《基于智能天线系统的DOA估计方法的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于智能天线系统的DOA估计方法的研究（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要作为无线通信中降低干扰和提高系统容量的一种有效手段，智能天线目前越 来越受到人们的关注和重视。 在智能天线系统中， 波达方向( D O A ) 估计是实现空分多址 ( S D MA)的关键问题之一。D O A估计的一个重要应用就是在智能天线 系统中。 D O A作为反映用户空间位置的重要参数，包含的信息越多，提高移动信道容量的潜力就越大。由此可见，在智能天线关键技术中， 信源的波达方向 估计 在信源定位和波束形成方面起着至关重要的作用。因此，对波达方向估计的研究 也就成为当 前移动通信和阵列信号处理研究的一个热点。本文在深入研究智能天线技术的工作原理、 特征和技术优势的基础上， 通过 学习
2、 和总结前人的研究成果， 研究了 智能天线技术中 几种主要的波达方向 估计算 法以 及处理相干信号源的空间平滑技术。 得到了一种基于T L S - E S P R I T 的改进的D O A估计算法， 并将该算法从二维空间推广到了 三维空间。 通过大量的仿真实验和数 据分析验证了该算法的有效性和可行性。关挂词: 智能天线系统波达方向 ( D O A ) 阵列伯号处理空分多址 ( S D M A )A b s t r a c tN o w a d a y s t h e S m a r t A n t e n n a S y s t e m i s g i v e n m o r e a n d
3、 m o r e a t t e n t i o n a st h e e f f e c t i v e m e a n s o f r e d u c i n g i n t e r f e r e n c e a n d e n l a r g i n g s y s t e m c a p a c i t ya m o n g w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n . I n t h e f i e l d o f S m a r t A n t e n n a S y s t e m , D O Ae s t i m a t i o n
4、c a n b e r e g a r d e d a s o n e o f t h e k e y s o l u t i o n s t o S D M A . T h e m a j o ra p p l i c a t i o n o f D O A e s t i m a t i o n i s t h a t i n t h e S m a r t A n t e n n a S y s t e m . A s t h ei m p o r t a n t p a r a m e t e r r e l a t e d t o s p a c e o r i e n t a t
5、i o n o f u s e r s , D O A s p o t e n t i a li n e n l a r g i n g s y s t e m c a p a c i t y w i l l b e e n h a n c e d w i t h t h e i n c r e a s e di n f o r m a t i o n i t c o n t a i n s . D O A e s t i m a t i o n , t h e r e f o r e , p l a y s a c r i t i c a l r o l ei n s i g n a l s
6、 o u r c e o r i e n t a t i o n a n d b e a m - f o r m i n g i n t h e k e y t e c h n o l o g i e s o fS m a r t A n t e n n a . T h u s , t h e r e s e a r c h o n D O A e s t i m a t i o n b e c o m e s t h e h o t t o p i co f t h e c u r r e n t m o b i l e c o m m u n i c a t i o n a n d a r
7、 r a y s i g n a l p r o c e s s i n g r e s e a r c h e s .B a s e d o n t h e d e e p r e s e a r c h o n w o r k t h e o r y , c h a r a c t e r i s t i c s a n dt e c h n i q u e a d v a n t a g e o f S m a r t A n t e n n a , t h e t h e s i s f o c u s e s o n t h e s t u d i e so f m a j o r
8、a l g o r i t h m s o f D O A e s t i m a t i o n a n d s p a t i a l s m o o t h i n g t e c h n i q u e t od e a l w i t h c o h e r e n t s i g n a l t h r o u g h r e f e r r i n g a n d s u m m a r i z i n g t h e p r e v i o u sr e s e a r c h r e s u l t s . I n t h i s w a y , a n i m p r o
9、v e d D O A e s t i m a t i o n i s c r e a t e d b a s e do n T L S - E S P R I T , w h i c h i s e x t e n d e d f r o m p l a n a r t o t h r e e - d i m e n s i o n a l s p a c e s .I t d e m o n s t r a t e s t h e v a l i d i t y a n d f e a s i b i l i t y o f t h i s a l g o r i t h m v i a
10、n u m e r o u so f s i m u l a t i o n t e s t s a n d d a t a a n a l y s i s .K e y w o r d s : S m a r t A n t e n n a S y s t e m D i r e c t i o n o f A r r iv a l ( D O A )A r r a y S i g n a l P r o c e s s i n g S p a c e - d i v i s i o n Mu l t i p l e A d d r e s s ( S D MA )扉页倒匕 o口 开 .明本
11、人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得云南大学或其他教育机构的学位或证明而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研 究 生 签 名 : 习 留日期 : ; v o 6 今 一 ，论文使用和授权说明本人完全了解云南大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文和论文电子版;允许论文被查阅或借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论
12、文;授权学校将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。( 保密的论文在解密后应遵循此规定)研究生签名:司元宙导 师 签 名 : 杯胡竿日期 : ?Ys; 一 宁 一 2 。第一章绪论第一章绪论1 . 1 研究背景与意义众所周知， 第二代数字移动通信系统替代第一代模拟移动通信系统的一个重 要原因是由于在有限的频率资源情况下，移动用户不断的增长。 而在第二代数字 手机比 较流行的 今天， 仍然面临着频率资源紧张、用户不断增长的局面，这种窘况不断刺激移动通信设备生产厂商使用新的技术或开发新的信道资源来提高单位 频率的复用率。 从第一代到现在，使用过的技术包括分集接收、 交织、 调制方式 改进
13、以 及编码; 而现在正在热点研究的技术有联合检测、 T u r b 码等。 新的信道资源开发从频率复用、时分复用到码分复用之后，剩下的 “ 最后一块阵地”可能就是 空 分复 用， 。工 M T - 2 0 0 0 是国际电 信联盟 ( I T U ) 提出的第三代移动通信系统。 最早称为未来公众陆地移动通信系统( F P L M T S ) ， 其目的在于全球使用统一的频率， 统一的标准， 实现全球漫游和提供多 种业务。 工 M T - 2 0 0 0 总共包括了 5 大标准体系， 其中 T D - S C D M A , W C D M A 和 C D M A 2 0 0 0 ， 这 3 个
14、 标 准 是 主 宰 移 动 市 场 的 航 母17 1 . T D - S C D M A 采 用 智 能 天 线 和多 用户联合检测技术， 是我国 具有自 主知识产权的 移动通信标准。 T D - S C D M A 技 术的关键技术之一就是智能天线技术， 从某种意义上讲， T D - S C D M A 系统是基于智 能天线设计的。而对于其他的第三代移动通信系统，智能天线技术的引入仍然是 系统性能 ( 质量和容量)改善的重要内容。 移动用户的急剧增加和新业务的开发导致的通信资源匾乏的危机已经向传统的蜂窝移动体制通信系统提出了挑战。智 能天线为无线通信系统的发展提供了 广阔的前景，它使通信
15、资源从时间域、频率 域或码域扩展到了空间域，应用智能天线己 成为3 G 中的一项关键技术。2 0 世纪9 0 年代初，将自 适应天线引入移动通信基站，一些学者提出了 智能天 线系 统 ( S m a rt A n t e n n a S y s t e m ， 简 称S A S ) 的 概念， 所谓“ 智能 天 线” 就 是采用 阵列天线及空时信号处理技术，充分利用移动用户的空间方位信息来提高移动通 信 的 传 输 质 量 及 系 统 容 量 的 信 号 处 理 技 术a 。 智 能 天 线 技 术的 基 本 思 想 是 通 过阵 列 天线提取各用户的空间 信息，利用用户空间位置的不同，发送和
16、接收各移动用户信号而不发生相互千扰。一方面可以利用阵列信号的特点消除C D MA 系统中的多 址干 扰( M A I ) ， 同 时 可以 通 过波束形成提高 小区 覆 盖范围 或降 低基站和移 动台 的 辐第一章绪论射功率，减小远近效应的影响和前后向功率控制的开销，对通信系统性能的大幅 度改善具有实际意义。在智能天线系统中， 波达方向 ( D O A ) 估计是实现空分多址 ( S D M A) 的关键问题之一。 D O A 估计的一个重要应用就是在智能天线中。 D O A 作为反映用户空间位置的重要参数，包含的信息越多，提高移动信道容量的潜力就越大。由此可见，在智能天线关键技术中，信源的波达方向估计在信源定位和 波束形成方面起着至关重要的作用。因此，对波达方向 估计的研究也就成为当前 移动通信和阵列信号处理研究的一个热点。1 . 2 国内外研究状况波达方向 ( D O A ) 估计是阵列信号处理中的重要分支， 在电 子侦察、智能天线、 移动通信、雷达、声纳、地震探测、导航和医学等领域有着广泛的应用。国内外 学者对D O A 估计理论和技术进行了多 年
