二阶统计量在智能天线系统DOA估计中的应用

【摘要】：智能天线作为第三代移动通信中的关键技术,目前正得到迅速的发展,已经是当前通信技术中的研究热点。通过有效的自适应算法,智能天线能在期望信号的方向形成最大的处理增益,而在强干扰位置形成零陷,从而有效的提高系统性能。但到目前为止,智能天线的的具体实现还存在较多的问题,其中主要表现为两个方面。一方面,智能天线的现有算法都是在理想情况下得到的,试验的结果也是在室内环境下的数据,而实际系统往往存在很多误差,这些误差的存在大大影响系统的输出效果。另一方面,由于智能天线处理的是天线阵列,因而需要处理的数据量很大,对处理器的速度要求非常高。研究者一方面在提高算法的稳健性,另一方面也在积极的研究快速的算法。事实上,这两个方面的研究内容构成了目前智能天线的研究热点和难点。 本文在分析智能天线及其信道模型的基础上,对均匀线阵和均匀圆阵分别进行了研究,通过巧妙的构造二阶统计量,最后得到几种新的DOA估计算法。并且较有效的降低了估计的运算量。 首先文章分析了智能天线及其矢量信道模型,针对目前研究较多的几何单反射圆周模型和几何单反射椭圆模型,详细推导了该模型中的各种参数,对在该模型下的DOA估计的意义进行了说明,为文章论述的开展做了预先的准备。 针对均匀线阵的DOA估计中存在SVD分解的缺点,本文通过对均匀线阵中任意相邻的三个阵元之间构造二阶统计量,并通过数学运算,得到DOA估计的闭式解。该闭式解可以在噪声特性为空间白噪声的情况下,工作于较低信噪比的情况,并有效的降低了运算量。 均匀圆阵由于其平面阵列的结构特点,在实际使用时有很多的优点,比如在全方向内形成的波束主瓣基本相同,能估计信号的二维达到角等,本文针对均匀圆阵,构造了一种新的二维DOA估计算法,并得到了期望信号方位角和俯仰角的闭式结果。理论分析表明,该算法可以有效的工作于低信噪比环境下,并且运算量很小。文章针对该算法的应用环境也做了说明。