基于两级空时联合处理的多天线抗干扰接收机设计

摘要

在无线通信系统中，具备优异性能的阵列天线处理算法不仅可以提升接收机的整体性能，而且还可以降低通信系统对其它处理模块的指标要求。在接收端，如果采用空时联合处理(Joint Space-Time，JST)算法对同频干扰进行抑制，另外采用优化的MLSE接收机和信道估计算法对信道和接收信号进行均衡接收，这会大大提高通信系统性能。但是对于传统的JST算法，由于存在一定缺陷，其抗同频干扰性能并不理想。　　首先，为解决基于JST算法的接收机在同频干扰(Co-Channel Interference，CCI)严重的通信环境下，可靠性差和不可进行信号识别两个缺陷，在查阅相关文献之后，本文将在基于JST算法的抗干扰接收机基础上提出一种基于两级空时联合处理(Two-Stage Joint Space-Time，TS-JST)的抗同频干扰算法。现将该算法总结为以下两个步骤：首先在第一步，TS-JST算法进行波达方向估计，得到相关方向的天线权重粗估计，进行一次接收滤波，完成第一级干扰抑制。第二步将第一次滤波信号进行JST算法处理，通过估计用于低秩空时信道的最佳损失函数，从而对无线信道状态进行估计并且完成天线权重的第二次精估，再次进行滤波完成第二级干扰抑制。通过上述两个步骤完成的抗同频干扰算法相较传统JST算法来说抗同频干扰性能大大提升。在相同的信道环境下，通过仿真测试，当接收机分别采用TS-JST算法和JST算法用于抑制同频干扰时，前者相较后者提升了约15dB的抗同频干扰能力。　　本文的另外一个重点是进一步改进所提TS-JST算法，以提升该算法的抗同频干扰性能以及环境适应能力。本文主要提出了两个改进方法：采用改进的DOA算法提升TS-JST算法在低信干比环境下的适应能力；采用分集合并技术提升TS-JST算法在衰落信道下的抗同频干扰能力。本文在JST算法中加入波达方向估计(DOA)算法之后，使得接收机具备了波达方向的识别能力，在具备方向识别能力之后，可实现对信号多条路径来向或者多个干扰信号方向的分辨，然后可以通过调整接收来向以获得多个期望方向信号功率，即采用分集接收方法改进TS-JST接收算法，提高接收机输出信噪比，提升系统性能。更进一步的，本文还对传统DOA算法进行了改进，仿真表明，改进算法在低信干比下性能优于传统算法，可提升TS-JST算法在强干扰环境下的适应能力。

目录

声明

第一章绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 抗同频干扰技术的发展

1.2.2 阵列天线抗干扰技术的研究现状

1.2.3 波束赋形技术及其应用

1.2.4 分集接收技术及其应用

1.3 本文主要研究内容与贡献

1.4 论文结构与内容安排

第二章基于 JST算法的抗同频干扰接收机

2.1 无线信道特征分析

2.1.1 同频干扰

2.1.2 信道模型

2.2 基于 JST算法的接收机

2.2.1 结构描述

2.2.2 数学描述

2.3 仿真及结果分析

2.4 本章小结

第三章基于阵列天线的抗同频干扰算法

3.1 基本原理

3.2 波达方向估计算法

3.2.1 MUSIC 算法

3.2.2 ESPRIT 算法

3.3 波束赋形算法

3.3.1 最佳滤波准则

3.3.2 自适应波束赋形算法

3.4 用于联合 JST的波束赋形算法

3.5 仿真及结果分析

3.5.1 波达方向估计算法仿真

3.5.2 波束赋形算法仿真

3.6 本章小结

第四章基于 TS-JST算法的抗干扰接收机研究

4.1 TS-JST原理

4.1.1 结构描述

4.1.2 数学描述

4.2 TS-JST接收算法

4.2.1 MUSIC 算法的应用

4.2.1 LCMV 准则的应用

4.2.1 JST 算法的应用

4.3 仿真及结果分析

4.3.1 仿真参数设计及流程

4.3.2 TS-JST 抗同频干扰方案仿真分析

4.3.3 不同抗同频干扰算法仿真分析

4.4 本章小结

第五章基于 TS-JST的抗干扰接收机改进方法研究

5.1 基于 TS-JST的 MUSIC算法改进

5.2 基于 TS-JST的分集接收方法

5.2.1 最大比值分集合并

5.2.2 选择式分集合并

5.2.3 等增益分集合并

5.3 仿真分析

5.3.1 改进的 MUSIC 算法仿真分析

5.3.2 不同分集合并方式仿真分析

5.3.3 TS-JST 改进前后仿真分析

5.4 本章小结

第六章总结

致谢

参考文献