研究生开题PPT 波束形成方向

智能天线波束赋形及其FPGA设计姓名冉光福导师周围专业电子与通信工程（专业型）•研究背景•主要研究内容点•研究难点与任务•可行性分析目录•进度计划研究背景研究背景02468101998年2003年2008年2011年我国移动用户数各种网络趋于融合网络业务数据化、分组化网络技术宽带化网络技术智能化更高的频段更有效利用频率移动通信技术的发展趋势：单位：亿研究背景移动通信发展的两大瓶颈：容量频谱资源传统的技术：调制解调、信道编码、时域均衡、分集、交织等日趋成熟、完善智能天线（SmartAntenna）技术和空域滤波被引入移动通信系统中来，为解决问题带来了新思路。改善通信链路性能大大提高系统容量提高频谱利用率研究背景智能天线中的核心技术——波束赋形技术根据接收信号特征自动调整形成最佳方向图，给予不同到达方向不同天线增益实时形成窄波束对准用户信号其他来向尽量压低旁瓣抑制干扰提高系统容量SOI：感兴趣信号SNOI：干扰研究内容点研究内容点•阵列信号模型2sin112sin(1)1()()()()xdjMdjMxtenxtxte1()()jtxtste若L个平面波分别以入射角入射到阵列上，则相应阵输入复基带信号矢量为：(1,Ll…,L)()()()nnnxAsn1()()[(),()]Tmnnxnxn阵列输入向量,xx1[(),()]LMLaa阵列流行,,AA1()()[(),()]TLnnsnn平面波信号矢量,,sss1()()[(),()]TMnnnnnn相互独立白噪声向量,,nn2()0inn且的均值为，方差为研究内容点•智能天线结构•基于软件无线电的智能天线结构框图研究内容点•波束赋形算法及其FPGA设计标准LMS算法迭代过程：初始化：当时开始迭代：(0)(0)[0,0,,0]Txw()()()()Tendnnnxw(1)()2()()nnennwwx0n研究内容点标准RLS算法步骤：初始化：1(0)0,(0)PIw更新：1,2,n(1)()()()(1)()HnnnnnnPxxPxk11()(1)()()(1)HnnnnnPPkxP*()(1)()()nnnenwwk^^()()(1)()Hendnnnwx自适应算法基于某种具体的优化准则，能够连续适应不断变化的电磁环境，使固定波束形成方法向前迈出一步，并允许计算不断更新权值。问题的引入：基于梯度的流水算法（如LMS）收敛速度慢；分块算法中的均方域算法（如SMI）数值特性易受影响，算法中矩阵求逆实现困难，结构上不利于并行实现；数据域算法逐渐成为研究热点，主要利用QR分解，直接求得经验误差改进的频域块LMS算法的基本原理：将输入信号和期望信号分别形成N点数据块，然后做N点DFT，权系数每N个样点更新一次频域块LMS自适应滤波器结构研究内容点()un输入研究内容点频域块LMS算法的FPGA设计：输入数据级联模块FFT模块IFFT模块加权相乘模块数据保存相减模块数据块补零模块系数更新模块顶层模块实现频域块LMS算法，需要包括以下的基本模块利用顶层模块调用各子模块完成各部分功能研究内容点在自适应滤波算法的FIR实现中，是通过直接处理经QR分解的输入数据矩阵来完成最小二乘权向量的计算，而不像标准RLS算法那样通过处理输入数据的（时间平均）相关矩阵来完成权值计算，因此QR-RLS算法在数值上更稳定。基于Givens旋转实现QR分解：第一步：计算正弦和余弦第二步：将旋转矩阵用于给定的数据研究内容点标准脉动矩阵结构脉动矩阵结构实现过程中存在的问题：一、浮点运算具有诸多优点，但相对定点运算复杂，FPGA实现困难；二、通过平方根运算更新上三角元素，在FPGA中需要较长运算周期，成本高，运算精度较低；三、虽然实现了数据并行化处理，但以运算冗余度增加为代价因此，该结构值得改进或简化以优化资源研究难点与任务研究难点与任务计算机算法的FPGA表达•数据域算法的硬件实现QR分解、权值计算及更新、脉动矩阵等各模块的硬件设计•设计完成后逻辑资源的优化（时延问题，面积消耗等）从硬件设计角度与MATLAB仿真进行对比分析可行性分析可行性分析FPGA内有着丰富的逻辑资源以及大量的IP核，采用verilog等HDL可以实现具有各种功能的电路。利用MATLAB和ISE进行联调进行信号的分析进度计划进度与计划2012年3月－6月:阅读文献，了解智能天线的工作原理、结构以及其研究现状，重点研究波束形成的各类算法，同时学习VERILOG硬件语言以及ISE。7月－8月:广泛阅读文献，深入研究并理解现有的DBF算法，重点研究基于信号空间特性的算法以及部分盲算法，并用MATLAB仿真软件对各算法进行建模仿真，比较其特性。9月－12月:在ISE环境下进行波束形成算法的硬件设计，进行功能仿真、时序仿真，验证算法的实际可行性以及消耗的资源统计，并作出相应的改进。2013年1月－2月:撰写论文。3月－6月:修改论文，完成答辩。谢谢