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智能天线定位系统实验平台的设计

作　者: 谢涛
导　师: 汪晋宽
学　校: 东北大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 智能天线 DSP PCI MUSIC DOA
分类号: TN821.91
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 28次
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内容摘要

智能天线技术是第三代移动通信系统的关键技术之一,也是现在国内外热门的研究课题。在无线通信系统中采用智能天线技术,实际上是通过数字信号处理,使天线阵为每个用户自适应地进行波束赋形,相当于为每个用户形成了一个可跟踪它的高增益天线,从而可以进行全方位通信,也可以用较小的发射功率覆盖相同的范围以及提高系统容量和业务质量、降低用户间的码间干扰和多址干扰。智能天线引入空分多址的概念,通过用户空间位置的差异对其进行分离。因此各用户的DOA(Direction of Arrival)作为反映用户空间位置的重要参量在智能天线中扮演着非常重要的角色。本文深入分析了阵列信号的特点以及如何使用DOA估计方法进行阵列信号的定位,设计了一个智能天线定位系统的硬件实验平台,该平台由AD6640、HSP50214B和AD9851构成的数据采集模块进行采集数据,DSP6416进行算法运算处理,PCI接口实现该平台与电脑进行数据传输,本文主要进行后端的数据处理模块的设计和开发。为了能够使整个定位系统具有高精度算法验证功能,本文在设计过程中考虑了很多措施来确保平台的稳定性及高频环境下的抗干扰能力,包括掌握DSP6416的工作特点,其与外设的接口设计,DSP的中断服务,程序的设计包括与扩展存储器的接口程序设计。研究并分析了DOA估计算法的性能,最后在计算机上运行了MUSIC(多重信号分类)算法,来验证了该硬件平台的设计功能。本文的工作具有很强的工程应用价值,并对今后的理论研究有一定的指导意义和参考价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1 研究的背景及发展现状  9-10
  1.2 智能天线技术的主要优点  10-12
  1.3 主要的研究方向  12-15
  1.4 本论文研究的主要内容  15-17
第二章智能天线技术  17-29
  2.1 智能天线的结构  17-20
    2.1.1 等距线阵  18
    2.1.2 均匀圆阵  18-19
    2.1.3 阵列信号处理的统计模型  19-20
  2.2 波达方向(DOA)估计的基本原理  20-21
  2.3 智能天线的分类  21-23
    2.3.1 空间分集接收  21-22
    2.3.2 波束切换天线  22
    2.3.3 自适应天线阵列  22-23
  2.4 发射波束形成  23-25
  2.5 利用波束形成和DOA估计实现空分复用  25
  2.6 定位和测向的应用  25-26
  2.7 小结  26-29
第三章基于阵列天线的定位技术  29-39
  3.1 引言  29
  3.2 阵列接收信号的特点  29-33
    3.2.1 阵列天线窄带信号的调制与解调  31
    3.2.2 阵列信号模型及空间采样  31-33
  3.3 基于DOA估计定位的关键问题  33-34
  3.4 基于DOA估计的定位算法  34-37
  3.5 小结  37-39
第四章定位平台总体设计  39-55
  4.1 引言  39
  4.2 定位平台系统结构  39-41
  4.3 系统接收模块设计  41
  4.4 数据采集与传输模块  41-48
    4.4.1 模数转换器  42-44
    4.4.2 数字下变频器  44-45
    4.4.3 直接数字频率合成器DDS  45-48
  4.5 数字信号处理模块  48-54
  4.6 小结  54-55
第五章波达方向(DOA)估计算法  55-71
  5.1 引言  55
  5.2 经典波束形成器法  55-58
    5.2.1 Bartlett波束形成器  57
    5.2.2 Capon波束形成器  57-58
  5.3 最大似然法  58-60
    5.3.1 确定性最大似然法  58-59
    5.3.2 随机性最大似然法  59-60
  5.4 DOA估计的子空间法  60-65
    5.4.1 MUSIC算法  60-62
    5.4.2 MUSIC改进算法  62-63
    5.4.3 ESPRIT算法  63-65
  5.5 无线定位方法  65-68
  5.6 计算机仿真  68-70
  5.7 小结  70-71
第六章结论  71-73
参考文献  73-77
致谢  77

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