WCDMA系统中测向技术的研究

摘要

WCDMA系统测向技术是DOA估计的一个重要应用，在无线定位以及波束赋形等领域有着重要的研究价值。针对WCDMA系统测向技术的研究，国内外已经有很多测向方案及算法，比如常规波束成形算法、Capon、多重信号分类算法等，但是前两者测向精度及适用性较低，后者测向精度高但是受限于信号相干性以及信源数不能超过阵元数等诸多限制。
　　本文围绕测向技术中存在的信源相干性以及信源数受限两大问题，基于已有的均匀线性天线阵模型，提出了一种可以适用于WCDMA多用户系统的测向算法，主要的研究工作包括以下内容：
　　1.分析了传统的DOA估计方法，常规波束成形、Capon、多重信号分类算法等，并仿真分析了它们在信号相干条件下的性能。
　　2.针对MUSIC算法相干性问题，详细分析了利用空间平滑算法解相干的原理，并仿真分析了双向空间平滑算法相比于前向、后向空间平滑算法在天线阵阵元数要求上的优势。空间平滑算法通过构建子阵列解相干，损失了阵列孔径，其所能允许的最大信源数与天线阵元数有一定数量关系，而双向空间平滑方法相比于单向平滑，可以在相同信源数情况下用更少的阵元数完成解相干。
　　3.在前面的基础上，针对WCDMA系统提出了一种在PRACH信道完成测向的方案。与传统方案在业务信道完成测向不同的是，该方法在物理随机接入信道的消息部分进行测向，可以不用建立完整的语音通信链路，从而可以在不影响用户的情况下完成被动测向和定位。
　　4.针对物理随机接入信道的测向方案，提出了一种基于均匀线性天线阵列的搜索算法。搜索算法结合了随机接入信道的同步过程，可以在接收端接收数据后进行滑动相关获得最大峰值和时延的过程中，利用本地角度加权系数搜索出对应波达方向的最大相关峰峰值的位置，从而获得目标用户波达方向的估计值。
　　本文提出的搜索算法成功的解决了信源数受限以及在入射信源相干环境下的测向问题，在单径情况下，搜索算法的测向性能略低于MUSIC算法，但是算法可以在信号相干环境及入射信源数远超天线阵元数的情况下实现主径测向偏差较小的入射方向估计。

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第一章 绪论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 DOA测向的国内外研究历史与现状

1.3 WCDMA系统PRACH信道测向需考虑的问题

1.4 论文的主要内容与结构安排

第二章 测向技术及其在CDMA系统中的应用

2.1 模型及基本假设

2.2 测向技术及其在CDMA系统中的应用介绍

2.3 测向方案选择

2.4 本章小结

第三章 WCDMA系统随机接入信道简介

3.1 PRACH信道结构

3.2 扩频码及扰码选择

3.3 随机接入过程分析

3.4 本章小结

第四章 DOA估计方法及原理

4.1 传统MUSIC方法

4.2 解相干MUSIC方法

4.3 本文提出的搜索算法

4.4 本章小结

第五章 DOA测向仿真和数据分析

5.1 传统DOA估计低精度算法仿真

5.2 传统MUSIC算法仿真

5.3 搜索算法仿真

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

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学位论文答辩后勘误修订说明表