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空分多址技术中的一些关键技术研究

俄广西  
【摘要】:随着移动通信业务的迅猛发展,移动通信用户数量的急剧增长,现有通信体制FDMA,TDMA,CDMA 的容量已渐趋饱和,在系统容量、通信质量和提供的业务种类等各方面已经难以满足需求。如何提高无线资源的利用率,成为人们思考的重点。随着阵列信号处理技术的发展,空分多址(SDMA:Spatial-Division-Multiple-Access)技术可以显著改善通信系统的性能,其在移动通信领域的应用已引起人们的极大关注。 SDMA技术使用定向波束服务于不同的用户,控制了基站和用户的空间辐射能量,引导能量沿用户方向发送。SDMA在提高通信服务质量,扩大系统容量,提高无线资源的利用率,提高系统的可靠性,降低系统成本等方面有卓越的优点。 空分多址技术起源于雷达、声纳等军事领域,由于造价昂贵及其他因素,一直未能应用于民用通信领域。随着微电子技术的飞速发展,DSP芯片的价格不断下降以及数字信号处理技术的日益完善,空分多址正在向民用通信系统渗透。依托先进的数字信号处理技术,空分多址在移动通信系统中将会有良好的应用前景。20世纪90年代以来,空域阵列信号处理被引入到移动通信领域,相应产生了空分多址技术。空分多址技术得到了许多著名大学、研究机构、通信公司、运营商的关注和研究。空分多址技术在提高通信质量、缓解无线通信日益发展与频谱资源不足之间的矛盾、以及降低系统整体造价和改善系统管理等方面,都具有独特的优势。空分多址技术在未来移动通信系统的地位和作用得到了世界上许多国家的重视,各国已经开展了大量的理论分析研究,同时也建立了一些技术试验平台。各大通信公司、不少大学和研究所研制了实验系统进行移动通信系统中的空分多址技术的实验研究。 如今随着数字化技术、DSP、FPGA技术的飞速发展,空分多址技术的研究将会得到进一步的发展。 WP=9 SDMA技术虽然性能优越,但是在现有的通信系统中应用尚存在诸多困难,本文在深入研究了SDMA技术的基础上,提出了作者关于其中一些问题的看法。具体而言,本论文研究了SDMA中的几项关键技术:SDMA系统的多波束形成、多波束形成对系统性能的改善、阵列天线的通道一致性对DOA估计算法的影响以及阵列天线通道误差的校正技术、多径信号和宿主信号的分组以及宿主信号和多径信号的DOA估计。 详细讨论了两种多波束形成算法:直接加主瓣偏移算法和LMS算法。分析了采用这两种算法形成多波束对系统性能的改善。 分析了阵列天线的通道误差对DOA估计算法的影响,研究了一些校正算法的性能。在详细分析了现有算法的基础上,提出一种盲通道误差校正算法。该算法也需要一个校正用信号源,但是不需要知道校正用信号源的方位角,因此该算法的性能不受校正用信号源的方位角的测量精度的影响。 分析了MUSIC算法和一维噪声子空间算法的性能,研究了多径衰落对这两种算法的影响。目前的解相关算法虽然可以有效地解相关,可以计算出用户信号以及其多径信号的DOA,但是却无法解决多径信号的归属问题:即多径信号属于哪一个用户信号。针对这个问题文提出一种算法,可以比较有效地解决这个问题,将多个用户及其多径信号进行分组,然后分离用户信号及其衍生的多径信号的DOA。


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