智能天线波束成形的自适应算法研究

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随着全球移动通信的用户数量的激增以及信息业务类型的迅猛发展,人们对移动通信的服务需求、要求也越来越高。智能天线作第三代移动通信系统关键技术之一,在解决这个难题上已经充分发挥了越来越重要的作用。智能天线技术的核心和关键是自适应波束形成算法,本论文重点研究了智能天线波束形成技术。首先,介绍了智能天线研究背景及现状,分析了智能天线的优势,对论文研究内容做了阐述,具体工作做了详细安排。接着,阐述了智能天线基本概念、智能天线分类、工作原理及其信号模型。介绍波束成形相关理论,定义天线方向图。对天线方向图做了相关参数进行讨论,并就加权向量、不同阵元间距、阵元数目对方向图影响作对比仿真。随后,详细描述和推导波束成型最佳滤波准则:最小均方误差(MMSE)准则、最小二乘(LS)准则、最小方差(MV)准则以及最大信干噪比(Max-SINR)准则。并将四种准则下的最优权值的解统一为维纳解表达式,即Wopt=qRxxrxd,最后从代价函数、最优权值和准则的优缺点方面对上述的四种准则做了比较。在介绍波束成型最佳滤波准则基础上,重点研究几种常见的自适应波束形成的非盲算法。针对传统固定步长LMS算法在收敛速度、时变系统的跟踪能力和稳态失调之间存在的矛盾,给出了归一化、基于Sigmoid函数和基于正弦函数改进的变步长LMS算法;MATLAB仿真结果显示,改进的变步长算法在收敛速度、误差稳定性以及干扰抑制能力等方面都取到了进一步的改善。最后,着重介绍了盲波束形成算法中的恒模算法。针对随机梯度恒模算法(SGD-CMA)同样在收敛性能和稳态失调方面受步长因子影响,提了一种新的归一化变步长SGD-CMA改进算法。MATLAB仿真结果,证明这种改进算法的先进性,较好地解决了恒模算法存在的收敛速度和稳态误差之间的矛盾,使得收敛速度和稳态误差得到相应的改善。同时,在期望信号方向形成较大的功率增益,在干扰信号上形成“零陷”,有效的抑制干扰和消除了噪声。
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