阵列信号处理相关技术研究(4)

１，３．３在移动通信中的进展

在民用移动通信系统中，作为降低干扰损害程度的一种有效手段，自适应阵列天线是一个被人们广泛研究重视的课题¨１。自适应阵列天线之所以受到广泛的重视，主要在于它的智能～一自适应性能，所以通常也称之为智能天线。它能自动的感知干扰源并能对其产生抑制作用，同时它还能增强所需要的信号。

由于智能天线本身具有的优点，这一技术受到了包括我国在内的世界各国的重视，花费了大量的人力和资金开展这方面的理论研究工作，并建立了一些技术实验平台。

（１）欧洲的进展

欧洲通信委员会ＲＡＣＥ（ＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｏＡｄｖａｎｃｅｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎＥｕｒｏｐｅ）计划中实施了第一阶段的智能天线研究，称之为ＴＳＵＮＡＭＴ。天线由８个阵元组成，阵元分布分别由直线阵、平面阵和圆形阵三类，阵元间距可调。数字信号处理方式采用了接收信号直接优化权值系数处理和在Ａ／Ｄ后外加预处理方式的两种不同方式。优化算法采用了识别信号波达方向的ＭＵＳＩＣ算法和两类不同的自适应算法：ＬＭＳ算法和ＲＬＳ算法。测试表明平面型、圆环形天线阵更适合室内通信环境，而一般市区环境则采用简单直线阵更为合适。

（２）美国的进展

ＡｒｒａｙＣｏｍｍ公司与我国的信威公司合作共同研制出用于无线本地环路的ＷＬＬ智能天线系统：ＡｒｒａｙＣｏｍｍ产品采用可变阵元配置，有四元和十二元环形自适应阵列可供不同环境选用。信威产品为八元环形阵列。ＡｒｒａｙＣｏｍｍ产品在日本基站进行试验，试验结果表明该技术可以使系统容量提高４倍。

（３）我国的进展

我国对智能天线的研究也极为重视，目前，总体上处于理论研究和技术跟踪阶段。信息产业部电信科学技术研究院所属的信威公司己成功的开１０

第１章绪论

发出用于ＷＬＬ的ＴＤＤ方式的Ｓ－ＣＤＭＡ产品，并计划将其改进并推广到我国自己提出的ＴＤ．ＳＣＤＭＡ方案中，华东电子研究所也开发出了八阵元的数字波束形成系统。这些研究工作都为智能天线技术的工程实现打下了坚实的基础。

综上所述，阵列信号处理技术经过四十年的研究和发展，取得了很大的研究成就。但是在很多方面距工程应用还是有一定距离，有待研究人员进一步研究。

１．４本论文的主要研究工作和内容安排

本文首先介绍了阵列信号处理理论，应用及研究进展情况，重点就阵列信号处理的两个主要方面——ＤＯＡｓ估计和自适应波束形成技术进行了一些分析和研究。

研究了多径信号的矢量信道模型及其仿真问题。文中分析了～种基于单反射的椭圆模型的多径信道，根据随机变量函数的概率分布理论设计了一种这种信道模型的仿真方法。这些研究工作为后面研究多径信号问题奠定了技术基础。

针对传统的信号ＤＯＡ估计方法计算量大的问题提出来一种基于等距线阵的ＤＯＡ估计方法。将等距线阵信号视为一列固定频率的时域信号然后进行离散傅立叶变换，可以得到信号的来波方向的粗估计，这种方法的特点是计算量小，结合高精度的ＤＯＡ估计算法，可以很好地减小估计过程中的计算量。在利用信号循环平稳特性估计ＤＯＡ方面，本文进行了两方面的工作：一是提出了一种基于最小二乘的循环ＤＯＡ估计方法。利用信号的循环平稳特性可以很好地去处接收信号中的非循环平稳信号和不同循环频率的循环平稳信号，将循环统计量方法替代传统的＝阶统计量方法可以得到很好ＤＯＡｓ估计效果。但是这类方法的最大的弱点是计算复杂，计算量大，本文提出了～种简单的基于最小二乘的循环ＤＯＡ估计方法，相对于其它的循环统计量ＤＯＡｓ估计算法计算量大大减少；二是提出了分析补偿互耦谱相关一子空间拟合的ＤＯＡ估计算法。分析得出：考虑互耦时，谱相关一子空间拟合的ＤＯＡｓ算法与传统的基于平稳特性的子空间拟合算法互耦的影

哈尔滨工程大学博士学位论文

响大大增加，原因是由于谱相关一子空间拟合算法构造伪数据时使得互耦影响得到了扩展，在分析了产生原因之后，文中提出了相应的互耦补偿算法，得到了比较理想的效果。分析了相干信号条件下的空间平滑ＭＵＳＩＣ估计ＤＯＡ的性能。主要分析了前后向空间平滑ＭＵＳＩＣ算法的性能和作用原理，研究了空间平滑中子阵协方差矩阵的结构，提出了一种减少子阵协方差矩阵计算量的算法。

在自适应波束形成方面主要进行了以下一些工作。

研究了自适应波束形成的稳健性问题。研究了一种基于加权的自适应波束形成技术。以已知的信号ＤＯＡ为基点，在一定的区间内，根据不同角度的功率大小对自适应波束形成的权系数进行加权处理。由于ＬＣＭＶ自适应波束形成对信号ＤＯＡ误差十分敏感，较之没有加权的波束形成技术，在存在期望信号ＤＯＡ误差的情况下这种波束形成能够得到很好的输出信干燥比。研究了一种基于静态方向图约束和自适应波束形成相结合的算法。这种方法能够很好地控制波束形成的方向图，由于同时考虑了高旁瓣和方向图不稳定的问题以及阵列方向图的自适应性能，在小样本的情况下，能够解决ＬＣＭＶ自适应波束形成有旁瓣过高以及方向图抖动问题。提出了一种将波束方向图零陷展宽的算法。干扰或者波束形成系统运动的情况下，由于自适应权矢量更新速度滞后，导致系统不能很好地抑制干扰，使得系统的性能下降，这种算法保证在一定的范围内干扰的方向始终处于零陷之内，确保了系统的输出信噪比稳定，提高了系统的稳健性。理论推导了ＭＭＳＥ和ＬＣＭＶ两种自适应波束形成算法在相关信号下的性能差异，分析表明：基于ＭＭＳＥ的波束形成技术对于相关信号能够具有很好的空间分集接收的作用，而与此相反，ＬＣＭＶ波束形成却会产生信号抵消，不利于信号的接收；研究分析了空间平滑ＬＣＭＶ波束形成去相干算法及其性能。研究了一种基于广义阵列流形的波束形成算法。该算法将阵列流形等效为一个原阵列流形和其导数的和的形式，这种阵列流形扩大了阵列流形的自由度，信号散射的多径相干情况下，用于实现ＬＣＭＶ波束形成能够提高波束形成器的输出信噪比。全文共分六章，各章的主要工作概括如下：

第１章绪论

第１章为绪论，介绍阵列信号处理研究的意义，回顾了阵列信号的主要研究历史和最新的进展情况，介绍了国内外的研究现状，阐述了阵列信号处理的主要内容，最后介绍了本文的主要工作。

第２章介绍了窄带阵列信号处理模型：研究了多径信号的矢量信道模型及其仿真问题。对信道理解和建立能够尽可能反映信号传播过程的信道模型对分析和设计通信系统毫无疑问是十分重要的。这里分析了～种基于单反射的椭圆模型的多径信道，根据随机变量函数的概率分布理论设计了一种信道模型的仿真方法。本章的工作主要为后续章节作铺垫。

第３章介绍了ＭＵＳＩＣ算法的基本原理，根据这一类算法计算量大的问题，提出了～种适用于等距线阵的ＤＯＡ估计方法；针对通信等系统中的一些人工信号具有循环平稳的统计特性，介绍循环平稳的一般性概念，研究了循环统计量很好的噪声干扰抑制特性，利用循环平稳原理提出了一种基于循环自相关的ＤＯＡ估计方法：分析研究了阵元互耦对谱相关信号子空间拟合ＤＯＡｓ估计算法的影响，并提出了相应的互耦补偿方法，理论和仿真都说明了阵元互耦对谱相关信号子空间拟合的ＤＯＡｓ估计算法要远大于一般的ＭＵＳＩＣ算法，仿真也证明了文中所提出的互耦校正方法是有效的。

第４章介绍了相干信号的含义 …… 此处隐藏：2536字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……