基于检测空间信号来波方向的智能天线算法研究

摘要

现在社会已进入信息时代，人们对通信提出了越来越高的要求，快速、高效、兼容和无缝覆盖等要求也成为新一代移动通信系统追求的目标，目前3G正在到来，而更美好的4G移动通信系统也己成为了通信发展的前景。 智能天线的主要任务是完成上行信号的滤波和下行波束的形成，它是在自适应滤波和阵列信号处理技术基础上发展起来的。我国提出的第三代移动通信标准(TD-SCDMA)将智能天线列为一项核心技术。自适应算法是智能天线的核心技术之一，它决定着智能天线对来波信号响应的速率和系统实现电路的复杂程度，系统需要针对各种通信环境来选择合适的算法，也可以采用算法分集的方法来使整个系统工作在最佳状态。本文在对各种算法进行分析比较的基础上，采用MUSIC(多信号分类)算法和改进MUSIC算法，结合二维阵列模型来对上行信号进行空间滤波，提取信号的到达角(DOA)，并分析和比较了几种算法的估计性能。 本文针对在3G和4G中的关键技术之一的智能天线技术展开研究，主要包括以下方面的内容： 移动通信的发展史和第三代移动通信的技术现状。介绍了移动通信的发展历程和3G中的三种主流技术标准以及它们的关键技术，并与未来的4G系统作了比较，阐述了未来移动通信的发展方向。 1、对移动通信中的信道环境作了介绍，给出了几种信道模型和国际电联规定的仿真用信道模型。 2、介绍了智能天线的基本原理。在进行信号假设，阵列假设的基础上，阐明了天线阵列接收信号原理，介绍了多种自适应算法，并对它们进行了比较和分析。 3、将改进MUSIC算法与二维阵列结合，估计空间信号的来波方向。这是本文的重点，在对智能天线算法的比较分析基出上，提出一种二维天线阵列模型，并把它与改进MUSIC算法相结合，进行空间信号的来波方向的估计，并把它与传统方法进行了比较分析，仿真结果表明了算法的有效性。

目录

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第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2移动通信发展史

1.3 3G及其三种主流标准的比较

1.3.1 IMT-2000的主要特征和标准

1.3.2 3G的三种主流技术的比较

1.3.3第三代移动通信的关键技术

1.4 B3G/4G技术及其与3G的比较

1.4.1 3G存在的问题与不足

1.4.2 4G系统的主要目标和主要特点

1.5我国第三代移动通信的产业现状与发展方向

1.6本文主要内容及章节安排

1.7本章小结

第二章移动通信中的信道环境

2.1移动信道的基本特点

2.1.1传播损耗

2.1.2多径衰落

2.1.2多谱勒效应

2.1.2多径时延

2.1.2 DOA扩展

2.2不同环境下的信道模型

2.2.1国际电联规定的仿真用信道模型

2.3本章小结

第三章智能天线基础

3.1智能天线的起源与发展

3.2智能天线的基本结构和原理

3.3.3智能天线的基本结构

3.3.4智能天线的基本架构及各部份作用

3.3.5天线阵列理论

3.3.6智能天线的基本原理

3.3.7智能天线的研究现状

3.4波达方向估计的意义

3.4本章小结

第四章几种典型自适应算法

4.1概述

4.2基于传统自适应控制的智能天线算法

4.2.1最小均方LMS(Least-Mean-Square)算法

4.2.2递归最小平方RLS（Recursive-Least-Square）算法

4.2.3直接矩阵求逆(DMI-Direct Matrix Inverse)算法

4.2.4恒模算法

4.3基于信道参数检测的智能天线算法

4.3.1 Bartlett算法

4.3.2 capon算法

4.3.3 MUSIC(Multiple Signal Classification)算法

4.3.4 ESPRIT算法

4.3.5 DOA矩阵法

4.3本章小结

第五章改进MUSIC算法估计空间信号来波方向

5.1改进MUSIC算法

5.2.1改进MUSIC算法原理

5.2.1修正MUSIC算法仿真

5.2二维MUSIC算法

5.2.1二维阵列模型

5.2.2 MUSIC算法应用于二维阵列

5.2.2仿真结果

5.3改进的二维MUSIC算法

5.3.1算法原理

5.3.2仿真结果与分析

5.4本章小结

结论

参考文献

在学期间已发表（包括已接受待发表）的论文，以及投稿、或已成文打算投稿、或拟成文投稿的论文情况（只填写与学位论文内容相关的部分）

致谢