【语音处理】基于块反射器的基于DFT的系统中用于旁瓣抑制的正交预编码附Matlab代码

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🔥 内容介绍

摘要: 数字波束形成 (Digital Beamforming, DBF) 技术在现代通信系统中扮演着至关重要的角色，而离散傅里叶变换 (Discrete Fourier Transform, DFT) 是一种常用的波束形成方法。然而，基于DFT的波束形成系统通常会受到旁瓣电平较高的影响，导致干扰、降低系统性能。本文探讨了一种基于块反射器的正交预编码方案，旨在有效抑制基于DFT的波束形成系统中的旁瓣，并提高信号质量。该方案利用块反射器的正交特性，通过构造特殊的预编码矩阵，降低了目标波束周围的能量扩散，从而实现旁瓣抑制。本文详细阐述了该方案的原理、设计以及性能分析，并通过仿真实验验证了其有效性。

关键词: 数字波束形成; 离散傅里叶变换; 旁瓣抑制; 块反射器; 正交预编码

1. 引言

随着无线通信技术的飞速发展，对更高频谱效率、更大系统容量的需求日益增长。数字波束形成技术作为一种空间信号处理方法，能够有效地将信号能量聚焦到目标用户，从而提高信噪比，抑制干扰，显著提升无线通信系统的性能。在众多波束形成算法中，DFT波束形成由于其实现简单、复杂度较低等优点，被广泛应用于各种无线通信系统，如5G、毫米波通信以及大规模MIMO等。

然而，传统的基于DFT的波束形成存在着固有的缺陷，即旁瓣电平较高。较高的旁瓣会导致以下几个问题：

• 干扰增加:

   旁瓣会将信号能量泄露到非目标方向，造成对其他用户的干扰，降低系统容量。

• 信噪比降低:

   信号能量分散，导致目标方向的信噪比降低，影响信号质量。

• 空间分辨率下降:

   难以区分相邻的用户，影响多用户接入性能。

因此，如何有效抑制基于DFT的波束形成系统中的旁瓣，成为了一个重要的研究课题。目前，已有很多方法被提出，例如加权法（如汉宁窗、海明窗等）、迭代方法以及凸优化方法等。这些方法在一定程度上可以降低旁瓣电平，但往往会带来主瓣展宽、算法复杂度高等问题。

近年来，基于正交预编码的旁瓣抑制方法引起了广泛的关注。该方法利用正交矩阵的特性，通过构造特殊的预编码矩阵，使得信号能量更加集中于目标波束，从而抑制旁瓣。本文提出了一种基于块反射器的正交预编码方案，用于基于DFT的系统中，旨在实现高效的旁瓣抑制。该方案利用块反射器的正交性和易于实现的特性，在降低旁瓣电平的同时，能够保持较低的计算复杂度。

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