多径瑞利衰落信道建模与智能天线算法研究

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多径瑞利衰落信道建模与智能天线算法研究

曾志华

忘伟正、李岳霖，￡玉毒

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摘要：选用Ｊａｃｋｓ方法对寿在多普勒扩展的多轻璃利童蕃恬遣进行骨鼻走棋．井在此模型的基础上分析７瑞利袁蓐和多昔勒扩展对基于ｉ小均方误堇（ＭＭｓＥ）准刖和最大惦干晕比（ＭｓＩＮＲ）

准删的于空闻方法和重小均方（ＩＭｓ）算法以＿爰递归曩小二采（Ｒｌ，ｓ）算墙性她的形响．进ｉ提《一静罗径瑞‘一衰善信道Ｔ的智能ｔ鼓兽击训蚌序列长度¨选取ｉ女适一于信道发生；普勒扩展

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关键词：阵列ｔ巍：瑞；．袁落，；普轱扩展．自适Ⅱ穗谴中图分类号：ＴＨ艟ｌ＋，Ｉ

文献标识码：Ａ

文章编号：ⅢＨ”】×ｆ２ｑ）７｝ｓ２．∞】８．｛Ｈ

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则阵列上第ｍ十阵元上的接收信号ｊ，．ｆｆ）为…

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陵精移动通信技术的发展，崩，ｏ数醴也小断的增加，使群频带资源越米堙紧张．如何利用埋有频谱资源进步扩展其中ｎ＋（吼】为信号Ｊ，ｆｆ｝在第ｍ十阵元ｔ的增益，ｎ。ｆｆ）为窑请已成为移动通信发展的关键问题。柙能天线技术为缓解加性旆斯白噪声，

期丰资源紧难，提崭系齄肄餐提供丁

种符艘墟轻。由于暂

整个阵刮的碡收信号用向鞋表示为

能天线技术具有疆好的抗多用户ｒ扰和皋舒干扰的性能ｍ】＿∑ａ帆）ｊ巾）＋ｎ（

”＂，佳崩智睫天线技术可“删盟改普通信质量．

然ｍ．移动通ｆ；信道是时砭褒落的．通常伴碴有严重的蚝中．。ｒｐ．Ｊ为信号ｓ．（ｒ）到达阵列的方向向量．Ⅲｆ）☆加性时延女。旌和毒骨勒自屉．这对钾齄天线葬法的性能遗成极＾高斯＿＿１１噤卢向晕，即

帕嘭响。率空前先耐瑞利衰落ｆｊ道进行建模，然后从ｆ；遒衷ｄ（Ｐ』】＝ｋ（让），“。ｆ竹），ⅡⅣ（Ｐ川１

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蓓的俯度甘析研究丁强ｍ均方ｆＬＭｓ）弹法、递归最小＝乘ｎ（”＝【ｎ“），，ｂｆｆＪ，，，２Ｍ“）】１

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［ＲＬｓ）算法、基于艟小均打溟擎ｆＭＭｓＥ］准则和蛙太情址阵列接啦枉向甜为

ｒ啭比（ＭｓＩＮＲｌ准则的ｒ空州万浩ｏ“１的件能：

Ⅳ＝【ｗ，１．”

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Ⅲ阵列输出为

１信号与信道模型

ｌＪ信号模型

１．２信道模型

假设移动通信系统中基站采用均匀线阵，蹿几千数山盘字蛙藉移动避信系统中信号通常屉多径传捶的．多轻肘，阵兀州距向＇波长，即ｄ＝＾，２。世仃Ｐ十饼，，信号信号辊皿骨ｈ．ｊ盘墟音啦后蓉的接啦［信号的幅度、相位发生同时入射到阵列上，其中ｊ，ｆｒＪ‘Ｊ＝ｌ

２

Ｐ】为第，十瑚，ｏ信

随机泼动．印发生多径衰薄现象…。ｊ’存在太鞲路径，且无号的篮乜络，地波达方向为口ｆ，＝１．２，ｎ．

忾选路径叫，则接收信导的幅度服从Ｒ州ｌｃｍｈ廿却，相位服从均匀甜布，ｆｉ道硅瑞利建落信道刍存存＾量路静．且育

：：黥：：茹‰。絮嚣：：？”裁。。。．

蛊选路世叫，圳接收信哼的幅度服ＭＲ噼分布，相位服从％－鹿伟Ⅲ¨９“、甄！ｚ。

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均匀升了盯’；道屉菜斯衰落信道。

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曹，言，＃．萼多槿瑞利衰落４；遒建模与智能＾线雉法卿究

另外．当移动剧』。’Ｙ垫站百柑时运动时，每十多棒渡长“控制糟葬法的收敛特性．Ｈ日权估值靠近照优较值的速度都会产生多普勒频移．多许勒顿移ｚ４以表示山

和精度，舟丰Ｈ＊距阵Ｒ。和瓦相差向量‰通常可“通过宙限

＾：＾ｃⅢ＝生ｃ‘Ｂｐ

ｆ７１

长样本时间序列估“糟判。最简单的直法是慢用噼Ｈｔ值也就屉使Ⅲ单十刮蝴样木构成的时州序列估Ｈｎ。和【。。即有

式中．１，为穆动台运霜＝的速率：ｃ为ｊｔ建：口为平面波入射月。＝“＾）一ｎｊ¨３）

接收机的堵度：，为载波龋宰：，。＝叫。归为最大多普勒频瓦＝ｘ似Ｊｄ’（¨

（１４１

社。再多往分遁经Ｉｂ，币刊的多普勒频移，且总敬皋就足接选样得到ＩＭｓ算法的选代公式为

收信号发生多将转扩艟．自展竹幅懂～２，ｍｆ一＾一＾），

州Ｅ＋Ｉ】二ｗｍ）＋２肛“Ｋｄ’（ｔ卜Ｊ“ｒｔｌｗｎ））

ｆｌ５）

车支采用Ｊａｋ－方雅： １对绎瑞利衰落信道进行建模，糟ＬＭｓ算法收敛的条件为

赢斯自噪声通往县仃Ｊａｋｃｓ功半碧密度频率响应册低通滤波¨…—Ｌ

ｃ１６】

器的力眭裨｛Ｉ瑞刺轻落倍递忻拜模型ｊ“ｅｓ功革诗密理可Ｌ。

以哀，Ｆ为

运单ｋ．芷自相兰矩阵Ｒ。．的蜮足特征慷

““２币靖

…

２０递归最小二泵（ＲＬｓ）算法

递ｆ１最小二乘（Ｒｌｊ）算法…也是十针对ＭＭｓＥ问碰上式中ｋ为最丈多昔就藏移：，为载波频率：６为佶ｑ甲

的递门求解悼浩与Ｉ。Ｍｓ尊洼水同之址社ｒ—Ｒ工．ｓ算法茌均助半。

其参数丘取１时，町羟最小二朵的意义ｌ扶料蛙佳解。但罔１描绘『＿娃大多普勒颤移为３０Ｈｚ时瑞利衰落ｆｉ道Ｆ在很多悄ｊ５ＬＦ．由ｒ并种琢附使得多数五币能敬Ｉ．

接收信号幅度簖时间疑藩变化的曲线

ＲＬｓ葬珐通过时ｃＩ】平均‘样车平均Ｊ柬估仆自相共矩阵Ｒ．．和互丰｝ｉ哭蚰蕈ｒ“，然后对自辅关矩阵Ｒ。进行求逊运算＋不过矩酵的求逆逞算圮递归执行的．５ＬＭｓ罐法树比．ＲＬＳ算往将阵列收值自适应调节到蟮往枉｛自蚰速度更按．拼

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月具柯更小的渐近偏差。获蒋这些良好性能的｛ｔ竹是增加ｒ

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葬洼的复杂度，

ＲＬｓ掉浩采啊连续ｏ＾计∞样本平均，可以襻到自相差雉

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阵Ｒ。期望值的更好估计：

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五常取值许０９８至

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智能天线算法分析

科样．ｕｒ驵得刽，。的个更好纳估“

２．１最小均方（ＬＭｓ）算法

‘＝＾∑ｏ’州小ｒ。ｄｊ

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器小均方（ＬＭｓ）算法是求衅ＭＭｓＥ问题通用的递归ＲＬｓ霄法权眭群选代吏新公式为：尊洼，在阵ｆｑ最优权估ｄ方哲的应埘极由ｒ泛。阵驯权值的虬＝坼．＋ｐ。ｒ卉Ｊ？ｗ．１

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估训足通过算法每次蛙代更新得到，彝法中的代价函数

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２３基于最小均方误差（ＭＭｓＥ）准则的子空间方法

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塾ｆ。蛙小均打谩差７ＭＭｓＥ）准则的于空川万胜阵列的萁中．ｄｆ＾Ｊ为∞１望信ｑ，Ｒ。为接＿｜５［信号ｎ柏戈钮阵。为权擅是按照使陴刘输山信号’ｌ投射信号之叫均育攫差齄小接收信甘巨丰日燕Ｍ星。

曲鼹＊Ｕ选取”’’即

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算法所景用的代价函数却输出信号∞均靠鹾茬 即

ＬＭｓ算法是基十梯度的算洼．代价雨敛，，的梯度为

』。＝Ｅｆ阻ｆｊ＿Ｅ《Ⅳ”㈨ｉⅢｄＩ女ｊ门

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哩过争代价甬戢＾∞梯壁为零，即

权值的调整是将投值沿梯上望的栅反方向移动一小步，步ｉ羔。２。ｕ”㈨址一２０

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系统仿真学报

井刑日相关掉阵＾。。直接求｛堕．可“得到母ｆ蛀小均万惺差仆ｆＭｓＥ）准则的ｆ空间方法的阡劁枉值

，２４１

时，智能天线算法时误码率随输＾杵噪比娈他的曲线；扒罔中ｔⅡ蚍看出．随着输入信噪比的提高，各智能天线算法的误码率均随之下降，

个值得；ｉ＝意的现象屉基于最小均方谠矗

ｗ…。＝Ｒ二ｏ

与递归求解ＭＭｓＥ问题算法的卟｜ｑ２处徉于．基ｆ最小均方误差【ＭＭｓＥｌ准则的于窄川疗法通珏对ｎ栩是矩阵茸接求逆的方法计算得到阵列投位凯…。…“，而ＬＭｓ算ｙＥ每改选代时需要估计代｛ｆ『丽数的梯蛭．然历按照梯度柯反的方向更新调整阵硎权值；ＲＬｓ掉浊每法选代时墟过舒阵求逆引理公式更新计算自相关纷薄的逆矩阵，然后格到阵列杈值

的估计，

ｒＭＭｓＥ）准则或基ｊ蛀ｋ佑Ｆ噤比ｆＭｓ蚋Ｒ，准则的予空间玎浩的性能祭体忧于心统的城小均方ｆＬＭｓ）算珐、递归箍小二桀ｆＲＬｓ）算往。于空瞄方法需要进行矩阵求逆运算．算法的计算量要＾。些，哪ＬＭｓ遣代才齄选到收敛

Ｒ【５算法需爱进｛于多孜

２４基于最大信千嗓比（ＭｓｌＮＲ）准则的子空问方法

基于箍大信丁噪比、ＭｓⅡ诹］准Ⅲ的ｒ守倒方法．按

照使阵驯输出信丁噪比螭太的原则埕定阵刮权值…，

对于式（２Ｊ．如果记ｓ．（ｆ）＝Ⅱ【日）ｊ【（ｆＪ期犟信号向量．

Ｈ（１）＿∑酬ＢＪ“（ｊ）＋ｎ（ｆＩ曲总的ｆ扰加嘴声向量，剐

“ｆ）＝ｓｌ¨Ｊ＋Ｈ【”阵刘输出信干噪比ｓｌＮＲ为

（２即

目ｊ

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；＝一＝鲁＝等等

其中

足，＝Ｅ旧（，）ｓ，（１）｝为有用信号的自相关矩阵

且。＝到州ｒｍ“（ｒ）｝

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３．２信道发生不同多普勒扩展时的仿真

固３显示丁当系统中存在２个等功率的多址干扰（ＭＡＩｊ

ｆ”１用户，且输入信噪比为２０ｄＢ时，期望用户信号发生不同多普勒靠Ｌ展时再智能天线算法的涅码窄性能变化曲线。从圈中

ｆ２８１

可以看出，当接收信号发生多普勒扩展时，各智能天线算法的性能降低得｛Ⅱ严重。说明多瞢勒扩展对智能天线葬法性能的影响报大，尤其是对传统的挝小均方（ＬＭｓ）算法、递归蛀小二乘（ＲＬｓ）算法的影响尤为明显。

为干扰加加噪声的自相关矩阵。

｛月。置。Ｊ的蔚太，。义特征值所对麻的单位广义特征向量。

使输出信干蝶比‘蛀大的阵列救值＿一为矩阵束ｗｍＭ＝峨ｊ４∞）

（２９）

求解后可以得剖使阵列输出信噪比屉太的阵列杜值为

式中，口为宴系数．屯Ｉ为干扰和嚷声邑捐关矩阵的逆矩阵，口池Ｉ出期望信号的方向向璧。

３仿真及结果分析

Ｆ面对璃利衰落倍遭下智能无线葬法的性能进行仿真试骑骨折，仿真中栗甩具仃５十阵元的均匀线阵．阵兀州距为ｚ，２。３个用户信号分别从不同的方向等功率入射判阵列，＾射方日分别为３０“，４５６和６０’．韩中一个坩户信号作为期望用户信号，另外两个用户信号作如多址干扰（ＭＡＩ）信号．用户信号数据传输速率均为２４３Ｋｂｐｓ．调制方式均为ＤＢＰｓＫ，训练序列的长度～根措仿真时的具体情况设定为鞍适宜的长度ｉ为了真实的反映算法性能，仿真中没有采用任何纠错编码。茌瑞利寝落信道Ｆ，对不同输入信噪比时暂能天线算法的性能进行了仿真．｜苷对接收信号发生不附搴普勒扩展时智能天线掉法的性能进行了比较。

圈４显示了当输入信噪比为２【）ｄＢ，期望用户信号发生

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３ｊ不同多普勒扩展情况下诩练序列长度的靠取的每普勒扩展分别为２０№，帅Ｈｚ、ｌ如№时，备智能天线

算法误码率性能髓采样暂口太小ｒ或训练序列长度）Ｎ变化的曲线。从搿４中可以看出，随着接收信号发生多昔勒扩展的增大．采样窗口的大小Ｎ的取值应相应的硪小．才能得到较理想的误码率。这是因为多酱勒∥展的增大表明信道的时蔓性加强．此时若采用较妊的采样估计窗口．划在此估计期间信道已经垃生丁明蛀的变化。

３．１不同输入信噪比情况下的仿真

圈２显示ｒ当信道中不存在多昔勒扩展时，目｜】＾＝０Ｈｚ

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曹忘牛．普．毒径瑞利袭落错遒建攥与糟鸵天线葺ｊ击研咒

需要进行多礁迓代ｊ能选到收站．Ｒ￡ｓ尊浊的收敛速＆恍ｆＬＭｓ算法．衄算法所需训练』＊列的ｋ瞧仍明艋＾于ｆ空间商法．母厉皓ｊＢｒｆ：ｊ萱援生平Ｍ多昔勒扩艟时钾能秃线抖往

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所需训练序列的１五直Ｋ艇。

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４结论

本文前先计多狰瑞刺衰南仨逝进行建擞和仿奠．然后在此基础Ｉ丹析比较，瑞耕琏淳信道上Ｆ智能天线算法的性能

仿真结果表明，当信道采发生埔利衰落，即接扎信号＾控生多昔勒０展”，最小均方ｒｕⅥｓＪ算法和递归最小｜桑ｆＲＬｓｊ掉法虬及基于蛀小均方误差‘ＭＭｓＥＪ准ｍＵ戒些ｒ最太信ｊ噪；￡‘Ｍｓ斟ＲＪ准则的于空州方法均托吼出根打的性能、然㈣‘｛。＝进盐生瑞荆衰落时．接收信号的多簿勒扩展埘智能天线算法的性能蟛响根大。并丑ｌ，Ｍｓ、ＲＬｓ掉洼

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车Ｚ提出∞大规模风场可税他算法使风场数据直脱形氰化、可观他避鱼ｒ升析、整理繁杂的资牡所带来的麻烦．打气象舒自”研觅提供Ｊ’丹｝象的资料，通过豫掣系统的婪骀．阜弊挂可以址理‘规模溉蹰数据．同时ｎＩ姓能用忙基于局域阿的ｃ，ｓ颦掏ｒ进行眦域可视化，实现多＾实时可视Ｍ场数据具霄臣好的厩州前景

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多径瑞利衰落信道建模与智能天线算法研究

作者：作者单位：

曹志华， 庞伟正， 李岳霖， 王玉峰

哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨,150001

本文链接：/Conference_6504583.aspx

授权使用：云南大学(yndx)，授权号：5c823855-6f79-4def-9541-9ea300b7903e

下载时间：2011年3月11日

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