臺灣博碩士論文加值系統

本論文研究數位多波束成型與目標信號方向估測演算法，並以TI C6x DSP平台實現多模式數位波束成型MC-CDMA接收機。數位波束成型系統分成三個模式：模式一，以數位化的快速傅立葉轉換(FFT)演算法產生多波束指向，產生空間分區通訊功能；模式二，以Unitary-ESPRIT演算法估測行動台DOA；模式三，對特定方向的干擾信號進行旁波束零化。而MC-CDMA發射機可視需求產生BPSK/QPSK/16QAM多載波調變與不同長度之展頻碼；MC-CDMA接收機進行FFT解調與解展頻處理。Unitary-ESPRIT演算法被用來實現MC-CDMA接收機之DOA與旁波束零化的功能。

In this thesis, the algorithms of the digital multiple beamforming (DMB) and target directional of arrival (DOA) are studied in this thesis. The multi-mode digital Beamformer and MC-CDMA receiver are realized on TI C 6x DSP platform. The digital beamformer has three modes: FFT multiple beam mode; unitary-ESPRIT DOA mode; and nulling mode. The MC-CDMA transmitter can generate BPSK/QPSK/16QAM multi-carrier modulation signals using different length IFFT for different spread spectrum code length. The MC-CDMA receiver demodulates the multi-carrier signal using FFT and despreads the code signal. The Unitary-ESPRIT algorithm is used to implement the DOA and antenna nulling functions for the MC-CDMA waveforms.

目 錄
1.緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究方法與目的 1
1.3系統簡介 2
1.4章節簡介 2
2.數位多波束成型與指向和旁波束零化 4
2.1一維陣列天線接收窄頻信號模型 4
2.2數位波束成型 5
2.3數位波束成型零化權值計算 12
3.應用Unitary-ESPRIT演算法之DOA處理 15
3.1等間距線性陣列架構的ESPRIT(ULA-ESPRIT) 15
3.2 ULA架構的TLS-ESPRIT與LS-ESPRIT演算法 18
3.3前/後空間平滑法 22
3.4 Unitary-ESPRIT……………………………………………………28
3.5 Unitary-ESPRIT演算法實現……………………………………...34
4. 多模式數位波束MC-CDMA接收機系統 39
4.1 MC-CDMA傳接系統 39
4.2 DOA模擬與性能估算 43
4.3 波束成型模擬與性能估算 57
5 TI C6x數位信號處理器平台之實現與測試研究. 65
5.1 數位處理器平台及發展工具的介紹. 65
5.2 多模式數位波束MC-CDMA接收機實作的分析與討論 66
5.3 DSP運算效能計評估與改善. 67
6. 結論 71
附錄A Unitary-ESPRIT 演算法矩陣之特徵值與奇異值分析 72
A-1非對稱矩陣之特徵值分析 72
A-2正定矩陣之奇異值分解分析 73
A-3 QR因式化與Hessenberg簡化分析 73
A-4 解線性系統與求特徵向量 75
參考文獻 76
表 目 錄
表4.1 (a) Unitary-ESPRIT之DOA估測值分佈統計表 49
表4.1 (b) Standard-ESPRIT之DOA估測值分佈統計表 49
表4.2 (a) Unitary-ESPRIT之DOA估測值分佈統計表 52
表4.2 (b) Standard-ESPRIT之DOA估測值分佈統計表 52
表4.3 (a) DOA估測值分佈統計表(未做可靠性測試) 56
表4.3 (b) DOA估測值分佈統計表(經過可靠性測試) 56
表5.1 處理器程式效能分析 68
圖 目 錄
圖1.1多模式數位波束MC-CDMA接收系統方塊圖 3
圖2.1數位波束成型系統類比前端與數位信號處理器之方塊圖 5
圖2.2寬頻數位波束成型系統方塊圖 6
圖2.3八個陣列元的天線陣列之FFT多波束成型 10
圖2.4 (a) DSP模擬FFT多波束成型 11
圖2.4 (b) DSP模擬FFT多波束成型(dB scale) 11
圖2.5九個陣列元的天線陣列之Null-steering波束場型 14
圖3.1 ESPRIT之等間距線性陣列架構 16
圖3.2向前空間平滑陣列幾何 24
圖3.3向後空間平滑陣列幾何 25
圖3.4三種Unitary-ESPRIT陣列幾何 30
圖4.1 MC-CDMA傳送系統 40
圖4.2 MC-CDMA接收系統 40
圖4.3 模擬流程圖 43
圖4.4 Unitary-ESPRIT演算法( TLS版本)之流程圖 44
圖4.5 模擬使用的天線陣列與ESPRIT的子陣列 45
圖4.6之(a) Unitary-ESPRIT之DOA估測值分佈圖 47
圖4.6之(b) Standard-ESPRIT之DOA估測值分佈圖 47
圖4.7之(a) Unitary-ESPRIT之DOA估測值機率分佈圖 48
圖4.7之(b) Standard-ESPRIT之DOA估測值機率分佈圖 48
圖4.8 (a) Unitary-ESPRIT之相位因子在極座標之分佈圖 50
圖4.8 (b) Standard-ESPRIT之相位因子在極座標之分佈圖 50
圖4.9 (a) 比較兩種DOA估測值分佈圖 51
圖4.9 (b) 比較兩種DOA估測值機率分佈圖 51
圖4.10 (a) 相位因子在極座標之分佈圖(未做可靠性測試前) 54
圖4.10 (b) 相位因子在極座標之分佈圖(經過可靠性測試) 54
圖4.11 (a) DOA估測值機率分佈圖(未做可靠性測試) 55
圖4.11 (b) DOA估測值機率分佈圖(經過可靠性測試) 55
圖4.12 (a) 入射的七個MC-CDMA 信號重建之振幅圖 58
圖4.12 (b) 入射的七個MC-CDMA 信號重建之相位圖 58
圖4.13 DOA估測值分佈圖 59
圖4.14 使用Unitary-ESPRIT產生的Null-steering波束場型 59
圖4.15 接收與傳送的16-QAM信號之星雲圖 60
圖4.16 DOA信號之訊雜比 60
圖4.17 陣列輸出之訊雜比 61
圖4.18 Nulling-steering權重計算流程圖 61
圖4.19 Nulling-steering 波束場型(無零點對稱主波束) 62
圖4.20 Nulling-steering 波束場型(零點對稱主波束) 62
圖4.21 智慧型天線多模式數位波束MC-CDMA接收機構架 64
圖5.1 數位處理器之軟體程式流程圖 67
圖5.2 之(a) 8-FFT多波束成型輸出16-QAM星雲圖(DOA=0∘) 69
圖5.2 之(b) 8-FFT多波束成型輸出16-QAM星雲圖(DOA=7∘) 69
圖5.2 之(c) 8-FFT多波束成型輸出16-QAM星雲圖(DOA=-7∘) 70
圖A.1計算正定陣列的奇異值流程圖 73

參考文獻
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