通道误差对TD-SCDMA智能天线性能的影响及校正

作     者：李坤 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱红

授予年度：2011年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：时分-同步码分多址 智能天线 数字波束形成 通道误差 误差校正 

摘      要：智能天线（SA, Smart Antenna）原名为自适应天线阵列（AAA, Adaptive Antenna Array）,早期应用在雷达,军事抗干扰等方面。主要完成两大功能,一是实现空域滤波;二是对目标进行定位。为了解决无线通信技术的发展和移动通信用户的迅速增加而导致频谱资源不足的矛盾,智能天线技术被引入移动通信领域。 智能天线技术能够将天线方向图中增益最大的主瓣对准用户,低增益的零点指向干扰,实现定向接收和发射。这能显著提高系统的信干噪比,增大小区的覆盖范围,从而增加系统容量和频谱利用率。智能天线的这些突出优点,使它成为第三代移动通信TD-SCDMA的关键技术之一,而且在未来的第四代移动通信中也会获得广泛用。但是当智能天线的发射和接收通道存在幅度或相位误差时,波束形成将会产生偏差。严重时甚至会导致系统不能通信,因此必须对通道误差进行校正,从而充分发挥智能天线的性能和优势。本文工作来源于课题组与某无线通信公司关于第三代移动通信TD-SCDMA 基站开发的合作项目。本文主要分析通道误差对TD-SCDMA智能天线性能的影响,研究适合于TD-SCDMA通道误差的校正方案和算法。本文的主要内容包括以下三个部分: 第一部分:首先介绍了智能天线的基本原理;然后介绍了TD-SCDMA的均匀线阵和均匀圆阵的数学模型,并在此基础上对TD-SCDMA数字波束形成技术进行了研究,并进行了计算机仿真,得出了重要的结论。 第二部分:首先以TD-SCDMA使用的均匀线阵为例,通过理论分析和计算机仿真研究通道误差对智能天线波束图的重要指标的影响,这些指标包括:智能天线增益、旁瓣电平和波束指向;然后还分析了通道误差对自适应波束形成和波达方向估计的影响,并通过仿真试验对分析结果进行了验证;最后还研究了通道误差对全向天线广播波束的影响。 第三部分:研究了TD-SCDMA智能天线通道校正的总体设计方案,给出注入参考信号校正和盲校正的原理框图。研究了相关校正算法,还利用周期卷积和离散傅里叶变换的性质,提出了一种新的基于FFT的通道校正算法,并通过大量的穷举运算找到了一组适合于该算法的训练序列;然后研究了一种基于最小均方误差准则的盲校正算法。最后对这三种算法都进行了计算机仿真,仿真结果表明在满足一定信噪比的条件下,它们都能有效的对通道误差进行校正。