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《基于Bartlett算法和Capon算法的DOA估計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、基于Bartlett算法和Capon算法的DOA估計及二者性能比較2背景知識Bartlett方法Capon方法Bartlett方法與Capon方法性能比較背景知識有限的無線頻率資源與不斷增長的個人無線通信需求是一對矛盾，同時由于信道環(huán)境復(fù)雜，移動通信信號在本質(zhì)上是多徑傳播，所以需要采用各種信號增強技術(shù)來提高系統(tǒng)的接收性能。智能天線可以自適應(yīng)的調(diào)整天線方向圖，使主瓣對準期望號，抵消干擾信號，提高信干噪比，在移動通信系統(tǒng)中，采用智能天線可以提高頻譜利用率、增加系統(tǒng)容量、擴大基站覆蓋范圍，改善通信量。智能天線實現(xiàn)的空分
2、多址(SDMA)是繼頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)后的又一種多址接入技術(shù)，已成為新一代寬帶無線移動通信的研究熱點之一。其中波達方向(DOA)估計方法是智能天線研究的一個重要內(nèi)容，無論是上行多用戶信號的分離，還是下行選擇性發(fā)射，對用戶信號DOA的估計，都成為智能天線實現(xiàn)指向性收發(fā)的必要前提。什么是DOA？波達方向(DOA:DirectionofArrival)是指空間信號的到達方向,各個信號到達陣列參考陣元的方向角，簡稱波達方向。它是空間譜估計理論中一個重要概念，而空間譜估計又是陣
3、列信號處理兩大研究方向之一。空間譜估計主要研究空間多傳感器陣列所構(gòu)成的處理系統(tǒng)對感興趣的空間信號的多種參數(shù)進行準確估計的能力，主要目的是估計信號的空域參數(shù)或信源位置，而波達方向（DOA）正是其中最主要的一個參數(shù)之一。什么是DOA？DOA估計的傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)的DOA估計方法主要是基于波束形成和零陷導(dǎo)引技術(shù)。在已知陣列流形的條件下，通過對天線陣的電子導(dǎo)引，搜索輸出功率的峰值，從而將其主波束調(diào)節(jié)到所需方向。這類方法的典型代表是延遲－相加法(經(jīng)典波束形成器法)和Capon最小方差法。Bartlett方法的原理此方法通過把天
4、線陣的主波束指向某一方向，以獲得來自該方向功率的最優(yōu)估計，相當(dāng)于將所有可利用的自由度都用來在該觀測方向上形成一個波束。當(dāng)只有一個信號存在時，該方法是可行的。下圖是針對窄帶輸入信號的Bartlett方法的結(jié)構(gòu)示意圖窄帶輸入信號的Bartlett方法的結(jié)構(gòu)示意圖其中陣列輸出y(k)是各天線陣元接收信號的線性加權(quán)之和：將上式作為空間譜函數(shù)，波達方向就對應(yīng)著式中定義的空間譜的峰值。這樣，就可根據(jù)實際測得的陣列輸出功率估計出波達方向。天線陣的總的輸出功率可以表示為：Bartlett方法的原理Bartlett方法得到的空間譜
5、在SNR=50dB時，采用Bartlett法的8陣元得到的空間譜。其中，一個信號從-20度入射到陣列，一個信號從30度入射到陣列。從圖中可以看出，通過搜索空間譜的峰值，即可確定信號波達方向為-20度和30度。當(dāng)存在來自多個方向或多個信源的信號時，延遲－相加法要受到陣列波束寬度和旁瓣高度的限制，由于當(dāng)從多個方向到達的信號來空間距離較近時，會影響正在觀測的方向的平均功率，從而導(dǎo)致該方法的分辨率降低，甚至無法正確識別出目標信號。Bartlett方法存在的問題下面看一下信號分別來自5度、10度兩個方向時Bartlett法
6、得到的空間譜。從其空間譜可以看出，信號入射方向為18度，而實際的入射信號為兩個信號，一個從10度入射，另一個從20度入射。顯然，在多個入射信號空間距離較近時，Bartlett方法不能達到對信號DOA準確估計的目的。Bartlett方法存在的問題通過增加天線陣元的數(shù)目，可以提高延遲－相加法的分辨率，但這也意味著要相應(yīng)地增加各陣元后的接收機的數(shù)量和校準數(shù)據(jù)的存儲要求，從而不可避免地導(dǎo)致硬件的龐大和費用的上升。Bartlett方法存在的問題Bartlett方法的主要缺點是在多個信號存在時的分辨率降低Capon方法196
7、9年J.Capon提出一種最小方差法，這種方法基于空域最優(yōu)濾波的思想，考慮了空域噪聲和干擾的分布，因而改善了Bartlett法（延遲－相加法）的信號分辨能力。這種方法利用一部分自由度在用戶期望方向上形成主波束,同時利用剩余的自由度在干擾信號的方向上形成零點,Capon算法使噪聲以及來自非信源方向的任何干擾所貢獻的功率為最小，但又能保持信源方向上信號功率不變。Capon方法原理Capon法是通過約束輸出功率最小來使非期望信號的貢獻最小的，同時在期望方向上的增益保持為常數(shù)(通常為1)，Capon算法表述如下：上式中權(quán)
8、向量的解為：Capon方法利用Capon波束形成法，天線陣的輸出功率關(guān)于波達方向的函數(shù)可由Capon空間譜得到：Capon方法得到的空間譜在SNR=50dB時，采用Capon法的8陣元得到的空間譜。其中，一個信號從-20度入射到陣列，一個信號從30度入射到陣列。從圖中可以看出，通過搜索空間譜的峰值，即可確定信號波達方向為-20度和30度。在SNR=50dB時，采用Capo
