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移动通信系统中的数字波束形成技术

周用芳  
【摘要】: 移动用户数量的急剧增加,要求更高的系统容量和更好的服务质量。自适应阵列天线技术是满足此要求的一个重要技术。本文重点研究智能天线的关键技术之一——波束形成技术,在移动通信系统下的应用,并提出一种新的算法,能够突破阵列的物理限制,形成超过天线阵元数波束,以便能在移动通信的多径环境下工作,以少量的天线阵元数实现多波束,节约成本。 在参考大量的国内外的相关文献的基础上,一是研究传统的波束形成方法,包括,包括最小方差无畸变响应、采样数据协方差矩阵求逆、最陡梯度法、最小均方算法、递归最小二乘法、恒模算法等;二是研究已有的移动通信系统中的多波束形成方法,包括基于拉格朗日描述的波束形成算法、重扩解扩多目标算法等。通信系统中的波束形成多利用了通信信号的相关特性,如恒模特性、有限字符特性、扩频码和扩频增益等。 利用通信信号的有限字符特性,本文提出了阵列虚拟扩展的新方法。通信信号,如BPSK信号,取值仅为+1、-1,其三次幂与自身的值相等,由此可将M维接收信号数据矩阵扩展成3M—5维,再用来波束形成,这个过程好似将M元阵列虚拟扩展成3M—5元阵列。大量的计算机仿真显示了该方法的可行性,在理论上本文亦给出了简明的证明。结合信号的恒模特性,本文给出了阵列虚拟扩展后的波束形成算法。 本文同时研究了移动通信系统的2D-RAKE接收技术,并对2D-RAKE接收机在各种参数有误差的情况进行了大量的计算机模拟,以显示各参数误差刘其性能的影响。


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