显示出巨大的潜力。本文研究的核心就是智能天线关键技术之一信号波达方向估计（DOA,Direction Of Arrival）。波达方向估计作为阵列信号处理中的一个重要的研究领域,在雷达、通信、声纳、地震勘测等领域都有着广泛的应用前景。特别是,最近它己成为阵列无源探测和智能天线空分多址等热点技术中的关键技术。在波达方向估计二十多年的发展过程中,国内外学者提出了许多性能优良的高分辨估计算法,取得了丰硕的研究成果。本文主要围绕着常用的DOA估计方法研究及其基于TD-SCDMA系统中的应用展开。本文首先完成了DOA估计的数学模型,介绍了经典的DOA估计算法,分析了延迟-相加法、Capon、MUSIC（Multiple Signal Classification）、ESPRIT（Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）和极大似然法的理论推导和算法特点,并通过计算机仿真比较了它们的性能和算法复杂度。针对我国TD-SCDMA采用的是非Vandermonde结构的八阵元均匀圆阵（UCA）智能天线,不能直接采用传统的DOA估计算法对移动台的波达方向（DOA）进行估计的特点,对基于TD-SCDMA智能天线进行预处理,使其能够进行DOA估计。同时对天线距离、阵列个数、采样点数目、信噪比对性能的影响进行分析。采用定点仿真,对算法硬件性能评估。并针对复Hermite矩阵的奇异值分解问题进行研究,基于MSC8144对DOA算法进行DSP开发和优化。此外,本文最后还简要介绍上行链路测试的基本方案和测试结果,并对测试结果进行分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 TD-SCDMA 移动通信系统
• 1.2 TD-SCDMA 智能天线技术概述
• 1.2.1 智能天线基本思想
• 1.2.2 智能天线组成
• 1.2.3 TD-SCDMA 系统中采用智能天线的目的
• 1.2.4 TD-SCDMA 中的无线定位
• 1.3 课题背景及其意义
• 1.4 DOA 估计技术国内外发展现状
• 1.5 论文的主要工作和内容安排
• 第二章 TD-SCDMA 物理层概述
• 2.1 TD-SCDMA 系统物理层帧结构
• 2.2 TD-SCDMA 系统物理层数据流
• 2.3 TD-SCDMA 系统中的上下行链路
• 2.3.1 上行链路处理
• 2.3.2 下行链路处理
• 2.4 本章小结
• 第三章 DOA 算法分析及仿真
• 3.1 DOA 基本原理
• 3.2 延迟—相加法
• 3.2.1 延迟－相加法算法原理
• 3.2.2 延迟－相加算法仿真实现
• 3.3 Capon 最小方差法.
• 3.3.1 Capon 最小方差法算法原理
• 3.3.2 Capon 最小方差法算法仿真实现
• 3.4 MUSIC 算法
• 3.4.1 MUSIC 算法原理
• 3.4.2 MUSIC 算法仿真实现
• 3.5 ESPRIT 算法
• 3.5.1 数学模型
• 3.5.2 算法原理
• 3.6 最大似然（ML）法
• 3.7 各种算法比较
• 3.7.1 性能比较
• 3.7.2 复杂度比较
• 3.8 本章小结
• 第四章 基于TD-SCDMA 的DOA 算法分析及仿真
• 4.1 问题的提出
• 4.1.1 TD-SCDMA 中的基本阵列模型
• 4.1.2 相位模式激励
• 4.2 基于均匀圆阵的DOA 估计
• 4.2.1 圆阵到均匀线阵的变换
• 4.2.2 接收矢量协方差矩阵
• 4.2.3 虚拟均匀线阵ESPRIT 算法仿真
• 4.2.4 虚拟均匀线阵MUSIC 算法仿真
• 4.3 浮点仿真结果分析
• 4.3.1 天线距离对性能的影响
• 4.3.2 阵列个数对性能的影响
• 4.3.3 采样点数对性能的影响
• 4.3.4 信噪比对性能的影响
• 4.3.5 DOA 估计的误差分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 TD-SCDMA 系统关键模块定点仿真
• 5.1 定点的概念
• 5.1.1 定点数据类型
• 5.1.2 定点表示
• 5.1.3 精度和范围
• 5.1.4 定点数与浮点数的对比
• 5.2 主要模块定点分析及策略
• 5.2.1 信道估计模块
• 5.2.2 联合检测模块
• 5.2.3 DOA 模块
• 5.3 定点仿真结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于MSC8144 DSP 的DOA 模块实现及优化
• 6.1 DSP 芯片概述
• 6.1.1 DSP 芯片简介
• 6.1.2 DSP 芯片在第三代移动通信系统中的应用.
• 6.1.3 多核DSP 结构及特点
• 6.1.4 MSC8144 DSP
• 6.2 DOA 模块的软件实现
• 6.2.1 阵列预处理模块
• 6.2.2 转置乘模块
• 6.2.3 求特征值特征向量模块
• 6.2.4 谱峰估计模块
• 6.3 程序优化
• 6.3.1 Profile 分析
• 6.3.2 C 语言级的优化
• 6.3.3 汇编级的优化
• 6.4 结果分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 TD-SCDMA 上行链路测试
• 7.1 测试方案设计
• 7.2 测试结果与分析
• 7.2.1 性能测试
• 7.2.2 实时程序总体开销测试结果
• 7.2.3 内存消耗量
• 7.3 本章小结
• 第八章 结束语
• 8.1 全文总结及主要贡献
• 8.2 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