基于软件无线电技术的智能天线

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1、华中科技大学博士学位论文基于软件无线电技术的智能天线姓名：周志敏申请学位级别：博士专业：电磁场与微波技术指导教师：漆兰芬2002.3.29华中科技大学博士学位论文摘要f智能天线能利用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方、向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，从而达到提高用户信号的信干比、增加系统容量的目的，是目前阵列信号处理领域研究的热点之～，口)基于软件无线电技术的智能天线采用开放式结构，系统可重构，通过同时对信号在时间和空间上进行采样和处理，可以更充分地开发信号中蕴含的有用信息。本文的主要目的是研究

2、基于软件无线电技术的智能天线，并结合无线移动通信这一主要背景，提出适合于智能天线系统的理论模型和具体算法，包括基于智能天线的抗多径干扰算法、抗多址干扰算法以及对上行信号的参数估计(波达方向估计和空域特征估计)等。＼概括起来，完成了以下几个方面的工作：＼1．研究了基于软件无线电技术的智能天线的概念、结构、实现方案。阐述了在软件无线电结构的智能天线系统中引入空时二维信号处理、算法库的思想；研究了软件无线电基站的智能天线系统，介绍了软件无线电基站的接收前端与系统构成，给出了软件无线电基站智能天线的实验方案。2．讨论了多径效应对无线信道的

3、影响；提出了基于局部散射的多径信道模型。从理论上将目前主要几种多径信道模型进行了统一，给出了在各种特定电磁环境下的数学表达式；最后对局部散射模型的传输特性进行了研究，给出了无线信道频选特性与信号码宽及时延散布之间的关系。3．为了抑制多址干扰，提出并推导了通过估计期望信号的方向矢量、进而使用约束LMS算法来调整阵列权值的空时联合算法，井引入抽样矩阵梯度算法(SMO．algorithm)提高其运算速度；分析了采用智能天线后的CDMA系统的容量，井以实际系统为例进行了计算机模拟．4．为了对抗多径干扰，提出了基于L$-CMA盲均衡算法的空

4、时联合处理算法，该算法既保持了CMA算法的盲均衡特性。又能均街因空间角扩散和时间扩散同时存在而引起的信号畸变。该算法建立-y-g含了入射角信息的多径信道模型之上，与普通的窄华中科技大学博士学位论文!!!!!!!!!竺!!!!!=!=!!!!!竺竺竺竺!!!!!!!im=m：i：=：：：：i!!!!==!!!!!!!==!====带信道模型相比，该模型更能反映无线通信的空间特性，计算机仿真证实，在一定的收敛条件下，该算法能抑制多径扩散引起的信号间串扰。．5．在对各种信号波达方向(directionofarrivals，DOA)估计算

5、法的特性进行综述的基础上，根据课题的要求对几种典型的DOA估计算法进行了重点研究，并进行了计算机仿真。6．针对相干信号的DOA估计问题．提出了基于对称阵列的改进MUSIC算法，该算法能对相干信号的DOA进行估计，不需要做空间平滑，不增加计算量l该算法与CARE算法相结合能对多用户、多径环境下的用户信号的DOA进行估计，通过利用CARE算法首先对用户阵列响应进行估计，并实现归类分离，然后利用改进},nJSIC算法分别对每个用户的多径信号进行DOA估计，使得M元均匀线阵能估计出(^，一1)(^f一3以个多用户、多径信号的DOA，大大提

6、高了智能天线系统的DOA估，厶计能力和适用性。7．分析了基于四阶累积囊的MUSIC算法对高斯色噪声的抑制特性，给出了四阶累积量扩展阵列孔径的物理解释及其实用法则。为了抑制非高斯噪声对MUSIC算法的影响，本文针对噪声为统计独立和噪声为空间有色两种不同情况，分别提出了基于累积量的矩阵构造方法和增加独立阵元的方法，并以统计独立的非高斯噪声为例，进1行了计算机模拟。7关键词；软件无线电，智能天线：DOA估计；MUS

7、C算法i盲均镄Ⅺ多址干扰；高阶累积量：阵列扩展II华中科技大学博士学位论文AbstractThesmartantennas

8、ystemcanformspatialorientedbeambymeansofdigitalsignalprocessing，orientingthemainbeaminthedirectionofarrivalofdesiredsignalandputtingnullsinthedirectionofinterferenc．es，andthenleadtoincreaseinboththeSIRofthedesiredsignalandthesystemcapacity,whichhasbeenoneofthepresentf

9、ocusesinarraysignalprocessingfield．Thesmartantennabasedonsoftwareradiowithopenconstructionandconftgurablesystemcanexploitthe