穩(wěn)健的陣列參數(shù)估計(jì)及應(yīng)用研究.pdf

1、論文主要研究非理想環(huán)境下的空間信號(hào)檢測(cè)、定位和波束形成問(wèn)題，同時(shí)針對(duì)OFDM通信系統(tǒng)，研究了載波頻率的同步和跟蹤問(wèn)題。論文首先研究了色噪聲環(huán)境下的空間信號(hào)檢測(cè)問(wèn)題。然后研究了存在循環(huán)頻率誤差時(shí)的穩(wěn)健的循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)的穩(wěn)健的定位和波束形成問(wèn)題。同時(shí)論文針對(duì)陣列參數(shù)估計(jì)在OFDM系統(tǒng)的頻偏估計(jì)中的應(yīng)用展開(kāi)討論，提出了一些有效的、易于工程實(shí)現(xiàn)的載波頻偏估計(jì)和載波頻率同步方法。研究?jī)?nèi)容安排如下： 1.提出了空間相關(guān)色噪聲下的信號(hào)源數(shù)目估計(jì)

2、方法。色噪聲引起協(xié)方差矩陣的噪聲特征值的擴(kuò)散，從而使得傳統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)方法失效，為了克服噪聲特征值擴(kuò)散的影響，我們采用對(duì)角加載抑制噪聲特征值擴(kuò)散，提高了檢測(cè)性能，分析了對(duì)角加載對(duì)檢測(cè)性能的影響；另外，通過(guò)大量的計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析注意到，噪聲的空間相關(guān)性只是對(duì)噪聲特征值的擴(kuò)散影響加大，對(duì)信號(hào)特征值幾乎沒(méi)有多大影響，為此論文提出了一種基于線性插值的穩(wěn)健的信號(hào)數(shù)目判定方法。通過(guò)構(gòu)造一個(gè)新穎的尋優(yōu)目標(biāo)函數(shù)，避免了傳統(tǒng)檢測(cè)方法中對(duì)數(shù)似然函數(shù)的

3、使用，在一定程度上提高了色噪聲下的信號(hào)檢測(cè)性能；然后提出了一種基于輔助變量和蓋爾園方法的信號(hào)數(shù)目估計(jì)方法。利用信號(hào)和噪聲的時(shí)間相關(guān)特性，構(gòu)造輔助變量減輕甚至消除空間相關(guān)噪聲的影響，利用酉變換構(gòu)造信號(hào)子空間和噪聲子空間，通過(guò)分析它們之間正交性的漸近性能得到了一種實(shí)用的源數(shù)目判定方法。三種方法的有效性均通過(guò)大量的計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 2.論文研究了存在循環(huán)頻率失配時(shí)的穩(wěn)健的波達(dá)方向估計(jì)和波束形成問(wèn)

4、題。由于基于循環(huán)平穩(wěn)的陣列處理方法利用了不同信號(hào)的循環(huán)頻率不同這一時(shí)域特征，將多個(gè)信號(hào)在循環(huán)頻率域進(jìn)行分離。但是該方法必須要求期望信號(hào)的循環(huán)頻率精確已知，由于信號(hào)存在未知的多普勒和載波頻偏等原因使得假定的循環(huán)頻率和實(shí)際循環(huán)頻率存在一定的差異。通過(guò)分析循環(huán)頻率誤差對(duì)基于信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)的定位方法的性能影響，提出了時(shí)域加窗法和二階循環(huán)統(tǒng)計(jì)量平均法增強(qiáng)定位性能對(duì)循環(huán)頻率誤差的穩(wěn)健性；仍然針對(duì)存在循環(huán)頻率誤差這一實(shí)際情況，提出了一種穩(wěn)健的盲波束形成

5、方法。利用假定的循環(huán)頻率粗略的估計(jì)出信號(hào)的導(dǎo)向矢量，然后結(jié)合將估計(jì)的該導(dǎo)向矢量向帶有約束的導(dǎo)向矢量子空間投影，得到較為精確的導(dǎo)向矢量估計(jì)，最后進(jìn)行Capon波束形成。該方法的的結(jié)果具有對(duì)角加載的形式，但是其最優(yōu)加載量可以精確求出，避免了傳統(tǒng)對(duì)角加載方法最優(yōu)加載量的難以確定問(wèn)題。 3.論文討論了DOA估計(jì)在OFDM系統(tǒng)的載波頻偏估計(jì)問(wèn)題中的應(yīng)用。OFDM系統(tǒng)的載波頻偏可以表示為分?jǐn)?shù)倍頻偏和整數(shù)倍頻偏，分?jǐn)?shù)倍頻偏破壞了子載波之間的正

6、交性從而引起載波間干擾，而整數(shù)倍頻偏不會(huì)引起載波間干擾，但是會(huì)引起FFT解調(diào)數(shù)據(jù)在不同子載波上的循環(huán)移位。只使用一個(gè)訓(xùn)練符號(hào)，提出了一種基于最大似然原理的整數(shù)倍頻偏估計(jì)方法，分析了估計(jì)器的均值和方差以及理論性能，分?jǐn)?shù)倍頻偏估計(jì)結(jié)果同現(xiàn)有方法一樣，但是整數(shù)倍頻偏估計(jì)結(jié)果明顯優(yōu)于已有方法，而且可以達(dá)到理論性能下限。該方法不增加系統(tǒng)代價(jià)和計(jì)算復(fù)雜度便可以獲得較為優(yōu)越的性能，具有一定的實(shí)際意義。 4.提出了兩種OFDM系統(tǒng)的盲頻率同步或

7、跟蹤方法方法。使用載波間干擾自抵消方案，利用該系統(tǒng)在子載波間引入的信息冗余，分別提出了基于確定性最大似然和隨機(jī)性最大似然的頻率同步環(huán)路。分析了采用載波間干擾自抵消方案的頻率同步可處理的頻偏范圍、均值、方差以及克拉美－羅下界。討論了基于接收機(jī)分集的頻率同步問(wèn)題，當(dāng)系統(tǒng)存在虛擬子載波時(shí)，不論采用單個(gè)接收機(jī)還是分集接收均可以利用虛擬子載波構(gòu)造噪聲子空間利用MUSIC法估計(jì)頻偏，如果不存在虛擬子載波時(shí)，接收機(jī)分集可以保證頻偏的可辨識(shí)性。我們推導(dǎo)