基于內(nèi)插變換的虛擬天線波束形成技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，無線通信系統(tǒng)飛速發(fā)展。智能天線作為無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，可以使陣列天線主瓣對(duì)準(zhǔn)期望信號(hào)方向并自適應(yīng)地抑制空間來向未知的干擾，從而抑制多用戶干擾并提高系統(tǒng)容量。但當(dāng)處理的信號(hào)和干擾數(shù)多于陣列天線的自由度時(shí)，智能天線將不能有效工作。近年來，無線通信設(shè)備日益增多，電磁干擾問題也越來越嚴(yán)重，電磁兼容日益成為研究的熱點(diǎn)。天線系統(tǒng)電磁兼容的優(yōu)劣極大程度地影響到通信系統(tǒng)的好壞，通過減少天線數(shù)量來降低天線對(duì)外輻射能量和耦合

2、干擾，是減輕電磁干擾有效可行的方案之一。
　　 虛擬天線是在智能天線基礎(chǔ)上發(fā)展起來的先進(jìn)技術(shù)，主要研究如何增加陣列天線的自由度，以便抑制數(shù)目眾多的干擾，或者用更少的天線數(shù)來處理相同數(shù)目的信號(hào)，目前的研究主要集中在DOA估計(jì)方面。本論文對(duì)基于內(nèi)插變換的虛擬天線作為研究對(duì)象，通過理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)其應(yīng)用于天線波束形成的性能進(jìn)行了深入研究，在提高干擾抑制增益、降低副瓣電平、減輕內(nèi)插變換角度敏感效應(yīng)等方面取得了一些研究成果。本文的主

3、要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1.針對(duì)現(xiàn)有的基于內(nèi)插變換的虛擬天線用于自適應(yīng)波束形成時(shí)，對(duì)干擾的抑制增益比較低、副瓣電平偏高和天線陣列輸出信干噪比(Signal to Interference and Noise Ratio，SINR)較低的問題，本文首先從理論上分析了現(xiàn)有虛擬天線波束形成方法出現(xiàn)這種問題的原因，發(fā)現(xiàn)是由于內(nèi)插變換過程產(chǎn)生的變換誤差使協(xié)方差矩陣的特征值和特征矢量出現(xiàn)擾動(dòng)，并參與波束形成權(quán)值計(jì)算，造成的波束畸變所致；并推

4、導(dǎo)出影響干擾抑制增益大小的因子。將投影變換的思想引入到虛擬天線中，提出了干擾空間投影(InterferenceSpace Projection，ISP)策略，根據(jù)張成干擾空間的基向量的不同，ISP策略有兩種具體實(shí)現(xiàn)方法，利用協(xié)方差矩陣特征分解得到的大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量作為基向量形成投影算子，記為ISP-1方法；利用干擾方向的導(dǎo)向矢量作為基向量形成投影算子，記為ISP-2方法，并從理論上證明了ISP策略可以增強(qiáng)虛擬天線協(xié)方差矩陣的信號(hào)子

5、空間，抑制噪聲子空間的小特征值和特征矢量的擾動(dòng)，從而提高大小特征值強(qiáng)度比，加深虛擬天線波束形成的零陷深度并降低副瓣電平水平。
　　 2.針對(duì)虛擬天線波束形成抑制獨(dú)立干擾問題，提出了兩種投影虛擬天線波束形成(Projected Virtual Antenna Beam Forming，PVABF)算法，對(duì)其抗超自由度干擾的可行性進(jìn)行了理論分析，通過仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證了PVABF算法可以有效地增加虛擬天線波束形成的零陷深度，改善副瓣

6、性能，提高了陣列天線輸出性能；在性能指標(biāo)滿足系統(tǒng)要求的前提下，不但可以有效地增加陣列天線的自由度，還可以一定程度地?cái)U(kuò)展陣列天線的孔徑。
　　 3.針對(duì)虛擬天線波束形成抑制相干干擾問題，結(jié)合空間平滑技術(shù)，在內(nèi)插空間平滑(Interpolated Spatial Smoothing，ISS)算法的基礎(chǔ)上，引入ISP思想，提出了改進(jìn)的內(nèi)插空間平滑(Modified Interpolated Spatial Smoothing，MISS

7、)算法，該算法可以提高對(duì)相干干擾的抑制增益，改善副瓣性能，對(duì)MISS算法的性能進(jìn)行了理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果證實(shí)了算法的有效性，不同的子陣劃分方式會(huì)影響MISS算法的性能。
　　 4.針對(duì)現(xiàn)有虛擬天線內(nèi)插變換技術(shù)不能在大的內(nèi)插區(qū)域上有效工作，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)干擾落在變換區(qū)域之外時(shí)，突發(fā)干擾得不到抑制的問題，本文從微分幾何的角度，分析了產(chǎn)生角度敏感問題的機(jī)理，提出了一種基于流形長(zhǎng)度的虛擬天線波束形成方法，該方法可以在