基于波束成形的干扰抑制研究及其实现

摘要

在通信系统中，干扰信号会严重影响接收机目标信号的接收并破坏系统的工作机制，因此抑制干扰、保证天线能正常接收是十分有必要的。波束成形技术是一种重要抗干扰技术，可广泛应用在航天、军事、卫星定位和车载系统等领域。本文基于车载系统，对基于波束成形的干扰抑制技术进行了探索性研究，论文的主要研究内容如下：　　首先对自适应阵列技术的相关理论进行了学习，主要包括信号模型、阵列接收模型、波束成形的基本原理等。对存在不同来向干扰的车载系统进行了分析，确定了其接收信号模型。　　然后对基于波束成形的干扰抑制方法进行了重点研究。根据有无参考信号，将基于自适应阵列天线的波束成形分成两大类分别讨论：一类是基于参考信号的干扰抑制技术，对基于最小均方误差(MMSE)准则的自适应算法，即LMS算法和RLS算法，进行了详细研究；另一类是基于波达角(DOA)估计的干扰抑制技术，将DOA估计算法和LCMV准则相结合。在DOA的求取中，选用了无需矩阵分解、更适合实时估计的波束零陷DOA估计法，大大减少了运算量，同时引入空间平滑技术，避免信号相干造成测向算法失效。通过MATLAB软件对以上两类干扰抑制方案仿真验证，并分析了部分参数对算法的性能影响，选择了LMS算法进行硬件实现。　　最后对LMS波束成形算法进行FPGA硬件实现，对系统进行整体设计，给出系统的输入和输出接口，完成了空域滤波、误差计算、权值更新等模块的外部接口、模块架构和时序流程等详细设计。通过ModelSim和MATLAB软件联合验证了算法的有效性。　　结果表明，波束成形技术使车载系统抗干扰能力显著提升，对今后提高移动通信性能具有一定参考价值。

目录

声明

第1 章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要工作和内容安排

第2 章干扰分析与波束成形技术

2.1 自适应阵列天线

2.1.1 信号模型

2.1.2 阵列天线模型

2.2 车地系统模型

2.2.1 干扰分析

2.2.2 系统模型

2.3 空域自适应抗干扰技术

2.3.1 基本思想

2.3.2 波束成形最优准则

2.3.3 波束成形算法

2.3.4 抗干扰性能指标

2.4 本章小结

第3 章基于波束成形的干扰抑制研究

3.1 干扰抑制方案设计

3.1.1 系统干扰抑制方案

3.1.2 基于参考信号的干扰抑制方案

3.1.3 基于DOA 估计的干扰抑制方案

3.2 基于参考信号的干扰抑制方案

3.2.1 基于参考信号的干扰抑制原理

3.2.2 基于参考信号的干扰抑制算法

3.2.3 基于参考信号的干扰抑制仿真分析

3.3 基于DOA估计的干扰抑制方案

3.3.1 基于DOA 估计的干扰抑制原理

3.3.2 基于DOA 估计的干扰抑制算法

3.3.3 基于DOA 估计的干扰抑制仿真分析

3.2.3章节实验一相同。

3.4 系统算法的选择与评估

3.4.1 系统仿真

3.4.2 性能评判标准

3.4.3 干扰抑制方案的选择与评估

3.5 本章小结

第4 章基于FPGA 的干扰抑制实现

4.1 系统方案设计

4.1.1 总体设计

4.1.2 数据格式的设定与量化

4.2 波束成形设计与实现

4.2.1 空域滤波模块与误差计算模块设计

4.2.2 权值更新模块设计

4.3 仿真分析

4.3.1 仿真平台搭建

4.3.2 仿真结果分析

4.4 FPGA硬件消耗与综合报告

4.5 本章小结

第5 章总结与展望

5.1 工作总结

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献