无线网络中多径信号参数估计算法研究

论文题目: 无线网络中多径信号参数估计算法研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 计算机软件与理论

作者: 刘福来

导师: 于戈,汪晋宽

关键词: 多径信号,相干信号,到来方向,时延,联合和时延估计,特征值分解,方位角,仰角

文献来源: 东北大学

发表年度: 2005

论文摘要: 无线网络技术的迅猛发展为抗多径衰落技术带来了新的问题与挑战。无线网络的物理层主要通过信源编码和信道编码、信道均衡、多用户检测、分集和智能天线等技术抵消多径传输产生的负面影响，以实现提高系统的性能和容量，抑制同信道干扰或码间干扰的目标。大多数抗多径衰落技术的实现需要信号的到来方向(DOA)或时延的信息，多径信号参数估计是抗多径衰落技术实现的一个非常重要的因素，是信息理论、控制理论和信号处理等领域众多专家学者致力研究的课题。近年来，采用空时二维信号处理技术的发展，为抗多径衰落技术提供了有效的手段，同时也为多径信号参数估计开辟了新的方向。 我们在深入地研究了多径信号的DOA、时延以及联合DOA和时延估计(JADE：joint angle and delay estimation)算法之后，发现现存的多径信号参数估计算法主要存在以下几个问题： (1)算法步骤复杂：MUSIC(multiple singnal classification)类算法需要在特征值分解基础之上再进行峰值搜索；而ESPRIT(estimation signal parameters via rotational invariance techniques)类算法需要进行两次特征值分解。 (2)在JADE算法中，由于向量化函数(按列堆栈)、Khatri-Rao积和Kronecker积的引入大大地增加了数据矩阵的维数，严重地影响算法的实时性。 (3)MUSIC类算法和ESPRIT类算法都没有充分地利用特征值和特征向量中所包含的信息，MUSIC类算法只是使用特征向量估计参数而ESPRIT类算法只是使用特征值估计参数。 (4)大多数算法需要额外的二维到来方向(2-D DOA)或者DOA和时延配对程序。 因此，低复杂性高性能的参数估计算法的开发势在必行。 本文针对上述多径信号参数估计算法中存在的不足，分别提出了8个参数估计算法。 针对多径信号DOA估计，我们给出了下面三个算法：

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摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 无线网络中信号的多径传输及其抗多径衰落技术

1.1.1 多径传输及其对无线网络的影响

1.1.2 无线网络中的抗多径衰落技术

1.2 无线网络中多径信号参数估计的意义

1.3 多径信号参数估计算法研究现状

1.3.1 DOA估计算法

1.3.2 时延估计算法

1.3.3 联合 DOA和时延估计算法

1.4 本文研究内容

1.5 论文组织结构

第二章 阵列信号处理的基础知识

2.1 通信信号的表示及特征

2.1.1 复信号

2.1.2 调制信号

2.1.3 随机信号与随机过程

2.1.4 随机信号和复信号的相关矩阵

2.2 阵列信号处理

2.2.1 平面波与阵列

2.2.2 等距线阵与均匀圆阵

2.2.3 阵列信号处理的统计模型

2.3 ESPRIT算法

2.3.1 S-ESPRIT算法

2.3.2 JADE-ESPRIT算法

2.4 小结

第三章 多径信号到来方向估计算法

3.1 多径传播信号模型

3.2 OS-ESPRIT算法

3.2.1 算法描述

3.2.2 性能分析

3.3 二维到来方向估计算法

3.3.1 TPULA-DOA估计算法

3.3.1.1 数据模型

3.3.1.2 算法描述

3.3.1.3 性能分析

3.3.2 DOA矩阵方法

3.3.2.1 数据模型

3.3.2.2 算法描述

3.3.2.3 性能分析

3.3.3 相干(关)信号源的讨论

3.4 小结

第四章 多径信号时延估计算法

4.1 数据模型

4.2 OT- ESPRIT算法

4.3 性能分析

4.4 小结

第五章 联合 DOA和时延估计算法

5.1 数据模型

5.2 联合DOA和时延估计问题

5.3 基于空时矩阵分解的联合 DOA和时延估计算法

5.3.1 空时矩阵方法

5.3.2 修正的空对矩阵方法

5.3.3 性能分析

5.4 OTST- ESPRIT算法

5.4.1 算法描述

5.4.2 性能分析

5.4.2.1 罗克-拉美下限(CRB)

5.4.2.2 计算复杂性

5.4.2.3 仿真实验

5.5 空时传播因子方法

5.5.1 数据模型

5.5.2 算法描述

5.5.3 性能分析

5.5.3.1 误差分析

5.5.3.2 计算复杂性

5.5.4 仿真实验

5.6 小结

第六章 结束语

6.1 结论

6.2 需要进一步研究的工作

参考文献

致谢

科研成果与学习经历

攻博期间论文及获奖情况

附

发布时间: 2006-10-25

参考文献

• [1].IR-UWB多径信号能量收集及ISI抑制研究[D]. 刘志勇.哈尔滨工业大学2010
• [2].卫星导航系统多径估计理论与方法研究[D]. 陈轲.解放军信息工程大学2012

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