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DS-CDMA系统中的波达方向(DOA)估计

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东南大学学位论文独创性声明及论文使用授权声明

第一章绪论

1.1通信技术概述

1.2四种多址接入技术

1.3 DOA估计研究的意义

1.4本文的主要工作及论文安排

第二章CDMA技术及DOA估计

2.1 CDMA技术

2.1.1 CDMA技术发展简史

2.1.2第三代移动通信技术

2.2智能天线技术

2.2.1智能天线技术发展简史

2.2.2智能天线的拓扑结构

2.2.3智能天线的实现

2.3 DOA估计

2.3.1 DOA的定义及DOA估计中的假设

2.3.2常规DOA估计算法综述

2.3.3满足特定要求的DOA估计算法

2.3.4 CDMA系统过载状态下的DOA估计

2.3.5 CDMA系统中DOA估计的基本模式

2.4信道模型

2.5信号模型

2.5.1等效基带模型

2.5.2基本假设

第三章周期扩频CDMA系统中的DOA估计

3.1基于解相关检测技术的DOA估计

3.1.1 DOA估计的预处理

3.1.2 DOA估计简化算法

3.2基于CMOE准则的DOA估计

3.3基于符号级相关阵的DOA估计

3.4基于抵消多址干扰信号相关阵的DOA估计

3.5算法的复杂度分析

3.6仿真实验与讨论

3.7小结

第四章非周期扩频CDMA系统中的DOA估计

4.1 DOA估计的预处理

4.1.1概述

4.1.2码滤波法

4.1.3构造正交码法

4.1.4极化操作

4.2系统性能的两种改进措施

4.2.1矩阵点除算法

4.2.2 Mahalanobis变换

4.3不借助时延信息的DOA估计算法

4.4算法的复杂度

4.5仿真实验与讨论

4.6小结

第五章CDMA系统中的联合角度—时延估计

5.1 JADE综述

5.2基于扩展码滤波法的联合角度—时延估计

5.3其他JADE算法

5.4算法的复杂度分析

5.5仿真实验与讨论

5.6小结

第六章结束语

6.1全文总结

6.2值得进一步研究的问题

附录

作者在攻读博士期间发表的论文

参考文献

致谢

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摘要

Space Division Multiple Access(SDMA)技术是一种改善系统性能的有效多址方案,在移动通信系统中,它通常与Frequency Division Multiple Access(FDMA),Time Division Multiple Access(TDMA),Code Division Multiple Access(CDMA)技术联合使用,其中尤以CDMA+SDMA模式最具实用性.SDMA技术通常可分为智能天线技术及天线分集技术,分别利用了各天线阵元间的相关性及不相关性.本课题研究CDMA系统中智能天线技术的一个热点问题——波达方向(Dirction Of Arrival)估计.基于DOA信息,可实现波束形成,空时多用户检测及信源定位等操作.本文讨论了CDMA系统中DOA估计实用化算法的两个关键问题:(1)克服过载状态;(2)降低计算量.系统过载时,传统的DOA估计算法因无法提供足够的子空间或自由度而无法求解.为此,本文分两步实现DOA估计:(1)预处理,即利用CDMA技术的码分特性来分离感兴趣信息;(2)从感兴趣信息中逐次估计各DOA信息.这一基本模式不但克服了过载问题,同时也为降低DOA估计算法复杂度提供了条件.为降低DOA估计算法的复杂度,本文提出了两种无需特征值分解运算的低复杂度DOA估计算法,这两种算法本质上为ESPRIT算法在解析单路径DOA信息时的简化方案.当有效信源数为1时,ESPRIT算法中的旋转矩阵实际上为一标量,利用这一特性,可通过矩阵点除运算或求取最小二乘解来代替ESPRIT算法中的广义特征值分解运算,从而大大降低算法复杂度.由于预处理方案能够构造出有效信源数为1的相关阵,因此上述两种算法具有较好的应用前景.针对周期扩频CDMA系统,本文提出了四种算法:(1)基于解相关检测技术的DOA估计算法;(2)基于约束最小输出能量(CMOE)准则的DOA估计算法;(3)基于符号级相关阵的DOA估计算法;(4)基于抵消多址干扰(MAI)相关阵的DOA估计算法.针对非周期扩频CDMA系统,本文提出了三种预处理方案:(1)码滤波法;(2)构造正交码法;(3)极化操作法.这三种方案都是通过抵消干扰信号相关阵来提取感兴趣信息.经上述预处理以后,采用矩阵点除算法可大大降低算法的复杂度,基于Mahalanobis变换则可提高估计精度.本文还提出了一类低复杂度的联合角度(DOA)—时延估计(JADE)算法.通过对非周期扩频CDMA系统中各种抵消干扰信号相关阵方法进行扩展,本文构造了一系列时延估计测度,这些测度均为某一相关阵的Frobinious范数.当从测度值中估计出某一时延信息以后,其相应的相关阵同时可用于DOA估计.由于求取Frobenius范数及采用矩阵点除算法来解析DOA信息均不涉及复杂的矩阵操作,故本文各JADE算法具有计算量低及易于实现等显著优点.

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