陣列信號處理ARRAY課件

1、陣列信號處理ARRAY課件陣列信號處理ARRAY課件總述概述陣列的基本知識（陣列流形）波束形成文獻分析!總述概述!什么是陣列信號處理陣列信號處理：將一組傳感器在空間的不同位置按一定的規(guī)則布置形成的傳感器陣列，用傳感器陣列發(fā)射能量和接收空間信號，獲得信號源的觀測數(shù)據(jù)并加以處理。什么是陣列信號處理陣列信號處理：為什么要進行陣列信號處理陣列信號處理的目的：從這些觀測數(shù)據(jù)中提取信號場的有用特征，獲取信號源的屬性等信息。改善蜂窩和個人通信服務系統(tǒng)質(zhì)量、覆蓋范圍和容量的強有力的工具。 研究興趣：將接收天線陣列用于反向連接（客戶到基站）為什么要進行陣列信號處理陣列信號處理的目的： 研究興趣來看兩個陣列在天線

2、方面的應用智能天線陣分布多天線陣來看兩個陣列在天線方面的應用智能天線陣智能天線陣!智能天線陣!分布多天線陣分布多天線陣陣列信號處理的系統(tǒng)分類有源系統(tǒng)具有發(fā)射傳感器陣的系統(tǒng)無源系統(tǒng)不具有發(fā)射傳感器陣的系統(tǒng)陣列信號處理的系統(tǒng)分類有源系統(tǒng)超分辨在傳感器陣列的物理孔徑一定的條件下，通過信號處理，獲得比常規(guī)的波束形成器處理方法高得多的空間分辨率。自適應如何能在復雜的干擾背景下最優(yōu)地檢測信號。陣列信號處理主要研究什么!超分辨陣列信號處理主要研究什么!平面波與陣列天線應具有方向性定向發(fā)射和接收采用陣列天線易于控制波束陣列處理的對象空間信號平面波與陣列天線應具有方向性定向發(fā)射和接收自適應天線天線同時形成多個波

3、束波束的指向可以控制發(fā)射和接收的波束指向?qū)挠脩糇赃m應天線天線同時形成多個波束陣列天線在空間分開布置一系列的陣元對接收到的信號進行加權組合改變權值，使波束形狀隨之變化陣列天線在空間分開布置一系列的陣元智能天線技術波束成形天線單元之間的間距小于半個波長發(fā)射機和接收機必須預知方向在蜂窩系統(tǒng)中通過形成的，窄波束減少干擾從而增加復用系數(shù)，增加系統(tǒng)容量通過天線增益，降低發(fā)射功率通過空間濾波抑制可分離的空間干擾，抑制時延擴展、減少瑞利衰落，對于衰落沒有分集增益。智能天線技術波束成形陣列流形（）信號的載波為以平面波形式在空間沿波數(shù)向量的方向傳播基準點處的信號為則距離基準點r處的陣元接收的信號為 延遲時間

4、滯后相位陣列流形（）信號的載波為以平面波形式在空間沿波數(shù)向量的方陣列流形（）陣列信號總是變換到基帶再進行處理的將陣列信號用向量形式表示 方向向量方向向量與空間角向量有關，記作：陣列流形（）陣列信號總是變換到基帶再進行處理的 方向陣列流形（）當有多個信源時，到達波的方向向量分別用表示，i=1, 2,3,.p陣列的方向矩陣（表示信源的方向）為 陣列流形 陣列流形A與頻率相關，代表了相對空間結(jié)構，有助于方向向量 的確定。!陣列流形（）當有多個信源時，到達波的方向向量分別用表移動通信系統(tǒng)面臨的問題頻譜資源緊張、遠近效應、共信道干擾、多徑衰落、越區(qū)切換以及移動臺電池容量問題帶來的功率受限等。移動通信系統(tǒng)

5、面臨的問題頻譜資源緊張、遠近效應、共信道干擾、多波束形成波束形成從傳感器陣列重構源信號實現(xiàn)方式： 增加期望信源的貢獻來實現(xiàn) 通過抑制干擾源來實現(xiàn)陣列信號處理在統(tǒng)計數(shù)學模型基礎上的具體問題波束形成波束形成從傳感器陣列重構源信號陣列信號處理在波束形成的實質(zhì)從信號處理角度看，波束形成實質(zhì)上是一個多輸入多輸出(MIMO)問題。簡單地說，波束形成就是將天線陣列上接收到的信號變換到基帶，然后進行相應的空間譜處理，獲得該信號的空間特征矢量和矩陣以及信號的功率估值和DOA估值。在此基礎上，依據(jù)一定的準則，計算信號在各個天線陣元的加權矢量，生成多個高增益的動態(tài)窄波束來跟蹤多個期望用戶。一種空間濾波方法波束形成的

6、實質(zhì)從信號處理角度看，波束形成實質(zhì)上是一個多輸入多波束形成的目的目的是從信號、干擾和噪聲混在一起的輸人信號中提取期望信號。在接收模式下，使得來自窄波束之外的信號被抑制，而在發(fā)射模式下，能使期望用戶接收的信號功率最大，同時使窄波束范圍以外的非期望用戶受到的干擾最小。波束形成的目的目的是從信號、干擾和噪聲混在一起的輸人信號中提波束形成的優(yōu)點在智能天線中，波束形成是關鍵技術之一，是提高信噪比、增加用戶容量的保證，能夠成倍地提高通信系統(tǒng)的容量，有效地抑制各種干擾，并改善通信質(zhì)量。波束形成的優(yōu)點在智能天線中，波束形成是關鍵技術之一，是提高信波束形成問題研究的方法經(jīng)典方法：需要觀測方向的知識（期望信源的方

7、向）盲方法：沒有期望信源方向信息的情況下恢復信源波束形成問題研究的方法經(jīng)典方法：波束形成的最佳權向量波束形成技術的基本思想： 通過將各陣元輸出進行加權求和，在一時間內(nèi)將天線陣列波束“導向”到一個方向上，對期望信號得到最大輸出功率的導向位置即給出波達方向估計。波束形成的最佳權向量波束形成技術的基本思想：盲波束形成早期的盲波束形成技術依賴方向估計方向估計分為參數(shù)化方法和非參數(shù)化方法兩大類非參數(shù)化方法是基于譜的方法 以空間角為自變量分析到達波的空 間分布（空間譜）盲波束形成早期的盲波束形成技術依賴方向估計多天線系統(tǒng)的信道容量（1）全向單天線系統(tǒng)：在收、發(fā)兩個全向天線之間只存在一條信道，這時的容量由香

8、農(nóng)公式得到：其中：SNRomni接收機入口處的信噪比C信道容量：bpsB接收機帶寬：Hz多天線系統(tǒng)的信道容量（1）全向單天線系統(tǒng)：在收、發(fā)兩個全向天波束成形天線示意圖發(fā)送波束成形接收波束成形天線陣的各個單元間距小于/2波束成形天線示意圖發(fā)送波束成形接收波束成形天線陣的各個單元間多天線系統(tǒng)的信道容量（2）波束成形天線系統(tǒng)：將發(fā)射功率相等的分配到M個全向發(fā)射天線上，M個全向收、發(fā)天線采用相位波束成形技術，則信道容量為：多天線系統(tǒng)的信道容量（2）波束成形天線系統(tǒng)：將發(fā)射功率相等的MIMO天線系統(tǒng)示意圖獨立信道天線陣天線陣2MIMO天線系統(tǒng)示意圖獨立信道天線陣天線陣2多天線系統(tǒng)的信道容量（3）如果發(fā)射

9、功率分散到M個獨立的信道中，并且各個信道具有相同的路徑損耗，則信道容量為：多天線系統(tǒng)的信道容量（3）如果發(fā)射功率分散到M個獨立的信道中多天線系統(tǒng)的信道容量比較多天線系統(tǒng)的信道容量比較傳輸環(huán)境對天線系統(tǒng)的影響傳輸環(huán)境對天線系統(tǒng)的影響空間復用利用空間散射信道，在各個收發(fā)天線對之間形成多路獨立的傳輸信道。傳輸相同數(shù)據(jù)可以提高傳輸可靠性傳輸不同的數(shù)據(jù)可以提高傳輸容量M elementsN elementsTransmitReceive!空間復用利用空間散射信道，在各個收發(fā)天線對之間形成多路獨立的文章結(jié)構與框架引言MIMOOFDM系統(tǒng)模型自適應半盲波束形成算法 基于導頻的自適應算法在無訓練序列的信息信號

10、周期的自適應盲算法仿真結(jié)果與分析結(jié)論文章結(jié)構與框架引言在第三代無線移動通信標準呼之欲出，第四代無線移動通信標準正處于廣泛醞釀之際，人們注意到，為提高信道容量和傳輸速率以及通信質(zhì)量，這兩種標準都涉及到了基于OFDM調(diào)制的MIMO多天線陣列無線傳輸物理層體系結(jié)構這項關鍵技術。1、引言部分（1）在第三代無線移動通信標準呼之欲出，第四代無線移動通信標準正處1、引言部分（2）OFDM具有很好的抗多徑衰落的特性;天線陣列的增益性能取決于陣列的空間幾何分布的設計和分離接收信號的均衡權矢量的算法；MIMO信道直接制約了無線通信的容量和質(zhì)量，是通信網(wǎng)絡規(guī)劃和收發(fā)機設計必須考慮的重要因素，同時MIMO天線陣列還是

11、空分多址(SDMA)的核心構架；所以，近年來對基于OFDM傳輸方案的MIMO信道的研究十分活躍。1、引言部分（2）OFDM具有很好的抗多徑衰落的特性;天線陣1、引言部分（3）目前，對MIMO無線信道的研究主要有兩大方向，第一是建立概念性實驗平臺，通過對無線通信的多天線陣列實測數(shù)據(jù)的分析，研究不同的視距和非視距無線移動通信環(huán)境下的陣列信道特征及其對通信容量的影響;第二是基于智能天線的波束形成器研究，其中矩陣信道估計和均衡盲算法正成為研究熱點，即僅利用接收的陣列信號和源信號的先驗統(tǒng)計特性估計矩陣信道進而恢復出發(fā)射信號。1、引言部分（3）目前，對MIMO無線信道的研究主要有兩大方1、引言部分（4）但

12、是，典型的盲算法都存在計算量大，難以自適應無線移動信道的時間變化、收斂速度慢和符號差錯率(SER)性能到一定程度不隨SNR的提高而相應改善等缺點。由于在OFDM的幀結(jié)構中有一定數(shù)量的收發(fā)端已知的前置信號和導頻信號，因此，本文結(jié)合已知的導頻訓練序列，提出了一種新的用于多載波(OFDM)多天線陣列(MIMO)的自適應半盲算法。1、引言部分（4）但是，典型的盲算法都存在計算量大，難以自適2、MIMO-OFDM系統(tǒng)模型（1）在無線通信中，影響通信性能的一個重要因素是由信道色散產(chǎn)生的延遲擴展和Doppler擴展所導致的頻率選擇性衰落和時間選擇性衰落;在多天線系統(tǒng)中，信道色散還產(chǎn)生角度擴展，導致天線增益性

13、能下降。2、MIMO-OFDM系統(tǒng)模型（1）在無線通信中，影響通信性2、MIMO-OFDM系統(tǒng)模型（2）OFDM以較低的速率把數(shù)據(jù)調(diào)制到多個正交的子載波上，這種調(diào)制在發(fā)端利用IFFT把頻域載波信號轉(zhuǎn)換成時域復基帶信號;在收端執(zhí)行FFT后，對每個接收數(shù)據(jù)采樣值僅須簡單的復數(shù)乘法運算，就可實現(xiàn)信道補償，恢復出原載波信號.由于把OFDM數(shù)據(jù)樣本的最后一定數(shù)量的樣本循環(huán)復制到同一數(shù)據(jù)塊的最前端，構成發(fā)射數(shù)據(jù)幀，該幀信號與信道沖激響應的卷積成為圓周卷積.如果信道延遲擴展比循環(huán)前綴長度短，就可以完全避免ISI，從而省去了陡截的濾波器和需大量復數(shù)乘加的均衡器，使系統(tǒng)實現(xiàn)效率更高，更具明顯優(yōu)勢.2、MIMO-

14、OFDM系統(tǒng)模型（2）OFDM以較低的速率把數(shù)2、MIMO-OFDM系統(tǒng)模型（3）將OFDM信號調(diào)制方式與M個發(fā)射天線N個接收天線構成的多天線MIMO系統(tǒng)結(jié)合起來，就形成了MIMO一OFDM系統(tǒng)結(jié)構。在發(fā)射機，二進制數(shù)據(jù)流經(jīng)OFDM調(diào)制后，由發(fā)射天線發(fā)射.在接收機，接收的信號經(jīng)OFDM解調(diào)后，由波束形成器分離并估計出原發(fā)射信號。2、MIMO-OFDM系統(tǒng)模型（3）將OFDM信號調(diào)制方式與、自適應半盲波束形成算法小結(jié)、自適應半盲波束形成算法小結(jié)、仿真結(jié)果、仿真結(jié)果、結(jié)論部分（）本文提出了一種新的用于MIMO一OFDM多天線陣列無線移動通信系統(tǒng)的半盲自適應波束形成算法.計算機仿真結(jié)果表明，該算法在

15、兩種常用的頻率選擇性衰落信道中，在BER方面明顯優(yōu)于現(xiàn)有的常規(guī)的PSA算法，這對于天線陣列體系結(jié)構的矩陣信道的盲算法研究和應用開辟了一條新的途徑.、結(jié)論部分（）本文提出了一種新的用于MIMO一OFDM多、結(jié)論（）此外，這種算法充分利用了OFDM的導頻特性，波束形成器能自適應調(diào)整權矢量，其更新方式與TDMA和CDMA相似，所以本算法可直接用于有天線陣列基于OFDM的第三代和以后的無線通信系統(tǒng)，在多天線通信系統(tǒng)的矩陣信道估計和提高天線增益方面有廣泛的應用前景、結(jié)論（）此外，這種算法充分利用了OFDM的導頻特性，波消除隱患，確保安全，保障穩(wěn)定，促進發(fā)展。9月-229月-22Wednesday, Se

16、ptember 14, 2022人民消防人民辦，辦好消防為人民。02:15:4402:15:4402:159/14/2022 2:15:44 AM做好安全工作，樹立企業(yè)形象。9月-2202:15:4402:15Sep-2214-Sep-22絆人的樁不在高，違章的事不在小。02:15:4402:15:4402:15Wednesday, September 14, 2022人人保安全，家家笑開顏。9月-229月-2202:15:4402:15:44September 14, 2022每項振作求質(zhì)量，產(chǎn)品質(zhì)量有保障。2022年9月14日2:15 上午9月-229月-22人人有專職，工人有程序，檢查有標準，做好留證據(jù)。14 九月 20222:15:44 上午02:15:449月-22由前至后一條拉，從上到下一條心。九月 222:15 上午9月-2202:15September 14, 2022創(chuàng)名牌、奪優(yōu)質(zhì)，全廠員工齊努力。2022/9/14 2:15:4402:15:4414 September