智能天线波束形成算法的研究

论文摘要

智能天线技术是未来无线移动通信技术发展的主要方向之一。如何消除同信道干扰(CCI)、多址干扰(MAI)以及多径衰落(MPF)的影响成为人们在提高无线移动通信系统性能时考虑的主要因素。智能天线利用数字信号处理技术,采用先进的自适应阵列处理技术,产生空间定向波束,使波束主瓣对准用户信号波达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号方向,删除或抑制干扰信号,从而提高期望信号的接收信噪比,提高系统容量。智能天线是解决频率资源匮乏的有效途径。近年来,智能天线技术成为移动通信领域中的研究热点之一。论文首先阐述了智能天线的基本工作原理,给出了其常用的体系结构以及阵列信号模型。然后介绍了智能天线的几种收敛准则以及根据这些准则提出的几种经典自适应算法,其中包括:基于时间参考方式的LMS、NLMS、RLS算法;基于盲处理方式的CMA算法;基于波达方向估计的MUSIC算法,并对它们进行了仿真,分析了各种算法的优缺点及适用范围。其次对这些经典算法进行了改进,提出了改进型SVSLMS算法、最优步长RLS算法、带调整因子的CMA算法,使它们在收敛速度、稳态误差、稳态失调各方面与传统算法相比都更具优势;探讨了传统MUSIC算法在分析强相关信号波达角方面的局限性,对平滑MUSIC算法进行了仿真,论证了平滑技术在分析强相关信号方面的有效性。其次,对移动终端(主要是手机终端)应用智能天线的可行性进行了论证,并结合阵元数目、阵元间距的选择给出了两种适用于手机终端的智能天线结构:双天线、半波长结构;四天线、0.3倍波长结构。同时结合前面提出的改进型SVSLMS算法收敛速度快、稳态误差小的优点,以及调整因子CMA算法稳态失调小的优点,提出了一种适用于手机终端的半盲算法,并对其进行了仿真,指出了其在抗干扰方面的有效性;与传统的自适应算法相比,该算法具有更强的环境适能力(健壮性)和实际应用价值。最后,探讨了智能天线技术的发展前景及研究方向。本论文的工作具有很强的针对性,提出的改进型算法和智能天线实现方案具有一定的理论参考价值和实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 智能天线的发展概述
• 1.2 智能天线技术的优点和存在的问题
• 1.2.1 智能天线的优点
• 1.2.2 智能天线存在的问题
• 1.3 智能天线的研究现状
• 1.3.1 目前智能天线的主要研究方向
• 1.3.2 智能天线的国内外研究现状
• 1.4 智能天线的应用
• 1.5 论文的主要工作及各章节安排
• 第二章 智能天线技术概述
• 2.1 智能天线的基本概念和基本原理
• 2.1.1 智能天线的基本概念
• 2.1.2 智能天线的工作流程
• 2.2 智能天线的实现方式
• 2.3 智能天线系统的空间信号模型
• 2.3.1 阵列天线的数学模型
• 2.3.2 智能天线的信号模型
• 第三章 智能天线的自适应波束形成算法
• 3.1 智能天线数字波束形成技术
• 3.1.1 波束切换方式
• 3.1.2 自适应波束形成简介
• 3.2 自适应波束形成算法
• 3.2.1 最佳滤波准则
• 3.2.2 智能天线波束形成算法的分类
• 3.2.3 波束形成算法
• 第四章 智能天线的自适应波束形成算法仿真
• 4.1 自适应波束形成算法仿真
• 4.1.1 LMS 算法仿真
• 4.1.2 归一化LMS 算法（NLMS）仿真
• 4.1.3 一种变步长LMS 算法（改进型SVSLMS 算法）的仿真
• 4.1.4 递归最小二乘（RLS）算法的仿真
• 4.1.5 一种改进型RLS算法（最优步长RLS算法）的仿真
• 4.1.6 经典盲算法—恒模（CMA）算法的仿真
• 4.1.7 多重信号分类（MUSIC）算法的仿真
• 4.2 智能天线自适应算法分类小结
• 第五章 移动终端智能天线技术的研究
• 5.1 移动终端天线智能化的可行性分析
• 5.2 移动终端智能天线的实现形式
• 5.2.1 手机终端智能天线的阵元数确定
• 5.2.2 阵元间距d的选取
• 5.2.3 移动终端智能天线示意图
• 5.3 适用于移动终端的智能天线算法
• 第六章 论文工作总结及展望
• 6.1 本论文的工作总结
• 6.2 智能天线技术发展展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢