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基于相干信号DOA估计的改进算法的研究

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原文

引言
从阵列处理被引入移动通信领域之后,很快形成了一个新的研究热点课题—智能天线。智能天线能够有效地改善通信质量和提高通信容量,因而倍受关注。智能天线研究主要包括两个方面的内容:一是下行选择性发射,即利用用户的空间方位(主要是DOA, Direction of Arrival)差异,然后再利用数字波束形成技术(DBF, Digital Beam--Forming)对准用户电波的来向(DOA)进行指向性发射,保证每个移动台只接收到基站发给自己的下行信号而不受同一信道中基站发给其它用户信号的干扰;二是上行多用户信号的分离,即利用空间信道估计和均衡技术对同一信道中用户发往基站的信号加以识别。特别是在频分双工(FDD)系统中,必须对信号来向(DOA)确定后才能进行指向性发射。因此对用户信号来向(DOA)的测定,已成为智能天线实现指向性发射的必需前提。
在陆地移动通信中,如果基站采用智能天线,一旦收到信号,就对每个天线阵元连接的接收机产生的响应作相应处理,获得该信号的空间特征矢量及矩阵,由此获得信号的估值和到达方向(DOA),即用户端的方位。通过此方法,用两个基站就可以将用户终端定位到一个较小区域。从而为实现正确切换提供更可靠的依据。因为越区切换是根据基站接收的移动台功率电平来判断的,而阴影效应和多径衰落常导致错误的跨区转接,增加了网络管理的负荷和用户的呼损率。在相邻小区应用智能天线技术,可以实时地测量和记录移动台的位置和速度,为越区切换提供更可靠的依据。因此,实现对用户信号DOA的估计,也是基站实现对小区内移动用户定位的一个前提条件。而对移动用户的定位有广阔的用途和广泛的社会和经济效益。
对信号来向(DOA)的估计是空间谱估计研究的主要问题。以现代(非线性)谱分析理论为基础的超分辨空间谱估计技术,目的在于解决密集信号环境中多个干扰源的高分辨和高精度测向定位问题。超分辨空间谱估计技术目前已广泛应用于雷达、声纳、通信以及地球物理勘探、生物医学工程等许多领域。超分辨空间谱估计研究的主要问题—信号到达方向((DOA)的估计,其实质就是要确定同时处在空间某一区域内多个感兴趣信号的空间位置(即各个信号到达阵列参考阵元的方向角)。最早和最经典的超分辨DOA估计方法是著名的MUSIC方法和ESPRIT方法,它们同属特征结构的子空间方法。本论文中要介绍的是其中的MUSIC算法及对该算法的修正。作为最经典的DOA估计方法,MUSIC算法是由Schmidt博士于1979年提出,1986年重新发表的一种高分辨算法。它在所估计的信号为互不相干的窄带信号和模型准确的前提下
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  目录

引言
第一章 绪 论
第二章 智能天线
第三章 空间谱估计测向原理
第四章 修正MUSIC算法对信号DOA的估计


  参考资料

[1] R. O. Schmidt,Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation, In Proc. RADC Spectrum Estimation Workshop, Oct 1979, or IEEE. Trams, AP-34, No3, pp276~280, Mar, 1986。
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[3] 高星辉,张承云,常鸿森。改进 MUSIC算法对信号DOA的估计。系统仿真学报,Jan 2005 223~230。
[4] 张贤达,现代信号处理(第二版) 北京 清华大学出版社,2002。
[5] 张贤达,信号处理中的线性代数 北京 科学出版社 1997。
[6] 张宜华,精通MATLAB6.0 北京 清华大学出版社 1999。
[7] 张贤达,保铮.通信信号处理.北京:国防工业出版社,2000,12
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[9] 孙绪宝 张建生 修正MUSIC算法在智能天线中的应用。常州工学院学报,2003年10月第16卷 第4期 43~45。
[10] 詹绍泰 史小卫 一种相干信号DOA估计的改进算法。现代电子技术 2004年第1期 56~58。
[11] 王曹莉 杨常伟 三种相干信源DOA估计算法的性能分析。中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn
[12] 曹伟丽 蔡康盛 线性代数。湖南科学技术出版社。2003,6


  简单介绍

空间谱估计的研究主题是在处理带宽内空间信号的到达方向(DOA, Direction of Arrival)。最经典的超分辨空间谱估计方法是Schmidt博士在1979年提出的MUSIC (Multiple Signal Classification)算法,在模型准确的前提下,该算法能精确地估计出空间互不相关信号的到达方向(DOA)。然而,对于相关信号(特别是相干信号),MUSIC算法却分辨不了它们的DOA。本文提出的是一种修正过的MUSIC算法,该算法能有效的估计出相干信号的DOA,计算机仿真的结果表明了该改进MUSIC算法既能够有效地估计出独立信号源的DOA,也能有效估计出相干信号源的DOA,从而证明了这种改进MUSIC算法的合理性。

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