（通信与信息系统专业论文）阵列天线ofdm系统的信号检测与参数估计.pdf

， n a n j i n gu n i v e r s i t yo f a e r o n a u t i c sa n d a s 仃o n a u t i c s t h eg r a d u a t es c h o o l c 0 1 l e g eo fi n f o n n a t i o ns c i e n c ea n dt e c h n 0 1 0 9 y t h er e s e a r c ho ns i g n a ld e t e c t i o na n d p a r a m e t e re s t i m a t i o nf o ro f d m s y s t e m w i t ha n t e n n a a r r a y a t h e s i si n c o m m _ u n i c a t i o na 1 1 di n f o n 】豫t i o ne n g i n e e r i n g b y f e n gb a o a d v i s e d b y a s s o p r o z h a n gx i a o f e i s u b n l i t t e di np a r t i a lf u l f i l l m e n t o ft h er e q u i r e m e n t s f o rm ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g d e c e m b 2 0 0 9 一 ， j ， 进 致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名：；虽宣 日 期：皇q 2 ：三：! 呈 一 ， 率，提高系统的频谱利用率和系统容量。 本文主要研究了阵列天线o f d m 系统的信号检测与参数估计问题。全文的主要工作如下： 首先，对o f i ) m 和智能天线技术的发展、应用、基本原理和系统模型做了综述。对无线信 道进行分析，并建立数学模型。 然后，分析了载波频率偏移对o f d m 系统性能的影响，并在介绍了o f i ) m 系统中传统频 偏估计算法的基础上，详细介绍了c p m l ( m a x i 舢ml i k e l i h 0 0 db a s e do nc y c l i cp r e f ，基于循 环前缀的最大似然估计) 算法和e s p i u t ( e s t i m a t i o fs i 印a lp 跏l i l l e t e r sv i ar o t a t i o m lh l v a r i a i l c e t e c l l l l i q u e ，借助旋转不变技术估计信号参数) 方法。通过对阵列天线o f d m 系统接收端的信号 进行分析和重构，得出其具有多重不变性。据此，提出了利用m i e s p 肌( m u l t i i n v a r i a i l c e e s p r ，多重不变e s p r j t ) 算法进行盲频偏估计。仿真结果表明，m i _ e s p r j t 算法具有较好的 频偏估计性能，并且随着o f i ) m 符号块数目和天线数目的增加性能变好。它具有比c p - m l 算 法和e s p r j t 方法更好的性能。m i e s p 黜t 算法不需要任何已知的训练序列和循环前缀符号， 是一种盲的方法。 最后，对常用的阵列天线o f d m 系统的波束形成算法做了综述。介绍了平行因子技术的数 学基础。通过对接收端的阵列o f d m 信号进行分析，得到其具有三线性模型特征。据此，提出 了基于三线性分解的联合符号检测和d o a 估计f m l 硫缸- j s d e ，t m i l l e a rd e c o m p o s i t i o n b 弱e d j o i i l ts y l b o ld e t e c t i o na n dd o ae s t i i i l a t i o n ) 算法。仿真结果表明，t r i l i i l e a r j s d e 算法的信号检 测性能与非盲的p o s t 。f f t 接收机非常接近，d o a 估计性能非常逼近非盲的l s 算法。算法性能 随着样本数的增加而变好，即使在小样本下仍然具有较好的性能。t m i n e 盯- j s d e 算法不需要任 何信道衰落信息、d o a 信息和已知的导频或者训练序列，是一种盲的方法。 关键词：o f d m ，智能天线，信号检测，参数估计，载波频率偏移估计，d o a 估计 l k i _ 阵列天线o f i ) m 系统的信号检测与参数估计 a b s t r a c t o n h 0 9 0 n a lf r e q u e n c yd i 、r i s i o nm u l t i p l e x i n g ( o f d m ) i sm ek e yt e c h n i q u eo fm e4 gm o b i l e c o m r n u n i c a t i o n a r r a y 勰t e 眦ai s a ne f r c c t i v e 、】l ，a yt os o l v et 1 1 ep r o b l e mo fl a c k i i l g 丘e q u e n c y r e s o u r c e sa n di ta l s oc a ni n i i ) f o v es y s t e mc a p a c 时a n dc 0 i m t 疵c a t i o nq u a l “y 1 i lr e c e n ty e a r s ，m o r e 锄dm o r er e s e a r c hi sf o c u s e do ni t s 印p l i c a t i o 眦o no f d m s y s t e m s i tc a i l h i e v eb e 锄一f 0 m i i i l g 觚d a d 印t i 、他s i g n a lp r o c e s s i n g ，i l l l l ) r 0 v es i g n a lt 0i i l t e r f e 托n c ep l u sn o i p y w e r 墙t i os i g i l i f i c a m l y ，r e d u c e t l l ed e l a ys p r e a d 锄dm u l t i p a t l lf a d i n g ，a n a i l l 锄g l ed i v e r s i t ) ，柚ds p a t i a ld i v i s i o nm u l t i p l e x 访g c e s s ， e l i m i 彻l t ec o c h a n n e l i n t e r f e f e n c eo fs y s t e me 任b c t i v e l mr e d u c e 圮s y s t e me r r o r 谢os i g n i f i c 觚t l y a n d i m p r o v es p e c 仃l l mu t i l i z a t i 孤ds y s t e mc a p a c i 艰 m sm e s i si s 璐e d 伽雠托s e a r c ho fs y m b o ld e t e c t i o n 锄dp 锄m e t 盯e s t i m a t i o nf o ro f d m s y s t e mw i ma n t e 珊忸a m 阱t h em a i nc o n t e l l t sa r e 嬲f o l l o 、船： f i r s t l y ，t h e 他s i ss u 咖n a f i 跫sm ed e v e l o p 觥，a p p l i c a t i o n s ，b a s i cp r i n c i p l e 孤dg y s t e mm o d e l o fo 田m 锄ds r n a r t 删e 姗at e c 王l i l i q u e a n 黝l y s i so nw 砌e s sc h 锄n e la n de s 协l i s hd a t a 脚d e l s e c o n d l y ，m em e s i sa i l a l y s e st 1 1 ei r n p a c to fo f i ) ms y s t e mp e r f o 珊a 1 1 c ec a u s e db yc a e r 舭q u e n c yo 凰e t ( c f o ) 柚d 昏v e s 锄i 1 1 t r c d u c t i o n0 n l ec o n v e n t i o n a lc f oa l g o r i t l l r 璐，e s p e c i a l l y 坞 m a x i i n u ml i k e l i l l o o db 笛e do nc y c l i cp r e f ( c p - m l ) a l g o r i t h ma n de s t i n l a t i o no fs i g n a lp a r a m e t i 粥 讥ar o t a t i o 衄l 山撕姐c et e c l l l l i q u e ( e s p t ) 舭t l l o d a c c 砌i n gt om e 锄a l y s i s 锄dr e c o 眦仃i l c t i o no f m er e c e i v e do d m s i 印a l 、) l ，i t l la m ya l l t e n n a s ，w ec 孤f m di th a s 叫l t i i i l v 撕姐tc h a m c t e 订s t i c s oa b l i n dc f oe s t i m a t i o na l g o r i 瑚b a s e d0 nm i e s p r i ti si n v e s t i g a t e d 1 1 1 es i l l l u l a t i o nr e 蛐l t sr e v e a l t l l a ti tt 璐f m ec f op e r f o m a n c e 1 kl a g e rm en u m b e ro fs y m b o ib 1 0 c k sa n d 锄t e 蛐船i s ，t h cb e 执既 t l l ec f o p e r f 0 册a l l c eo fm i e s p e i ta l g 嘶t l l i n 埘ub e 1 1 l ea l g o r i t h mh 嬲ab e n e rp e r f 0 1 1 i l 粕c et h 锄 b o mc p - m la l g o r i t h m 柚de s p r j tm e t l l o d a n dm em i - e s p i 盯a l g o r i n l l ：1 1d o e sn o tm e da n y t m i n i n gs y m b o l 锄dc y c l i cp r e f - ，s oi th 鹊b l i n dc h a r a c t 硎s t i c s f i n a l l y t l l et h e s i ss u i n l t l 撕z e sn l ec o n v e n t i o m lb e 锄面m l i n ga l g o r i t l l i 璐o fo m ms y s t e mw i n l a r r a ya i l t e n n 如a i l d 百v e s 柚i 1 1 仃o d u c t i o no nt l l eb 雒i cm a t l l 锄a t i ck n o w l e d g eo fm ep m l l e lf a c t o la n 撇l y s i so fm er e c e i v e ds i 印a lo fo f d ms y s t e mw 池a n v 觚t 朗n 弱s h o w s 眦m er e c e i v e ds i 印a l h a s 砸l i n e a rm o d e lc h a r a c t 嘶s t i c s s ot r i l i i l e a rd e c o m p o s i t i o n b 勰e dj o 硫s y m b o ld e t e c t i o n 锄dd 0 l a e s t i m a t i o n ( t r i l i n e 排j s d e ) a 1 9 0 r i t h mi si i l v e s t i g a t e d 1 ks i n m l a t i o nr e s u l t sr e v e a jt h a tn l es y m b o l d e t e c t i o np e r f o n n a n c eo f 1 ep r o p o s e da l g o r i t l l i ni sv e 巧c l o s et on o n - b l i n dl e a l s ts q u a r e sm 砒0 d j o 缸 s 灿b o ld e t e c t i o n 醐dd o a e s t i m a t i o np e r f o h r 啪c eo fo l l rp r 叩o s e da l g o f i m mi n l p r o v e sw r h e n 廿l e n 啪b c ro fs n a p s h o t si i l c r e 舔e s t l l i sa l g o 珊me v e i ls u p l ) o n ss m a l ls i z e s t 1 1 e1 h l 址弘j s d e a l g 嘶n l r nd o e sn o tn e e dt h ec h 猢e lf a d i n gi n f o n l l a t i o n ，d o a 锄dp i l o t0 r 慨i i l i n gi n f o n n a t i o n ，s oi t h a sb l i n dc h a r a c t e s t i c s k e yw b r d s ：o f d m ，s m a n 觚t e t l n a ，s 蜘b o ld e t e c t i o n ，p a 姗e t e re s t i m a t i o n ，c a m e r 丘e q u e l l c yo 凰e t e s t i m a t i o n ，d o ae s t i m a t i o n 第一章绪论1 1 1 移动通信的发展1 1 2o f d m 技术的发展和应用l 1 2 1o f d m 技术的发展1 1 2 2o f i ) m 技术的应用2 1 3 智能天线的发展和应用3 1 3 1 智能天线的发展3 1 3 2 智能天线的应用。3 1 4 论文工作安排4 第二章阵列天线o f d m 系统6 2 1 无线通信信道6 2 1 1 无线信道衰落6 2 1 2 小尺度衰落6 2 1 3 多普勒频移7 2 2o f d m 系统8 2 2 1o f d m 系统基本模型8 2 2 2 串并转换9 2 2 3f f t 在o f d m 系统中的应用1 0 2 2 4o f d m 系统的循环前缀1 1 2 3 智能天线技术l l 2 3 1 智能天线的基本原理l l 2 3 2 阵列天线模型1 2 2 3 3 波束形成及其算法1 4 2 3 4 智能天线对通信系统性能的改善1 5 2 4 本章小结1 6 第三章阵列天线o f d m 系统的频偏估计1 7 3 1 频偏对o f d m 系统性能影响1 7 3 2o f d m 系统中传统频偏估计算法1 8 3 2 1c p m l 算法1 8 阵列天线o f d m 系统的信号检测 3 2 2e s p t 方法 3 3 阵列天线o f d m 系统的频偏估计算法 3 3 1 阵列天线o f d m 系统的信号模型2 4 3 3 2m i e s p 黜t 算法描述2 5 3 3 3m i e s p r i t 算法性能2 6 3 4 本章小结2 9 第四章阵列天线o f d m 系统的联合符号检测与d o a 估计3 0 4 1 阵列天线o f d m 系统波束形成。3 0 4 1 1 阵列天线o f d m 系统的波束形成算法研究3 0 4 1 2p o s t - f f t 和p r e f f t 波束形成算法比较。3 l 4 2 平行因子( p a r a f a c ) 技术3 2 4 2 1 数学模型3 2 4 2 2 基础知识3 3 4 2 3k 一秩3 6 4 2 4 可辨识性3 7 4 3 基于平行因子的联合估计算法3 8 4 3 1 阵列天线o f i ) m 系统接收信号的数学模型3 8 4 3 2 基于平行因子的联合估计算法分析4 0 4 3 2 1 三线性分解4 0 4 3 2 2 可辨识性4 l 4 3 2 3d o a 估计4 2 4 3 2 4 联合信号检测和d o a 估计4 3 4 3 3 性能仿真与分析4 3 4 4 本章小结4 7 第五章全文总结和展望4 8 5 1 工作总结4 8 5 2 工作展望4 8 参考文献5 0 致 谢5 5 在学期间的研究成果及发表的学术论文5 6 一 ，j 图2 1 数字o f d m 系统的基本模型8 图2 2 循环前缀。1 l 图2 3 均匀线阵的几何结构1 2 图2 4 均匀圆阵的几何结构。1 3 图3 1 存在载波频率偏移时的接收信噪比和损失信噪比1 8 图3 2o f d m 系统模型1 9 图3 3c p m l 算法多载波信号结构图2 0 图3 4i - 6 ，不同数据块长度k 下载波频偏估计均方误差性能2 7 图3 5k = l o o ，不同天线数下载波频偏估计性能2 8 图3 6k 寻1 0 0 和i - 4 的情况下载波频偏估计性能比较2 8 图3 7k - _ 1 0 0 和i - 6 的情况下载波频偏估计性能比较2 9 图4 1p o s t - f f t 方式接收端模型31 图4 2p r e f f t 方式接收端模型3 2 图4 3 不同快拍数k 下的符号检测性能一4 4 图4 4k = 5 0 时，d o a 估计性能对比4 5 图4 5k = 1 0 0 时，d o a 估计性能对比4 5 图4 6d o a ，l o o 时，不同k 下的d o a 估计性能4 6 图4 7d o a - 3 0 0 时，不同k 下的d o a 估计性能4 6 图4 8d o a = 5 0 0 时，不同k 下的d o a 估计性能4 7 表2 1 单载波和多载波传输方式的比较。1 0 阵列天线o f d m 系统的信号检测与参数估计 3 g p p k w g n ca n d e c o n m c c i c d m a c f o c p c p m l d a b d f t d o a e s p r i t f d m m m 魄 f f r i c i i d f t i f f t 兀u l c m v l m s l s m a x s i n r m i e s p r i t m i m o m m s e m u s i c o f d m 注释表 3 r dg e r a t i o np a m l e r s i l i pp r o j e c t a d d i t i v e r l l i t eg a u s s i a nn o i c a n o m c a ld e c o n l p o s i t i o n c o c h 锄e lh l t e r f i e r e n c e c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c a 玎i e rf r e q u e n c yo 魅e t c y c l i cp r e f m a x i i i l u ml i l ( e l i h o o db 弱e d0 nc y c l i cp 耐- d i 百t a la u d i ob r o a d c 雒t i n g d i s c r e t cf o u r i e r1 h n s f o m d i r e c t i o no f a r r i v a l e s t i m a t i o no fs i g n a lp a 翰m e t e r s 、，i a r o t a t i o n a li i l v 州锄c et e c l l l l i q u e f 诧q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e f r e q u c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s f 舔tf 0 u 矗e rt i 铀_ l s f 0 衄 i n t e r c h a n n e li n t e r f e r e n c e h l v e r s ed i s c r e t ef o u r i e r1 切n s f o 皿 i i l v e r f 舔tf o u r i e rt i m l s f 0 n 1 1 h l t 锄a t i o n a lt b l e c o m m u i l i c a t i o nu i l i l i n e 砌yc 伽舳? a i m dm i n i m u mv 撕孤 l e a s tm e 她s q u a r e s l e a s t s q u a r e s m a xs i 印a lt o1 1 1 t e 疵姗c en o i s er a t i o m u l t i h l v a r i a n c ee s p r i t m u l t i p l eh l p u tm u l t i p l eo u 币u t m i n i m u mm e 觚s q u a r e se n d r m u l t i p l es i 印a lc l 罄s i f i c a t i o n o n h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e ) 【i n g 第三代合作伙伴计划 加性高斯白噪声 规范分解 共信道干扰 码分多址 载波频率偏移 循环前缀 基于循环前缀的最大似然 数字音频广播 离散傅里叶变换 波达方向 借助旋转不变技术 估计信号参数 频分复用 频分多址 快速傅里叶变换 信道间干扰 逆离散傅里叶变换 逆快速傅里叶变换 国际电信联盟 线性约束最小方差 最小均方 最小二乘 最大信干噪比 多重不变e s p 砌t 多输入多输出 最小均方误差 多重信号分类 正交频分复用 ， 硕十学位论文 r l s l t m s e s d 【a s 烈r s n r s v d t d m a t a l s u c a u l a a o b a b 坊昭( - ) 七秩 ，口础( ) ( ) h ( ) r ( ) ( ) t 1 1 1 l ， r e c u r s i v ek 舔ts q u a r e s r 0 0 tm e 锄s q u a r ee n d r s p a c ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s s i 弘a lt oi n t e m r e n c en o i s er a t i o s i 印a l t 0n o i s er a t i 0 s i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o n 1 砸ed i 、，i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t r i l i n e a ra l t e m a t i n gl e a s ts q u a r e u n i f o 咖c i r c u i ta r r a y u r l i f o m lh l e 盯a r 豫y 平行因子 四相相移键控 递归最小二乘 求根均方误差 空分多址接入 信号干扰与噪声功率比 信噪比 奇异值分解 时分多址 三线性交替最小二乘法 均匀圆阵 均匀线阵 k h a t r i i h o 积 l ( 】o 鹏c k 聆积 对角化矩阵 k 1 1 l s k a l 秩 矩阵的秩 共轭转置 转置 复共轭 广义逆 f r o b e n i u s 范数 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 移动通信的发展 移动通信是现代通信系统中不可缺少的组成部分，进入2 l 世纪以后，移动通信技术更是呈 现出前所未有的发展态势。未来移动通信的目标就是能在任何时间、任何地点、向任何人提供 快速可靠的通信服务。而传统的语音与数据业务已经不能满足人们的要求，多媒体业务、交互 式数据业务、电子商务、互联网业务等多种信息服务越来越受到人们的青睐。 移动通信的发展经历了：采用频分多址( f d m a ，f 托q u e n c yd i 啊s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 技术， 以模拟电路单元为基本模块，以实现话音通信为主要目的的l g ；在f d m a 的基础上又引入了 时分多址( t i ) m a ，髓n ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 来增加网络容量，利用数字调制技术，以传输 话音和低速数据业务为目的的2 g ，数据传输速率为9 6 k b i 佻3 2 k b i 以；引入了分组交换技术， 从而使数据传输速率有所突破的2 5 g ，数据传输速率为4 0 k b i 佻6 0 k b i 眺；以码分多址( c d m a ， c o d ed i 、，i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 为基础的可提供丰富多彩的移动多媒体业务的3 g ，数据传输速率 为2 m b i 讹；以正交频分复用( o f d m ，o n l l o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i i l g ) 做为其调制技 术，主要提供宽带接入和分布网络的b 3 g 似g ，数据传输速率达到1 0 0 m b i 讹以上。 1 2o f d m 技术的发展和应用 o f 【) m 是一种特殊的多载波传输技术，它将一个较宽的传输带宽分割成互相正交的多个子 载波用于并行传输数据。 1 2 10 f d m 技术的发展 o f d m 本质上是一种频分复用技术。频分复用( f d m ，f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i i l g ) 技术 早在一个世纪以前就被提出，它把可用带宽分成若干相互隔离的子频带同时分别传送一路低速 信号，从而达到信号复用的目的。为了提高f d m 技术的频谱利用率，c o l l i s 无线公司的d ) e l z 等在1 9 5 7 年开发了k i i l e p l e x 系绀。该系统的设计目标是在严重多径衰落高频无线信道中实现 多音传输。系统使用了2 0 个子载波，使用差分q p s k 调制，实现方式几乎和现代的o f d m 一 样。其相邻子载波间的间隔近似等于子载波的符号速率，从而保证各子载波的频谱互相重叠， 但又是正交的，于是可以大大提高频谱利用率。可以看出，其基本思想类似于现代的o f d m ， 可以说是。阳m 系统的雏形。以上系统中提供了各子信道的正交性，但它们没有对各子信道上 的信号的频谱进行处理，各子载波频谱形状均为s i n c 函数形式，所以它们的频谱旁瓣衰减很慢。 为了限制系统频谱，c h a n g 等分析了多载波通信系统中如何使经过滤波、带限的子载波保持正 交【2 1 。1 9 6 7 年，b r s a l t z b e 唱对c h a l l g 提出的方法进行了性能分析，得出很重要的结论，即在 阵列天线o f d m 系统的信号检测与参数估计 并行传输系统中，子信道间干扰占支配地位，因此系统设计的重点应在于尽量减少相邻子信道 间的串扰，而不是完善每一个单独的信道【3 】。麻省理工学院的w e i n s t e i l l 和e b e r t 于1 9 7 1 年提出 了基于离散傅立叶变换的数字实现方法来完成多载波的基带调制和解删4 1 ，这样就取代了原来 并行数据传输系统中的正弦波发生器阵列和相干解调，使这项技术的应用得以简化，为实现多 载波调制的全数字化做了理论上的准备。在多载波调制技术的发展史上，这是具有里程碑意义 的发明。同时w r e i i l s t e i n 等提出通过插入一段空白区作为保护间隔来消除符号间干扰，但这种办 法不能保证信号经过色散信道后各子载波仍然保持正交。为此，p e l e d 和r u i z 于1 9 8 0 年提出了 在保护间隔中插入循环前缀的方法【5 l ，保证了信号经过色散信道后仍然保持各子载波间的正交 性。至此，现代o f d m 的概念便形成了。 1 2 20 f d m 技术的应用 o f d m 系统较一般的单载波通信系统能更充分利用频带，得到更高的数据传输速率，已经 在许多通信领域得到了应用。8 0 年代，人们研究了如何将o f d m 技术应用于高速m o d e m 。到 9 0 年代，o f d m 技术的研究深入到无线调频信道上的宽带数据传输。1 9 9 5 年欧洲电信标准委员 会将o f d m 作为数字音频广播( d a b ) 陋】的调制方式，这是第一个以o f 【) m 作为传输技术的标准。 为了克服多个基站可能产生的重声现象，人们在o f d m 信号前增加了一定的保护时隙，有效地 解决了基站间的同频干扰，实现了单频网络广播，大大减少了整个广播占用的频带宽度。欧洲 数字视频广播联盟在1 9 9 7 年也采用带编码的o f d m ( c o f d m ，c o d e do n l l o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i i l g ) 作为其地面视频广播v b t ) 卜8 】调制标准。o f d m 技术除了在数字视音频 方面有着深入的应用外，在无线局域网方面也有广泛的应用。欧洲电信标准化协会( e t s i ) 制订 的i e e e8 0 2 11 a 标准【9 1 和宽带射频接入( b r a n ) 的h i p e r i ，a n 2 【1 0 1 标准都将o f d m 作为其物理层的 标准调制技术。h i p e r l a n 2 工作在5 g h z 频段，为实现5 4 m b p s 的数据传输，物理层采用o f d m 技术。当前在固定网络上的任何应用都可以在h i p 砌a n 2 网上运行。相比之下，i e e e8 0 2 1 1 的 一系列协议都只能由以太网作为支撑，不如h i p 盯i ，a n 2 灵活。o f d m 在宽带无线接入( b w 八) 中 也得到了应用。所谓宽带是指速率高于1 0 m b 甜s 的传输系统，宽带无线接入系统是针对微波及 毫米波段中新的空中接口标准，它具有速率高、抗干扰性强等特点，能支持无线多媒体通信， 适用于商务大楼、热点地区及家庭用户的宽带接入。i e e e8 0 2 1 6 工作组专门负责b w a 方面的技 术工作，其指定的i e e e8 0 2 1 6 系列标准【1 1 。1 4 1 ，也将o m m 技术作为物理层实现方案之一。该标 准不仅是新一代的无线接入技术，而且对未来蜂窝移动通信的发展也具有重要意义。o f d m 和 c d m a 的结合也被用于宽带c d m a 中。在a d s l 应用中，o f d m 被典型地当作离散多音调制 ( d m tm o d u l a t i o n ) 并成功地用于有线环境中，可以在l m h z 带宽内提供高达8 m b p s 的数据传输速 率。很显然，o f i ) m 作为一项高频带利用率和抗多径干扰的通信技术正在受到前所未有的重视。 2 | | 硕士学位论文 阵列) 进行信号处理，自动地调整发射和接收 方向图，以针对不同的信号环境达到最优性能，或者实现从空间上区分多用户的一种技术。 1 3 1 智能天线的发展 智能天线( s a ，s i l l ；小a n t e i l i l a 或队，l l l t e l l i g e n ta n t e 加a ) ，原名自适应天线阵列( a a a ， a d a p t i v e a n t e 蛐a 岫) ，最初应用于雷达、声纳、军事等方面，主要用来完成空间滤波和定位， 如相控阵雷达就是一种较简单的自适应天线阵列。因此，智能天线的发展是随着阵列信号处理 的发展而发展起来的。 阵列信号处理是指将多个传感器放置在空间的不同位置而组成的传感器阵列，用传感器阵 列来接收空间信号并对接收的信号进行处理。阵列信号处理的目的是增强期望信号，抑制干扰 和噪声，并提取期望信号的特征及包含的信息。与传统的单个传感器相比，传感器阵列具有灵 活的波束控制、较高的信号增益、极强的干扰抑制以及较高的空间分辨能力等优点。 阵列信号处理的主要任务是：波束形成技术，使阵列天线方向图的主瓣指向所需的方向： 零点形成技术，使天线的零点对准干扰方向：空间谱估计，对空间信号波达方向的分布进行超 分辨估计；信号源定位，确定阵列到信源的仰角和方位角，甚至距离( 信源位于近场) 信源分离， 确定各个信源发射的信号波形。 阵列信号处理的发展，大体上可以分为三个阶段：六十年代主要集中在自适应波束控制上， 如自适应相控天线等；七十年代主要集中在自适应零点控制上，如自适应滤波、自适应置零技 术等；八十年代至今主要集中在空间谱估计上。具体如下： 阵列信号处理的发展史最早可追溯到4 0 年代的自适应天线组合技术，它使用锁相环进行天 线跟踪。阵列信号处理的重要开端是由h o w e l l s 于1 9 6 5 年实现的，当时他提出了自适应陷波的 旁瓣对消器【1 5 】。另一个显著的进展是、i d r o w 于1 9 6 7 提出的最小均方( l ，m s ) 自适应算法【1 6 1 。1 9 7 6 年，a p p l e b a 啪发展了使信干噪比( s 烈r ) 最大化的反馈控制算法【1 7 1 。其它几个里程碑式的工作 是c a p o n 于1 9 6 9 年提出的恒定增益指向最小方差波束形成烈1 8 】，s c h i i l i d t 于1 9 7 9 年提出的多 重信号分类( m u s i c ，m u l t i p l es i 印a lc l 舔s i f i c a t i o n ) 方法【19 1 ，r o y 等人1 9 8 6 年发展的借助旋转不 变技术估计信号参数( e s p r ，e s t i n m t i o no fs i 印a lp 娥衄e t e r sv i ar d t a t i o n a li f i v 撕a 1 1 c et e c l l n i q u e ) 方法【2 0 1 ，g a b r i e l 【2 l 】则是对自适应波束形成提出“智能阵列”( s a ) 术语的第一人。1 9 7 8 年在军用 通信系统中使用了自适应天线2 2 1 ，在民用蜂窝式通信中使用天线阵列是在1 9 9 0 年开始的贮3 1 。 1 3 2 智能天线的应用 1 9 9 4 年，u 1 ) p s a l a 大学和e r i c s s o n 公司合作研究一种用于通信系统的自适应阵列天线技术， 研制了上行链路的实验系统；欧洲通信委员会在r a c e 计划中实施了第一阶段智能天线技术研 3 阵列天线o f d m 系统的信号检测与参数估计 究，项目组在d e c t 基站基础上构造智能天线试验模型，于1 9 9 5 年初开始现场试验，并准备 在a c t s 计划中继续进行第二阶段智能天线技术研究：a t r 光电通信研究所研制了基于波束空 间处理方式的多波束智能天线，并提出了基于智能天线的软件天线概念：加豫y c o m m 公司研制 出了用于无线本地环路的简化智能天线系统；德州大学奥斯汀s d m a 小组建立了一套智能天线 试验环境，着手理论与实际系统相结合，对空分多址( s d m a ，s p a c ed i v i s i o nm u l t