收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

移动通信智能天线关键技术研究

周围  
【摘要】: 智能天线可以改善通信链路性能,大大提高系统容量,提高频谱利用效率,现已成为移动通信中的研究热点。本文系统地阐述了移动通信系统中智能天线的基本理论和相关技术,重点对其中几个核心问题:空时信道特性与建模理论、自适应数字波束形成算法、高分辨的DOA估计算法(重点是相干多径环境下的有效算法)、抗干扰技术(尤其是抗相干干扰)、空时信道多维参数联合估计、空时二维处理理论等方面进行了较为深入研究。 对于空时信道特性和相关建模理论,论文首先介绍了无线空时信道的特点,从理论上分析了时延扩展、多普勒频率扩展和角度扩展对智能天线的频率相关性、时间相关性和空间相关性的影响。在此基础上,(1)本文首次对移动通信环境中不同散射环境下(如拉普拉斯分布、截尾高斯分布等)智能天线的相关性进行了理论推导和数值仿真,得出了天线相关性与散射分布特性之间的定量关系,为移动通信智能天线设计提供了理论依据。(2)对于建模理论,在简单介绍常用的Lee模型及其改进模型、几何单反射(GBSB)模型、高斯广义平稳不相关散射(GWSSUS)模型和扩展抽头延迟线模型等模型的基础上,根据ITU建议的不同环境下的功率时延谱和功率角度谱,本文提出了一种基于统计特性仿真不同空时信道的方法,该方法简便有效,容易构造出适用于不同环境的信道模型,仿真结果验证了该模型能够同时反映信道的空间、时间以及频率特性。 对于波束形成技术,论文简介了LMS和RLS两种非盲算法,重点对恒模算法(CMA)和最小二乘解扩重扩多目标恒模算法(LS-DRMTCMA)两类盲算法进行了深入研究,通过仿真实验对其性能进行了对比分析。在此基础上,(1)论文针对常规恒模算法收敛速度与稳态误差之间的矛盾,基于一种新的代价函数,提出了一种新的自适应步长控制方法,该算法基于高斯函数实现恒模误差和步长之间的非线性映射,参数控制简单,具有超线性加速收敛作用,能够同时兼顾收敛速度、稳态误差和抗随机噪声性能,改善了恒模阵列性能。(2)对于非平稳信道,信号随机衰落会导致同级阵列上各输入信号相对功率快速变化,而恒模算法只是简单地捕捉功率最强信号,这会造成各级阵列捕获的信号摇摆不定,从而无法对目标用户实现稳定的捕获或跟踪,为此,在前述算法基础上,本文进一步提出了一种非对称的步长控制机制,既保证了各级阵列对目标用户的快速捕获,又能保证各级阵列对目标用户的稳定跟踪,提高了阵列抗衰落性能。 对于波达方向估计,论文在介绍常用DOA估计算法的基础上,针对常规MUSIC和ESPRIT不能处理相干源、能够估计的DOA数不能超过阵元数M、不适用于有色噪声且多径分量DOA与用户配对难等特点,按均匀直线阵和均匀圆阵分别研究了适合蜂窝系统中多用户相干多径环境的DOA估计算法。(1)对于均匀直线阵,利用阵列输出四阶累积量对上行信号空间特征实现了全盲估计,并将其用于相干多径环境下的多用户信号DOA的估计。该方法不依赖于信号具体特征,能够抗任意加性高斯噪声,利用M个阵元最多可以估计2M~2/3个DOA,可以突破传统的MUSIC或ESPRIT算法的局限,并使各多径分量与用户自动配对。通过仿真实验研究了估计方差与信噪比和快拍数之间的关系,验证了算法的有效性和鲁棒性。基于空间特征估计,构建了空间滤波器组,实现了多用户信号分离与信源恢复。(2)对于均匀圆阵,分别介绍了阵元空间MUSIC、实波束空间MUSIC和UCA-ESPRIT,通过仿真实验研究了各种算法的性能。由于这些算法都不适用于相干源,而常规的空间平滑技术不能直接用于圆阵,论文采用预处理将均匀圆阵转化为模式空间虚拟线阵后再通过平滑处理,实现了圆阵相干源DOA估计。 相干多径环境下,智能天线性能会严重恶化。论文对此提出了相应的改进方法。(1)针对现有空间平滑解相干算法的不足,本文基于充分利用子阵列自相关和互相关矩阵信息的思想,提出了一种新的自适应全局加权空间平滑算法(AGWSS),该算法大大提高了小型阵列的解相关性能。该算法是完全自适应的,无需信源角度的先验知识或对其进行预估计。(2)在AGWSS中首次提出采用对称化处理的思想保证平滑后相关矩阵的Hermite对称性,并在此基础上首次导出了AGWSS最优平滑权矩阵的闭式解。(显式表达,不同于某些其它算法的隐式表达)。(3)在AGWSS基础上,针对某些应用场所平滑后相关矩阵应满足半正定的要求,通过本文的对称化处理,在平滑后相关矩阵Toeplitz化、Hermite对称化和半正定的约束下,并基于原始-对偶内点障碍函数法,本文又提出了半正定的全局加权空间平滑算法(SD-AGWSS)。将其用于相干环境下DOA估计,大大提高估计性能,尤其在相干源角度间隔很小或信噪比较低时,分辨能力大大提高。 相干多径环境下,常用的波束形成算法性能都将严重恶化,甚至出现期望信号被对消的现象,而常规的空间平滑算法解相干能力较差,且会损失阵列有效孔径。(1)本文提出了一种改进的波束形成方案:首先利用本文提出的AGWSS算法进行自适应全局加权空间平滑,可以最大程度解相关;然后利用LCMV准则直接矩阵求逆(DMI)得到子阵波束形成器最佳权矢量;在此基础上,为了克服平滑引起的孔径损失,充分利用剩余自由度,论文分别提出在二次零陷加深准则下和在噪声增益最小化准则下的二次加权,大大提高了阵列抗相干(关)干扰和抗噪声能力。(2)论文还首次从理论上和仿真实验定量分析对比了不同平滑算法的解相干能力(相干抑制因子)。(3)论文利用自由度理论首次分析了不同平滑算法的子阵划分条件:对M元阵列,WSS最多可以滤除((M-1)~(1/2)-1)个相干干扰,而采用AGWSS时最多可以滤出(M/2-1)个相干干扰。理论分析和仿真实验证明AGWSS算法性能明显优于现有的各种空间平滑算法,尤其适用于移动通信中的小型智能天线。 论文进一步研究了智能天线中时空多径信道多维参数联合估计及其干扰抑制问题。(1)针对TD-SCDMA系统中的均匀圆阵,提出了一种新的空时扩展阵列结构,该算法能实现时空信道多径的俯仰角-方位角-时延-多普勒频移四维参数联合估计。本算法同时具备:无需训练序列或预先知道信道冲激响应、可用于多用户环境、每个用户的多径数目可以超过阵元数、且多参数自然配对等特点。在算法处理过程中,可同时从码域、空域、时域和频域对信道中的多址干扰、符号间干扰和多普勒频率干扰进行抑制,大大提高了智能天线抗干扰性能。(2)为了提高多维参数估计时的搜索速度,本文还采用了粒子群优化(PSO)算法进行多维搜索。针对基本粒子群优化算法只适合搜索全局最优的局限性,本文应用“函数变换”将原空时谱函数变换为等高峰函数,并通过修改粒子速度更新公式和“聚积处理”等手段实现了PSO算法在空时谱多峰位搜索中的应用。 最后,论文对采用智能天线后移动通信系统的信噪比、系统容量等方面进行了分析,并讨论了智能天线对原有系统可能的影响。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 马蓉;;基于软件无线电的智能天线[J];科技成果纵横;2007年02期
2 蒋海林,谈振辉,赵瑞锋;无线通信系统中的智能天线技术[J];中兴通讯技术;2000年03期
3 赵爱国,顾永海,Scot D.Gordon,Martin J.Feuerstein;智能天线对数字蜂窝网与PCS网络性能的改善[J];电信网技术;2000年05期
4 汪纪锋,张毅;基于软件无线电的智能天线技术[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2001年S1期
5 曹恺,裘正定;智能天线技术在未来移动通信系统中的应用[J];电子工程师;2001年01期
6 沈鸿斌;智能天线技术及其应用[J];中国无线电管理;2001年06期
7 张继东 ,张昀;移动通信中的信息处理技术智能天线[J];中国无线电管理;2003年01期
8 施志康;软件智能天线[J];移动通信;2003年S2期
9 黄武襄,王振五;CDMA系统中的几种智能天线自适应算法[J];国外电子测量技术;2004年S1期
10 王畅,王元钊;智能天线中MMSE和MV波束形成器的仿真分析[J];韩山师范学院学报;2005年03期
11 刘东华;赵彬;;浅析智能天线在电磁环境监测中的应用[J];中国无线电;2009年05期
12 戎璐,谢剑荚,伍守豪;智能天线中两类波束形成技术的比较[J];通信技术;2002年02期
13 吴群英,肖先赐,李世鹤;TD-SCDMA上行链路智能天线的效益[J];信号处理;2002年01期
14 梅辉,罗文茂;移动通信环境中的智能天线系统[J];数据通信;2003年03期
15 卫冬,王晓琦;智能天线在CDMA中的应用[J];无线电工程;2003年12期
16 黄武襄,王振五;CDMA系统中的几种智能天线自适应算法[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2004年04期
17 ;协议[J];电子科技文摘;2006年02期
18 ;6阵元智能天线解决方案[J];数据通信;2007年02期
19 周志敏,漆兰芬,罗冶;移动通信中基于智能天线的抗多径干扰技术[J];电讯技术;2000年05期
20 王龙,胡家元,傅海辉;移动通信中多波束智能天线性能的研究[J];武汉大学学报(理学版);2001年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢泽明;赖声礼;;一种新型的时空联合解扩重扩智能天线[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年
2 付卫东;谷深远;;智能天线的关键技术及在卫星通信中的应用[A];卫星通信新业务新技术学术研讨会论文集[C];2005年
3 张海波;陈行行;;混合遗传算法在智能天线波束成型中的应用[A];重庆市电机工程学会2010年学术会议论文集[C];2010年
4 杨煜;冯正和;;用于CDMA系统的时空域联合处理[A];1999年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];1999年
5 姜艳丽;;4G技术的发展[A];2004’中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C];2004年
6 赵文棡;吴玉成;张志华;;关于MC-CDMA频域波束形成的误码特性研究[A];现代通信理论与信号处理进展——2003年通信理论与信号处理年会论文集[C];2003年
7 宋立军;;TD-SCDMA无线网络规划特点介绍[A];四川省通信学会2006年学术年会论文集(二)[C];2006年
8 杨永记;谢显中;;JT和智能天线下行波束成形联合优化的研究[A];2007(第13届)全国电子电镀学术年会暨绿色电子制造技术论坛论文集[C];2007年
9 王建明;赵春明;;智能天线中一种改进的自适应信道估计算法[A];2002’中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C];2002年
10 陈绍勇;郎量;余红梅;张刚;石磊;;双模微波辐射计的研究[A];2009中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张靖;WCDMA系统智能天线—RAKE接收及相关技术研究[D];电子科技大学;2003年
2 杨军;分组无线网多址技术的研究[D];西安电子科技大学;2003年
3 邱善勤;CDMA智能直放站关键技术研究[D];电子科技大学;2005年
4 李长乐;无线局域网多址接入技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
5 龙连春;智能桁架结构受力性态最优控制的建模与分析[D];北京工业大学;2003年
6 杜江;智能天线系统中的移动目标跟踪和波束形成算法研究[D];电子科技大学;2004年
7 唐宗礼;二阶统计量在智能天线系统DOA估计中的应用[D];哈尔滨工程大学;2005年
8 谢泽明;CDMA系统中的智能天线技术的研究[D];华南理工大学;2004年
9 孙绪宝;无线通信智能天线算法的研究[D];上海大学;2005年
10 张锦中;智能天线DOA估计技术研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邱莉霞;移动通信智能天线中的DOA估计技术[D];电子科技大学;2002年
2 李杰;智能天线算法及其DSP实现研究[D];西安电子科技大学;2004年
3 高康强;智能天线波束形成技术研究[D];西安电子科技大学;2002年
4 李军;智能天线算法及敏感性研究[D];华南师范大学;2002年
5 郝兵兵;智能天线实验系统的研究[D];西安电子科技大学;2002年
6 何畏;智能天线中的关键技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
7 丁杰伟;WCDMA系统中智能天线的研究[D];西安电子科技大学;2002年
8 石敏;智能天线算法研究[D];西北工业大学;2003年
9 徐尚志;移动通信中的智能天线技术[D];安徽大学;2002年
10 李庆华;智能天线射频电路的研究与设计[D];西安电子科技大学;2002年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 工业和信息化部电信规划研究院 张从武;智能天线向集成化低成本发展[N];中国电子报;2009年
2 李侠;TD智能天线引领3G天线发展方向[N];中国电子报;2008年
3 ;智能天线成为TD-SCDMA领域热点[N];人民邮电;2001年
4 记者 王红艳 通讯员 韩斌杰;智能天线应用获重大突破[N];人民邮电;2009年
5 ;智能天线:通往3G的必由之路[N];人民邮电;2000年
6 郑侃 白伦博;基于智能天线的TD-SCDMA系统[N];人民邮电;2001年
7 郑侃 白伦博;基于智能天线的TD-SCDMA[N];人民邮电;2002年
8 王蓓;智能天线TD-SCDMA的关键技术[N];中国高新技术产业导报;2001年
9 ;智能天线形成TD-SCDMA的竞争优势[N];人民邮电;2001年
10 ;智能天线 移动通信的新宠[N];人民邮电;2000年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978