智能天线技术中空间滤波快速算法的研究与实现

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近年来,随着移动通信的迅猛发展,用户急剧增加,通信业务从原有的窄带语音通信也逐渐扩大到宽带多媒体业务的数据传输,有限频谱的拥塞和共信道干扰越来越严重。提高信道容量和改善通信质量,成为移动通信发展的首要目标。在移动通信中,有三个因素影响容量和质量的提高:共信道干扰、多径衰落和时延扩展。智能天线利用信号的空间特征——到达角来克服这些因素的影响,在保证一定通信质量的前提下,提高覆盖范围,提高系统容量。它是继传统的频分多址、时分多址和码分多址后的一种新的多址技术——空分多址的扩展。在即将投入运营的第三代移动通信(3G)中,智能天线被列入3G标准的重要后备技术。 智能天线技术结合了阵列天线技术和空时信号处理。阵列天线技术中的自适应天线技术,经过40年的发展已经非常成熟,但主要应用于军事通信中。将自适应天线技术应用于民用通信时,有很大差别:军事通信中的干扰源较少,强度较大,干扰的方位比较固定,但干扰的特征通常先验未知,必须通过侦察得知;民用通信中的所有用户都是互为干扰源,对于基站提取一个用户的信号时,其余用户都视为干扰,其数目较多,而且所有用户的方位随机变化,但每个用户的信号都有先验特征可以被基站接收时利用。通常,自适应天线可以抑制的干扰数目不能多余阵元数,在军事通信中,干扰较少,采用自适应零陷波束形成技术就可以抑制强干扰。而民用通信中,用户数远大于阵元数,采用零陷空域滤波技术来抑制所有干扰是不可能的。所以,自适应天线技术应用于民用通信时,要结合空时信号处理技术,即,利用每个用户信号的特征信息来实现多输入多输出(MIMO)的信号提取技术。并且,在移动通信中,用户位置的随机变化,要求空域滤波算法能够实时准确地跟踪用户,所以,要求算法的速度和精度都要足够高。这也正是智能天线技术能否实用化的关键。在CDMA中本文采用的快速波束形成算法,即拉格朗日算法,将整个智能天线系统视为时空滤波器,首先对接收信号进行解扩展的时域滤波,再进行空域的波束形成,能够在保证一定精度的前提下,大大减小计算量。 传统的阵列信号处理算法都不考虑阵元互耦的影响,但在实际应用中,互耦 电子科技大学硕士论文对算法精度有相当大的影响。本文结合特定的阵列形式,研究了阵列互耦对空域滤波算法的影响。 本文结合 3 G标准的核心--DMA技术,在对一些典型的自适应波束形成算法进行系统比较的基础上,着重研究了一种最新快速算法,即拉格朗日算法,开发了相应的MATLAB程序进行仿真,并且结合DSP硬件开发平台开发出算法的实时代码。 本文研究的主要成果包括: l、采用LMS(Least Mean Square)、RLS(Recurslve Least Square)、CMA (Constan Modulus Algorithm)等传统自适应算法,结合阵列信号处理模型, 进行数值仿真,并作深入的比较研究。 2、深入研究最新的波束形成算法一LBA(Lagrange Based Algorithm),独 立编制MATLAB程序进行数值仿真实验。 3、解决阵元间互耦对自适应算法性能恶化的问题,采用矩量法对特定形式 的阵列进行精确的建模分析和阵列互耦影响的量化分析,并给出考虑互耦后 算法的校正方案。 4、结合DSP硬件开发平台——TMS320C6711 DSK,开发出LBA算法的代 码,并通过DSP芯片实现了实时仿真。
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