智能天线广播波束赋形应用探讨
智能天线广播波束赋形应用探讨
摘要：TD-SCDMA的难点在于覆盖与自干扰。解决的办法有很多，本文提供了调整广播波束赋形宽度这种便捷有效的方法，可以根据不同的无线场景，设置最为合理的波束宽度，即达到预期的覆盖效果，又能减少公共信道的干扰，提升系统性能。
关键词：波束宽度场景
1.引言
智能天线是TD-SCDMA的关键技术之一。该技术的运用大大降低了TD-SCDMA系统内部的干扰，提高了系统容量。然而这只适用于用户在通话过程中，智能能天线对每个用户的上行信号均采用赋形波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到抑制干扰信号的目的，提高系统性能是非常直接的。但在用户没有发射，仅处于接收状态下，基站是不可能知道该用户所处的方位，只能使用全向波束进行发射，所以优化广播信道及下行导频信道波束，不仅可以减少公共信道的干扰，提升系统性能，而且还能根据场景之需，因地制宜，达到良好覆盖效果。
2.广播波束赋形的介绍
天线的垂直波瓣宽度和下倾角决定基站覆盖的距离，而天线的水平波瓣宽度和方位角度决定覆盖的范围。广播波束是在广播时隙形成，实现对整个小区的广播。TD系统中，在帧结构中为广播信道设置了专门的时隙。
图 1 TD帧结构图
波瓣宽度的大小反映了天线的能量辐射集中程度，波瓣宽度越窄天线主瓣(3dB角内)能量越集中，旁瓣对周边小区干扰也越小。对于广播信道全向赋形，全向天线的水平波瓣宽度均为360度；定向天线的常见水平波瓣宽度有30度、65度、90度、120度等多种。
对使用普通天线的无线基站，其小区的覆盖完全由天线的辐射方向图形确定。当然，天线的辐射方向图形是可能根据需要而设计的。但在现场安装后除非更换天线，其辐射方向图形是不可能改变和很难调整的。但智能天线的辐射图形则完全可以用软件控制，在网络覆盖需要调整或由于新的建筑物等原因使原覆盖改变等情况下，均可能非常简单地通过软件来优化，如图2。所以在TD系统中，广播波束赋形已经成为日常优化的一种参数方法。有了它，网优人员就可能轻松地根据实际环境之需，根据周边站点的间距、疏密程度来调整使用广播信道的波束赋形宽度，达到预期的效果。
图 2 软件调整波束宽度
目前TD系统不仅可以通过软件调整广播信道的波束宽度，而且还可以通过软件调整波束的水平方向，调整权值等等。主要调整思路如表1。
表 1 智能天线波束赋形调整
天线半功率角的大小参数调整，半功率角调整支持30度、65度、90度、120度等多种
本文着重从广播信道的半功率角方面来讨论广播波束赋形在各个场景中的应用。
3.场景应用探讨
3.1. 密集城区场景
3.1.1.场景特点
密集城区建筑物平均高度超过30米，建筑物较为密集，平均楼间距约10~20米；区域内通常存在大量写字楼或者商场、店铺等建筑；区域内话务量密集、业务速率要求较高，是数据业务发展的重点区域。密集城区无线信号的传播环境复杂。
3.1.2.优化建议
密集城区的TD-SCDMA网络，无线环境复杂，站点间距又小，同时可能存在由于选址问题导致的站点布局不合理，容易产生大量的由于阻挡导致的信号弱场或盲区、街道效应、拐角效应、越区覆盖、导频污染、乒乓切换等问题。
图365度天线水平与垂直波瓣图
该场景下广播波束宽度建议调整为65度，波束图参见图3。该波束主瓣能量集中在65度角的范围内，旁瓣干扰相对较小，配合天线的方向、下倾角可以较容易解决由于密集城区站间距相对较小导致的导频污染，可以合理地控制覆盖范围及切换带。
3.2. 一般城区场景
3.2.1.场景特点
一般城区建筑物平均高度在30米以下，建筑物相对密集，平均楼间距约20米左右；区域内通常存在大量高度起伏不大的楼房、店铺或厂房；区域内话务量相对密集。在普通城区构建的TD-SCDMA网络，由于无线信号的传播环境相对复杂，同样也会遇到和密集城区类似的网络优化问题，如覆盖的弱场盲区、导频污染、同频干扰、街道效应等，这些都是是造成网络性能指标差的主要原因。
3.2.2.优化建议
一般城区的场景特点和网络问题与密集城区类似，优化思路也基本一致，广播波束宽度建议调整为65度为宜，主要是为了减少导频污染，覆盖距离可以通过下倾角来控制。
3.3. 郊区场景
3.3.1.场景特点
建筑物平均高度10~15米，建筑物较为稀疏，平均楼距约30~50米；区域内通常存在大量居民住宅小区、工厂、商铺等建筑；区域内话务量较低、可提供低速率数据业务，对覆盖需求较为迫切。
3.3.2.优化建议
郊区构建的TD-SCDMA网络，由于站间距相对较大，弱覆盖问题相对比较多，个别地方也会存在导频污染、远端DwPCH对UpPCH的干扰、越区覆盖等网络优化问题。
图4120度天线水平与垂直波瓣图
该场景下广播波束宽度建议调整为120度，波束图参见图4。郊区场景站间距较大，住宅区分散，话务量较小，站点稀疏，该场景对覆盖的需求较高。比较65度波瓣，120度波瓣的特点在于覆盖较广、距离较短，在较广阔的范围内提供均匀的能量。配合方向、下倾角、功率的调整能够较好地解决郊区环境下的广度覆盖需求。
3.4. 城乡结合部场景
3.4.1.场景特点
城乡结合部筑物平均高度在20米以下，建筑物非常密集，楼与楼紧挨着，平均楼间距不超过2米左右；区域内都是出租房，话务量密集又相对较高。这种区域即要投入站点来加强覆盖，吸收潜在话务，又要最大程度减少站间的相互干扰。该场景是目前网络覆盖中使用宏基站最难处理的一种环境。
3.4.2.优化建议
受城乡结合部特点影响，这种区域内覆盖与设备的投入成本是成正比关系。在这种情况下，若考虑到成本因素，可以尝试将广播波束宽度调整为90度，波束图如图5。90度波瓣的覆盖范围介于65度与120度之间，旁瓣的干扰也介于65度与120度之间，所以使用90度波瓣可以在牺牲一部分干扰的情况下增加基站覆盖范围。
图590度天线水平与垂直波瓣图
3.5. 高速公路（跨海大桥）场景
3.5.1.场景特点
高速公路或跨海大桥这种带状环境，传播环境一般较理想，区域内话务稀疏，建站的目的主要是为了解决宏蜂窝公路广覆盖，覆盖目的性明确。
3.5.2.优化建议
该场景下广播波束宽度建议调整为30度。该类型的波束宽度能将天线发射能量全部集中在一个较窄的波束带内，有效地增加主瓣覆盖的距离，同时由于旁瓣能量的减弱，旁瓣干扰抑制相对好于其它几种情况。
该波束正好符合高速公路及跨海大桥场景所需，尖锐的波束即可增加本站的覆盖距离，又可以降低信号对周边站点干扰（尤其在覆盖桥面时，可以较好控制波束的朝向，降低因海面镜面效应带来的相互干扰）。
4.广播波束赋形应用效果
4.1. 全网性改善案例
今年厦门网优中心采用细分方式，将TD覆盖区域细致划分成以上5种类型，并根据类型需求，配合天线工程参数相应调整了P-CCPCH广播波束赋形宽度。调整之后P-CCPCH C/I取得了不错的效果。
图6调整前的P-CCPCH C/I
图6是调整之前厦门的P-CCPCH C/I分布图，受建网之初保覆盖的影响，调整之前厦门大部分区域都是采用120度宽度波瓣。图中在厦门岛的东北角、东南角、以及西北角的城乡结合部都存在C/I较差的情况。
图7调整后的P-CCPCH C/I
图7是调整之后厦门的P-CCPCH C/I分布图。在修正波瓣宽度后，大部分区域的C/I 取得明显的改善。P-CCPCH C/I也从调整之前的97%左右提升到现在的98.2%。
4.2. 局部性改善案例
仙岳路SM商业城2路段：测试中SM商业城2_1旁瓣主导频与开明电影院_3形成同频干扰，造成CI恶化导致掉话，如图8。经过分析发现该路段本应该是SM商业城_2来覆盖，但SM商业城2_1的波束宽度被设置为120度，主瓣信号覆盖范围过大，信号瞬间波动影响了切换测量。
干扰掉话点
图8SM商业城路段调整前情况
将SM商业城2_1的P-CCPCH广播波束赋形宽度由120度调整为65度，旁瓣信号覆盖范围得到有效控制，旁瓣信号串扰问题得到解决，该路段的掉话点也消失了，如图9。
图9SM商业城路段调整后情况
5.总结
TD组网过程中最大的问题是信号覆盖与自干扰。P-CCPCH是小区广播信道，决定着小区的覆盖范围，然而系统中受干扰最为严重的时隙正是P-CCPCH所位于的TS0与下行导频时隙。即保证覆盖又减少P-CCPCH干扰的办法有很多，本文提供了调整广播波束赋形宽度这种便捷有效的方法，可以根据不同的无线场景，设置最为合理的波束宽度，即达到预期的覆盖效果，又能减少公共信道的干扰，提升系统性能。
参考文献
[1] TD-SCDMA网络优化手册（中兴专版）
智能天线波束赋形GOB算法与EBB算法比较
目前比较常用的波束赋形算法有2种：GOB算法和EBB算法。GOB算法是一种固定波束扫描的方法，对于固定位置的用户，其波束指向是固定的，波束宽度也随天 线阵元数目而确定。当用户在小区中移动时，它通过测向确定用户信号DOA，然后根据信号DOA选取预先设定的波束赋形系数进行加权，将方向图的主瓣指向用户方向，从而提高用户的信噪比。EBB算法是一种自适应的波束赋形算法，方向图没有固定的形状，随着信号及干扰而变化。其原则是使期望用户接收功率最大 的同时，还要满足对其他用户干扰最小。 实际设备中采用了EBB算法，需要说明的一点是，仅下行有波束赋形技术，上行方向，手机天线无法进行波束赋形，基站多个天线此时主要用于分集接收。 简单来说就是一个天线阵的运用，上行信号到达每个天线的时间是不一致的，但天线之间的相差是可以预知的，只要将每个天线上的上行信号做一个加权处理，所得信号将是同相信号，将天线阵上的信号相加，即可增加10logN*N db（此处应为10logN db——本人注）的信噪比；同理下行时，首先根据上行信号估计 空间特性，然后在天线阵上发送具有相差的信号，使各个天线下行信号到达接受机的信号同相。上下行中相位的加权运算就是波束赋形。 注解：波束赋形工作由基站完成 GOB 与EBB算法的区别 目前智能天线的赋形算法主要有以下两种： 一、GOB(Grid Of Beam)算法（又称波束扫描法）：它是基于参数模型（利用信道的空域参数）的算法，使基站实现下行指向性发射。 GOB算法的基本思路如下： 将整个空间分为L个区域，并为每个区域设置一个初始角度。以各个区域的初始角度的方向向量为加权系数，计算接收信号功率，然后找到最大功率对应的区域，再将该区域的初始角度当作估计的到达角。利用上下行信道对称的特点，确定赋形角度。 二、EBB(Eigenvalue Based Beamforming)算法（即特征向量法）：通过对空间
波束成形
第四章智能天线自适应波束成形算法简介 4.1 引言 智能天线技术作为一种新的空间资源利用技术，自20世纪90年代初由一些学者提出后，近年来在无线通信领域受到了人们的广泛关注。它是在微波技术、自动控制理论、数字信号处理(DSP)技术和软件无线电技术等多学科基础上综合发展而成的一门新技术。智能天线技术从实质上讲是利用不同信号在空间上的差异，对信号进行空间上的处理。与FDMA,TDMA及CDMA相对应，智能天线技术可以认为是一种空分多址SDMA技术，它使通信资源不再局限于时域、频域和码域，而是拓展到了空间域。它能够在相同时隙、相同频率和相同地址码情况下，根据用户信号在空域上的差异来区分不同的用户。智能天线技术与其它通信技术有机相结合，可以增加移动通信系统的容量，改善系统的通信质量，增大系统的覆盖范围以及提供高数据率传输服务等。 4.2 智能天线技术及其优点 智能天线，即具有一定程度智能性的自适应天线阵，自适应天线阵能够在干扰方向未知的情况下，自动调节阵列中各个阵元的信号加权值的大小，使阵列天线方向图的零点对准干扰方向而抑制干扰，增强系统有用信号的检测能力，优化天线方向图，并能有效地跟踪有用信号，抑制和消除干扰及噪声，即使在干扰和信号同频率的情况下，也能成功地抑制干扰。如果天线的阵元数增加，还可以增加零点数来同时抑制不同方向上的几个干扰源。实际干扰抑制的效果，一般可达25--30dB以上。智能天线以多个高增益的动态窄波束分别跟踪多个移动用户，同时抑制来自窄波束以外的干扰信号和噪声，使系统处于最佳的工作状态。 智能天线利用空域自适应滤波原理，依靠阵列信号处理和数字波束形成技术发展起来，它主要包括两个重要组成部分，一是对来自移动台发射的多径电波方向进行到达角(DOA)估计，并进行空间滤波，抑制其它移动台的干扰；二是对基站发送信号进行数字波束形成，使基站发送信号能够沿着移动电波的到达方向发送回移动台，从而降低发射功率，减少对其它移动台的干扰。在普遍采用扩频技术的CDMA系统中，采用智能天线的优势主要体现在以下几个方面： 1) 提高了基站接收机的灵敏度 基站接收到的信号，是来自各天线单元和收信机接收到的信号之和，如果采
智能天线综述
文章编号:1006-7043(2000)06-0051-06 智能天线综述 肖炜丹,楼 吉吉,张 曙 (哈尔滨工程大学电子工程系,黑龙江哈尔滨150001) 摘 要:智能天线技术作为ITM -2000(International Mobile Telephone -2000,2000年全球移动电话)的核心技术之一,受到国内外移动通信业的高度重视.本文对智能天线的基本概念、基本原理和国内外研究现状等进行了综合论述,并讨论了其相关技术及应用和发展前景,最后对智能天线技术研究中的难点和应注意的问题发表了看法.① 关 键 词:智能天线;软件无线电;移动通信;ITM -2000;第二代移动通信系统;第三代移动通信系统中图分类号:TN911.25 文献标识码:A Summ arization of Sm art Antennas XIAO Wei-dan ,LOU Zhe ,ZAN G Shu (Dept.of Electronic Eng.,Harbin Engineering University ,Harbin 150001,China ) Abstract :Great attention is paid to the application of smart antennas by mobile communication trade both here and abroad as one of the key techniques for ITM -2000(International Mobile Telephone -2000).The paper presented basic concepts and principles of the smart antennas ,including its research situation at home and abroad ,and then discussed correlated technologies and potential applications.Finally ,the authors ’opinions were presented about the difficulties and the problems that should be considered in the research of smart antennas. K ey w ords :smart antenna ;software radio ;mobile communication ;ITM -2000;2G;3G 近年来全球通信事业飞速发展,通信业务的需求量越来越大,特别是第三代移动通信等新概念的出现,对通信技术提出了更高的要求.第三代移动通信系统的理想目标是有极大的通信容量,有极好的通信质量,有极高的频带利用率.在复杂的移动通信环境和频带资源受限的条件下达到这一目标,主要受3个因素的限制:1)多径衰落;2)时延扩展;3)多址干扰.为克服这些限制,仅仅采用目前的数字通信技术是远远不够的.近几年开始研究的移动通信的智能技术,即智能移动通信技术,包括智能天线、智能传输、智能接收和智能 化通信协议等,为克服和减轻这些限制,达到或接近第三代移动通信系统的理想目的,提供了最有力的技术支持,已成为第三代移动通信系统最重要的技术保证.而其中的智能天线技术以其独特的抗多址干扰和扩容能力,不仅是目前解决个人通信多址干扰、容量限制等问题的最有效的手段,也被公认为是未来移动通信的一种发展趋势,成为第三代移动通信系统的核心技术.为便于广大通信爱好者能够对智能天线技术有所了解,本文将从智能天线的概念、原理、相关技术及其应用做一简要介绍. ①收稿日期:2000-06-01;修订日期:2000-11-15 作者简介:肖炜丹(1975-),男,黑龙江哈尔滨人,哈尔滨工程大学电子工程系硕士研究生,主要研究方向:通信与信息系统. 第21卷第6期 哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报 Vol.21,№.62000年12月 Journal of Harbin Engineering University Dec.,2000
波束赋形
TD-LTE双流波束赋形天线技术 双流波束赋形技术是TD-LTE的多天线增强型技术，是TD-LTE建网的主流技术，结合了智能天线波束赋形技术与MIMO空间复用技术，是中国移动和大唐移动共同创新的成果，也是中国通信产业技术能力的体现。 一、8天线双流波束赋形技术引入需求分析 多天线技术是天线技术发展趋势，现有TD-SCDMA已经引入了8天线，TD- LTE也引入了8发2收的天线配置，到LTE-A则将引入8发8收的天线配置。 考虑到提升覆盖能力和降低引入TD-LTE的CAPEX，TD-LTE系统中引入了8天线方案。另外，引入8天线还可以使TD-SCDMA平滑演进到TD-LTE，同时继续沿用并充分发挥TDD 系统在赋形方面的优势。 1．系统平滑演进需求 目前，TD-SCDMA网络正在全国迅速铺开。与此同时，TD-SCDMA演进技术TD-LTE也被提上了未来移动通信网络建设发展的日程。如何在进行TD-SCDMA网络建设的同时保证能够向TD-LTE实现平滑演进已经成为了运营商和设备供应商共同关注的焦点问题。 出于系统平滑演进的考虑，大唐移动提出了产品设备共平台设计的解决方案，有效的保护网络建设现有投资，保证网络升级的快速便捷。在主设备实现平滑演进的同时，从节约建网成本、降低建站难度等角度出发，需要尽可能保持TD-SCDMA网络已部署的天线系统不变，且可以在TD-LTE中继续使用。为实现天线系统的平滑演进，TD-SCDMA网络中进行宏覆盖主要采用的8天线，需要在TD- LTE网络中继续使用。 2．技术演进需求 波束赋形技术是一种基于小间距天线阵列的线性预处理技术，能够根据用户的信道特性进行波束赋形，具有扩大覆盖、提高系统容量、降低干扰的能力。作为TD-SCDMA的核心技术，波束赋形技术已在中国移动3G网络中广泛使用。 在LTE技术规范Release 8版本中，引入了单流波束赋形技术，对于提高小区平均吞吐量及边缘吞吐量、降低小区间干扰有着重要作用。但是，面对LTE Release 9以及LTE-Advanced系统的更高速率需求，有必要对波束赋形技术加以扩展。以LTE定义的最大发天线数8天线为例，由多天线理论可知，8×2天线系统的单用户MIMO至多可以同时传输两个数据流，这就意味着LTE Release 8规范中的单流波束赋形技术并没有充分开发信道容量。根据信道容量相关理论可知，信道容量为信噪比的对数函数，随着信噪比提升，容量增加趋势越来越缓；在高信噪比情况下，将某个数据流的功率降低一半并不会导致该数据流容量大幅降低，此种情况利用另一半功率来发送一个新的数据流将会极大地提升传输容量。 为满足TD-LTE系统中使用8天线以及扩展波束赋形技术以提升容量的需求，中国移动和大唐移动共同推出了采用8天线配置的双流波束赋形技术。 二、双流波束赋形技术介绍 双流波束赋形技术应用于信号散射体比较充分的条件下，是智能天线波束赋形技术（即单流波束赋形技术）和MIMO空间复用技术的有效结合，在TD-LTE系统中，利用TDD信道的对称性，同时传输两个赋形数据流来实现空间复用，并且能够保持传统单流波束赋形技术广覆盖、提高小区容量和减少干扰的特性，既可以提高边缘用户的可靠性，同时可有效提升小区中心用户的吞吐量。 根据多天线理论可知，接收天线数不能小于空间复用的数据流数。8天线双流波束赋形技术的使用，接收端至少需要有2根天线。 根据调度用户的情况不同，双流波束赋形技术可以分为单用户双流波束赋形技术和多用户双
数字波束形成
摘要 随着高速、超高速信号采集、传输及处理技术的发展,数字阵列雷达已成为当代雷达技术发展的一个重要趋势。数字波束形成(DBF)技术采用先进的数字信号处理技术对阵列天线接收到的信号进行处理,能够极大地提高雷达系统的抗干扰能力,是新一代军用雷达提高目标检测性能的关键技术之一。并且是无线通信智能天线中的核心技术。 本文介绍了数字波束形成技术的原理，对波束形成的信号模型进行了详细的推导，并且用matlab仿真了三种计算准则下的数字波束形成算法，理论分析和仿真结果表明以上三种算法都可以实现波束形成，并对三种算法进行了比较。同时研究了窄带信号的自适应波束形成的经典算法。研究并仿真了基于最小均方误差准则的LMS算法、RLS算法和MVDR自适应算法，并且做了一些比较。 关键词：数字波束形成、自适应波束形成、智能天线、最小均方误差、最大信噪比、最小方差
ABSTRACT With the development of high-speed, ultra high-speed signal acquisition, transmission and processing technology, digital array radar has became an important trend in the development of modern radar technology. Digital beamforming (DBF) technology uses advanced digital signal processing technology to process the signal received by antenna array. It can improve the anti-jamming ability of radar system greatly and it is one of the key technology。It is the core of the smart antenna technology in wireless communication too。 This paper introduces the principle of digital beam forming technology, the signal model of beam forming was presented, And the digital beam forming algorithm under the three calculation criterion was simulated by MATLAB, theoretical analysis and simulation results show that the three algorithms can achieve beamforming, and made some comparison between the three algorithms. At the same time, made some study about the adaptive narrow-band signal beam forming algorithm. Learned and Simulateded the LMS algorithm base on minimum mean square error criterion and RLS algorithm and MVDR algorithm, and do some comparison Key Words:DBF, ADBF, Smart antenna, The minimum mean square error, The maximum signal to noise ratio
MIMO系统的波束形成技术及其仿真
MIMO 系统的波束形成技术研究及其仿真 杨尚贤1，王明皓2 （1.沈阳航空航天大学辽宁沈阳110136；2.沈阳飞机设计研究所辽宁沈阳110035） 摘要：概述了智能天线中的波束形成技术和MIMO 系统中空时分组码原理，基于传统的最小均方（LMS ）算法和MI - MO 系统中空时分组码，研究分析了两者相结合的可行性。 关键词：智能天线；LMS 算法；MIMO ；空时分组码；误码率中图分类号：TN821.91 文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2012）24-0093-03 MIMO systems beamforming technology and its simulation YANG Shang -xian 1，WANG Ming -hao 2 （1.Shenyang Aerospace University ，Shenyang 110136；China ； 2.Shenyang Aircraft Design Institute ，Shenyang 110035；China ） Abstract:The overview of beamforming technology in the smart antenna and space -time block code principle in the multiple -input multiple -output （MIMO ）system ，studied and analyzed the feasibility of combination based on the traditional least mean square （LMS ）algorithm and the multiple -input multiple -output （MIMO ）system space -time block codes.Key words:smart antenna ；LMS algorithm ；MIMO ；STBC ；BER 收稿日期：2012-09-03 稿件编号：201209021 作者简介：杨尚贤（1985—），男，辽宁大石桥人，硕士研究生。研究方向：航空电子信息系统。 随着移动通信技术的快速发展，移动通信用户的数目迅速增加，有限的频谱资源难以满足日益增长的全球市场对于移动通信的巨大需求。采用多输入多输出（MIMO ）技术充分利用频域资源实现移动通信系统性能的有效提高，已经成为近些年来的研究热点[1-4]。在无线通信系统中，多径衰落和各种干扰是普遍存在的。智能天线技术能够有效地抑制多径干扰、同信道干扰、多址干扰等各类型的干扰。而空时编码技术可以在不损失带宽的情况下获得很高的编码增益和分集增益，从而实现抗多径衰落的目的。因此，如果将空时编码技术与波束形成技术相结合将会获得更好的系统性能，文中将对空时编码技术与波束形成技术相结合的可行性进行研究。 1智能天线中的自适应波束形成技术 自适应波束形成技术的基本原理，是根据一定的准则和 算法自适应地调整阵列天线阵元激励的权值，使得阵列接收信号通过加权叠加后，输出信号的质量在所采取的准则下最优。波束形成原理图，如图1所示。 经典的自适应波束形成算法有最小均方算法（LMS ）和递归最小二乘算法（RLS ），采样矩阵求逆（SMI ）算法，最小二乘横模算法（LS-CMA ），基于DOA 估计的空间线性约束最小方差算法（LCMV ）、最小方差无畸变响应（MVDR ）算法、特征子空间（ESB ）算法等，以上算法各有其优缺点[5-9]。本文将以LMS 算法为基础探讨研究波束形成技术。W （n +1）=W （n ）+12 μ[-Δ W （E {ε2（n ）}）]=W （n ）+μ[r xd -R xx W （n ）]（1） 其中，W 是加权向量，μ是常数，称为步长因子，ε（n ）是输出信号与有用信号之间的误差，r xd 是输入信号与有用信号的互相关矩阵，R xx 是输入向量自相关矩阵。 因为r xd ，R xx 都是统计量，因此实际计算需要用估计值代替，LMS 算法的原理[10]是：采用瞬时采样值进行这两项的估 计，即在第n 个快拍，r xd 和R xx 的估计值R 赞xd 和R 赞xx 为r 赞xd =d *（n ）x （n ）（2）R 赞xx =x （n ）x H （n ）（3） 于是将式（2）、（3）代入式（1）得， W （n +1）=W （n ）+μ[d *（n ）x （n ）-x （n ）x H （n ）W （n ）]=W （n ）+μx （n ）[d *（n ）-y *（n ）]=W （n ）+μx （n ）ε*（n ） （4） 电子设计工程 Electronic Design Engineering 第20卷Vol.20第24期No.242012年12月Dec.2012 图 1 波束形成原理图 Fig.1 Principle diagram of beamforming
4G通信中的MIMO智能天线技术
4G通信中的MIMO智能天线技术 智能天线通常也称作自适应天线阵列，可以形成特定的天线波束，实现定向发送和接收，主要用于完成空间滤波和定位。从本质上看，它利用了天线阵列中各单元之间的位置关系，即利用了信号的相位关系克服多址干扰及多径干扰，这是它与传统分集技术的本质区别。 MIMO系统是指在发射端和接收端同时使用多个天线的通信系统，其有效地利用随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高业务传输速率。其核心技术是空时信号处理，即利用在空间中分布的多个时间域和空间域结合进行信号处理。因此，可以被看作是智能天线的扩展。 智能天线系统在移动通信链路的发射端/或接收端带有多根天线，根据信号处理位于通信链路的发射端还是接收端，智能天线技术被定义为多入单出（MISO，MultipleInputSingleOutput）、单入多出（SIMO，Single Input Multiple Output）和多入多出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）等几种方式。 二、多入多出智能天线收发机结构及研究进展 从图1可以看出，比特流在经过编码、调制和空时处理（波束成行或空时编码）后，映射成不同的信息符号，从多个天线同时发射出去；在接收端用多个天线接收，进行相应解调、解码及空时处理。 图1 多输入多输出智能天线收发机结构 MIMO系统中的空时处理技术主要包括波束成形（beamforming）、空时编码（space-timecoding）、空间复用（spacemultiplexing）等。波束成形是智能天线中的关键技术，通过将主要能量对准期望用户以提高信噪比。波束成形能有效地抑制共道干扰，其关键是波束成行权值的确定。 1.MIMO系统的发射方案 MIMO系统的发射方案主要分为两种类型：最大化数据率的发射方案（空间复用SDM）和最大化分集增益的发射方案（空时编码STC）。最大化数据率发射方案主要通过在不同天线发射相互独立的信号实现空间复用。空时编码的方案是指在发射端对数据流进行联合编码以减小由于信道衰落和噪声所导致的符号错误率，它通过在发射端的联合编码增加信号的冗余度，从而使信号在接收端获得分集增益，但空时编码方案不能提高数据率。 （1）空时编码一些文献中给出了大量的发射机制，这些机制分别可以使频谱效率最大、速率最高、信噪比（SNR，SignaltoNoise Ratio）最大，它们都依赖
智能天线技术
移动通信原理 学院：信息工程学院 班级：电子与通信工程 学号： 2111703317 姓名：蒋阿康 智能天线技术
随着移动通信的迅速发展，越来越多的业务将通过无线电波的方式来进行，有限的频谱资源面对着越来越高的容量需求的压力。对于第二代移动通信系统GSM，在我国的一些大城市已经出现了容量供应困难的现象，小区蜂窝的半径已经很小，而目前作为应用研究重点的3G以及它的业务模式无疑将对网络容量有更高的要求。高速的数据业务将作为3G网络服务的一个主要特点，这使得网络数据流量尤其是下行方向上将有明显的提高。因此，为了在3G系统中实现与第二代系统明显的差别服务，充分体现3G系统在业务能力上的优势，网络容量将是网络的运营者必须重点考虑的问题。就目前的情况而言，智能天线技术将是提高网络容量最有效的方法之一，尤其对于3G 中以自干扰为主要干扰形式的通信系统。 天线方向图的增益特性能够根据信号情况实时进行自适应变化的天线称为智能天线。与普通天线以射频部分为主不同，智能天线包括射频部分以及信号处理和控制部分。同时，由于终端在尺寸和成本上的限制，所以目前对于智能天线的研究主要集中在基站。 目前，普遍使用的是全向天线或者扇区天线，这些天线具有固定的天线方向图形式，而智能天线将具有根据信号情况实时变化的方向图特性。 图 1 如图1所示，在使用扇区天线的系统中，对于在同一扇区中的终端，基站使用相同的方向图特性进行通信，这时系统依靠频率、时间和码字的不同来避免相互间的干扰。而在使用智能天线的系统中，系统将能够以更小的刻度区别用户位置的不同，并且形成有针对性的方向图，由此最大化有用信号、最小化干扰信号，在频率、时间和码字的基础上，提高了系统从空间上区别用户的能力。这相当于在频率和时间的基础上扩展了一个新的维度，能够很大程度地提高系统的容量以及与之相关的目录。 1.智能天线技术的概念 智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。 智能天线是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA(Direction of Arrival)，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干
阵列天线波束赋形技术研究与应用
阵列天线波束赋形技术研究与应用 ⑧ 论文作者签名： 指导教师签名：皇直江本 论文评阅人１： 评阅人２： 评阅人３： 评阅人４： 评阅人５： 答辩委员会主席： 委员ｌ： 委员２： 委员３： 委员４： 委员５： 答辩日期：２０１４年３月９日 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的
同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位敝作者签名：惕扶％签字日期：沙、ｆ年＿；月∽学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名：伤双巧｝导师签名：重甫姐；寿 签字日期：签字日期：训ｌｆ年弓月Ｉ３日）移ｆ今年弓月ｌ驴日 致谢 时光飞逝，又到了毕业季。在浙江大学本科四年以及研究生两年半的求学生涯中，我不仅学到了专业知识，还领悟到了很多做人的道理。浙大“求是，创新”的校训一直陪伴我的成长，在我毕业之后，“求是，创新”也将一直作为我为人处事的准则。两年半的硕士研究生生活即将结束，回首过往，自己在学习、生活上都得到了很大的提升，这离不开来自家人、老师、同学及朋友的帮助。在此，衷心感谢那些帮助过我的人。 首先感谢我的导师皇甫江涛老师和冉立新老师对我学业上的帮助，感谢他们为我指点未来的科研之路，帮助我选择毕业之后出国深
TD-LTE双流波束赋形天线技术创新
TD-LTE双流波束赋形天线技术创新 双流波束赋形技术是TD-LTE的多天线增强型技术，是TD-LTE建网的主流技术，结合了智能天线波束赋形技术与MIMO空间复用技术，是中国移动和大唐移动共同创新的成果，也是中国通信产业技术能力的体现。 一、8天线双流波束赋形技术引入需求分析 多天线技术是天线技术发展趋势，现有TD-SCDMA已经引入了8天线，TD- LTE也引入了8发2收的天线配置，到LTE-A则将引入8发8收的天线配置。 考虑到提升覆盖能力和降低引入TD-LTE的CAPEX，TD-LTE 系统中引入了8天线方案。另外，引入8天线还可以使TD-SCDMA 平滑演进到TD-LTE，同时继续沿用并充分发挥TDD系统在赋形方面的优势。 1．系统平滑演进需求 目前，TD-SCDMA网络正在全国迅速铺开。与此同时， TD-SCDMA演进技术TD-LTE也被提上了未来移动通信网络建设发展的日程。如何在进行TD-SCDMA网络建设的同时保证能够向 TD-LTE实现平滑演进已经成为了运营商和设备供应商共同关注的焦点问题。 出于系统平滑演进的考虑，大唐移动提出了产品设备共平台设计
的解决方案，有效的保护网络建设现有投资，保证网络升级的快速便捷。在主设备实现平滑演进的同时，从节约建网成本、降低建站难度等角度出发，需要尽可能保持TD-SCDMA网络已部署的天线系统不变，且可以在TD-LTE中继续使用。为实现天线系统的平滑演进，TD-SCDMA网络中进行宏覆盖主要采用的8天线，需要在TD- LTE 网络中继续使用。 2．技术演进需求 波束赋形技术是一种基于小间距天线阵列的线性预处理技术，能够根据用户的信道特性进行波束赋形，具有扩大覆盖、提高系统容量、降低干扰的能力。作为TD-SCDMA的核心技术，波束赋形技术已在中国移动3G网络中广泛使用。 在LTE技术规范Release 8版本中，引入了单流波束赋形技术，对于提高小区平均吞吐量及边缘吞吐量、降低小区间干扰有着重要作用。但是，面对LTE Release 9以及LTE-Advanced系统的更高速率需求，有必要对波束赋形技术加以扩展。以LTE定义的最大发天线数8天线为例，由多天线理论可知，8×2天线系统的单用户MIMO至多可以同时传输两个数据流，这就意味着LTE Release 8规范中的单流波束赋形技术并没有充分开发信道容量。根据信道容量相关理论可知，信道容量为信噪比的对数函数，随着信噪比提升，容量增加趋势越来越缓；在高信噪比情况下，将某个数据流的功率降低一半并不会导致该数据流容量大幅降低，此种情况利用另一半功率来发送一个新
阵列雷达数字波束形成技术仿真与研究
阵列雷达数字波束形成技术仿真与研究 【摘要】本文首先介绍了数字波束形成的基本原理，随后对普通波束形成及基于LCMV准则和MVDR准则的单多波束自适应形成技术分别进行了原理介绍和仿真分析。仿真结果表明，基于自适应技术的数字波束形成能有效提取有用信号，并在干扰方向上形成零陷，有效的抑制噪声和干扰，大大提高了阵列雷达的天线性能。 【关键词】阵列雷达；波束形成；自适应 1.引言 波束形成（Beam Forming，BF）[1]是指将一定几何形状排列的多元阵列各阵元的输出经过加权、时延、求和等处理，形成具有空间指向性波束的方法。BF技术的广泛应用赋予了雷达、通信系统诸如多波束形成、快速、灵活调整方向图综合等许多优点。阵列天线的波束形成可以采用模拟方式，也可以采用数字方式，采用数字方式在基带实现滤波的技术称为数字波束形成（Digital Beaming Forming，DBF），它是天线波束形成原理与数字信号处理技术结合的产物，是对传统滤波技术的空域拓展，在通信领域中也称为智能天线技术。 2.普通波束形成 2.1 普通波束形成的基本原理 要研究数字波束形成技术，首先要建立阵列信号的表示形式。假设接收天线为N元均匀线阵，阵元间的间隔为d，各阵元的加权矢量为W=[w1，w2，…，wN]，假设信号为窄带信号S（t），信号波长为，来波方向为，经过加权控制的阵列天线示意图如图1所示[2]。 图1 阵列天线波束形成示意图 若以阵元1为参考点，则各阵元接收信号可以写成： （1） （2） 将上式写成矢量形式，得： （3） 称为为方向矢量或导向矢量。在窄带条件下，它只依赖于阵列的几何结构和波的传播方向，因此，均匀线阵的导向矢量可表示为：
一种基于波束切换方法的智能天线系统研究
53 一种基于波束切换方法的智能天线系统研究 李 森 杨家玮 （西安电子科技大学信息科学研究所，陕西西安 ７１００７１） 摘 要 智能天线技术（ｓｍａｒｔ ａｎｔｅｎｎａ）是近年来较为热门的技术之一，这一技术的出现为缓解日渐紧张的频率资源，提供更高质量的通信带来了希望。智能天线上行收主要有两种方式：全自适应方式和基于多波束的波束切换方式，文中从工程实现研究的角度出发，对基于波束切换方法的智能天线系统进行研究，重点在于介绍仿真的方法和仿真的指标，最后给出了结论。 关键词 智能天线，波束切换，仿真。 中图分类号 ＴＮ８２１＋．９１ １ 引 言 近年来随着移动通信业务的飞速发展，用户数量呈指数上升，过多的用户给无线通信的资源带来巨大压力。尤其突出的是： 信道容量的限制、频谱资源紧张、多径衰落、远近效应、同频道干扰、越区切换、移动台由于电池容量的功率受限等等。智能天线技术就是在这样的背景下提出的。 一般地，智能天线定义为：具有测向和波束成形能力的天线阵列。智能天线的上行收技术相对成熟些，自适应天线阵最早引入移动通信的目的也是为了改善上行信道的质量和容量。智能天线上行收主要有两种方式：全自适应方式和波束切换方式，前者目前是理论研究的热点，出现了许多算法；后者则在工程实现上有一定的优势。多波束的智能天线在工程上实现相对容易，在数字信号处理器的速度还不能完全满足各种自适应算法的计算量时，选择多波束的智能天线可以达到较高的性价比，因此在工程中得到的一定的应用。 ２ 研究目标 多波束智能算法仿真的目的就在于找到最优的切换策略，最佳定位方法。由于在波束切换时天线侧对移动台的感知只有上行信号的电平，因此必须使用“波束切换－上行信号电平检测－判决”的 搜索方法将波束对准移动台。对于在天线覆盖的区域内接入的移动台，要求接续时间短，即定位迅速；在该区域内运动的移动台，要求能跟综的上。故对定位的要求是准确和快速。接收端获取切换指示（记为ＳＩ）的策略对于整个切换的性能有着重要的影响，如果计算时间过长或者计算不够准确，都会使性能下降。 ３ 仿真方法描述 考虑到仿真的效率和运行时间，仿真程序用Ｃ语言编写。仿真程序的结构如图１所示： 图１ 仿真程序结构框图 （１）位置模型：如图１分为接入模型和运动模型两个子模块。 接入模型：随机数产生函数产生两个随机数，表示移动台接入位置的极坐标值。该扇区为１２０ 电子科技 ２００４年第４期（总第１７５期）
智能天线广播波束赋形应用探讨
智能天线广播波束赋形应用探讨 摘要：TD-SCDMA的难点在于覆盖与自干扰。解决的办法有很多，本文提供了调整广播波束赋形宽度这种便捷有效的方法，可以根据不同的无线场景，设置最为合理的波束宽度，即达到预期的覆盖效果，又能减少公共信道的干扰，提升系统性能。 关键词：波束宽度场景 1.引言 智能天线是TD-SCDMA的关键技术之一。该技术的运用大大降低了TD-SCDMA系统内部的干扰，提高了系统容量。然而这只适用于用户在通话过程中，智能能天线对每个用户的上行信号均采用赋形波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到抑制干扰信号的目的，提高系统性能是非常直接的。但在用户没有发射，仅处于接收状态下，基站是不可能知道该用户所处的方位，只能使用全向波束进行发射，所以优化广播信道及下行导频信道波束，不仅可以减少公共信道的干扰，提升系统性能，而且还能根据场景之需，因地制宜，达到良好覆盖效果。 2.广播波束赋形的介绍 天线的垂直波瓣宽度和下倾角决定基站覆盖的距离，而天线的水平波瓣宽度和方位角度决定覆盖的范围。广播波束是在广播时隙形成，实现对整个小区的广播。TD系统中，在帧结构中为广播信道设置了专门的时隙。 图 1 TD帧结构图 波瓣宽度的大小反映了天线的能量辐射集中程度，波瓣宽度越窄天线主瓣(3dB角内)能量越集中，旁瓣对周边小区干扰也越小。对于广播信道全向赋形，全向天线的水平波瓣宽度均为360度；定向天线的常见水平波瓣宽度有30度、65度、90度、120度等多种。 对使用普通天线的无线基站，其小区的覆盖完全由天线的辐射方向图形确定。当然，天线的辐射方向图形是可能根据需要而设计的。但在现场安装后除非更换天线，其辐射方向图形是不可能改变和很难调整的。但智能天线的辐射图形则完全可以用软件控制，在网络覆盖需要调整或由于新的建筑物等原因使原覆盖改变等情况下，均可能非常简单地通过软件来优化，如图2。所以在TD系统中，广播波束赋形已经成为日常优化的一种参数方法。有了它，网优人员就可能轻松地根据实际环境之需，根据周边站点的间距、疏密程度来调整使用广播信道的波束赋形宽度，达到预期的效果。
通信综述文章
通信工程综述文章 3G移动通信中智能天线的原理及应用 智能天线的工作原理 【1】智能天线正是一种能够根据通信的情况，实时地调整阵列天线各元素的参数，形成自适应的方向图的设备。这种方向图通常以最大限度地放大有用信号、抑制干扰信号为目的，例如将大增益的主瓣对准有用信号，而在智能天线原理图(单个用户)其它方向的干扰信号上使用小增益的副瓣。 智能天线包括射频天线阵列部分和信号处理部分，其中信号处理部分根据得到的关于通信情况的信息，实时地控制天线阵列的接收和发送特性。这些信息可能是接收到的无线信号的情况；在使用闭环反馈的形式时，也可能是通信对端关于发送信号接收情况的反馈信息。把具有相同极化特性、各向同性及增益相同的天线阵元，按一定的方式排列，构成天线阵列。构成阵列的阵元可按任意方式排列，通常是按直线等距、圆周等距或平面等距排列，其间距通常取工作波长的一半，并且取向相同。智能天线系统由天线阵列部分、阵列形状、模数转换等几部分组成,智能天线可以按通信的需要在有用信号的方向提高增益, 在干扰源的方向降低增益.因此, 智能天线系统的应用可以带来如下好处：提高系统容量、减小衰减、抗干扰能力较强、实现移动台定位、增强网络管理能力等。【2】 智能天线在3G 中的应用 第三代移动通信主要实现方案有IMT-2000DS 的WCDMA 和IMT2000MS 的CDMA 2000，其他两个均将智能天线列入规划，并作为主要的后备技术.智能天线在3G 中为消除干扰、改善通信质量、提高容量、扩大通信服务区等方面发挥重要作用。【3】 1.减少用户越区切换时发生的强迫中断概率。 在移动通信网中常会遇到通信流量与呼损率的矛盾.在有限的物理信道下，用户容量越大，通信流量越大，但用户呼损率也越大.利用智能天线的类分集接收的能力，可以在有限物理信道个数的基础上，成倍增大通信的用户数，同时保证通信质量不下降.这样呼损率可大大降低。 2.功率控制和波束成形 在CDMA 网络系统中，为了克服慢衰落，特别是克服远近效应，必须采用功率控制.功控是通过迭代算法动态实现.其具体步骤如下: (1)首先从任意初始功率开始; (2 )调整智能天线，使其主波束(波束主瓣)对准p( k)方向; ( 3 )测量接收的干扰; (4 )调整信号功率使得载波干扰大于门限; (5 )经过多次迭代后，使功率的变化小于预先给定值ε时，即可停止. 上述的迭代算法收敛于一个最优波束所形成的加权矢量和功率值.使用智能天线形成最优波束和功率控制相结合的算法，可以大大改善通信质量和提高系统的容量。 3. 软件天线 软件天线是天线研究领域的一个重要设想.由于它主要基于智能天线的处理功
波束赋形原理(Beam Forming)
波束赋形 波束赋形原理 波束赋形的目标是根据系统性能指标，形成对基带（中频）信号的最 佳组合或者分配。具体地说，其主要任务是补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真，同时降低同信道用户间的干扰。因此，首先需要建立系统模型，描述系统中各处的信号，而后才可能 根据系统性能要求，将信号的组合或分配表述为一个数学问题，寻求其最 优解。 1． 系统模型 根据应用场合的不同，一般可以将波束赋形算法分为上行链路应用以 及下行链路应用。无论是哪种情况，总可以用一个时变矢量（MIMO）信道 来描述用户端与基站端的信号关系，如图2所示。对于上行链路，多个发 射信号实质上是K个用户设备同时发送的信号，基站则使用多个天线单元 接收信号，对其进行处理和检测，这时发送端的信号分配仅在各个支路分 别进行；对于下行链路，基站仍可能使用多个天线单元向特定用户发射信号，但用户设备使用单天线检测与其有关的信号，这时接收部分降为一维，信号组合也仅对于单路信号进行。 根据图2的系统模型，就可以描述发送端的原始信号与接收端实际接 收信号之间的关系，通常根据研究重点的不同，对于原始信号以及实际接 收信号的位置会有不同的定义。对于波束赋形技术，一般其研究的范围从 发送端扩谱与调制单元的输出端，到接收端解扩与解调单元的输入端，而 研究过程中又常将信号分配单元输出端到信号组合单元输入端之间的部分 合并，统称为无线移动信道，由于无线移动通信环境的极度复杂，无法得 到其输入输出关系的确切描述，一般采用大量测量和理论研究相结合的方法，使用有限的参数描述该信道。采用这种方法后，就可以得到受干扰有 噪信号与原始信号的关系，并据此在一定程度上恢复信号。因此，波束赋 形的一般过程为： ⑴根据系统性能指标（如误码率、误帧率）的要求确定优化准则（代 价函数），一般这是权重矢量与一些参数的函数； ⑵采用一定的方法获得需要的参数； ⑶选用一定的算法求解该优化准则下的最佳解，得到权重矢量的值。 可以发现，由于通信环境复杂，上述过程的每一阶段都可有不同的实 现方案，因此产生了大量的波束赋形算法，如何衡量和比较其性能也成为 波束赋形技术研究的一个重要方面。 2． 波束赋形算法的性能
智能天线工作原理及其在现代通信系统中的应用
天线与电波结课论文 题目：智能天线工作原理及其在 现代通信系统中的应用 院系：电气信息工程学院 专业班级：电信12-01 学号：541201030121 姓名：李松霖
智能天线工作原理及其在现代通信系统中的应用论文摘要：介绍了智能天线的基本原理、实现方法及其在现代通信中的应用。 最初的智能天线技术主要用于军事抗干扰通信和定位等。近年来,随着现代通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐深入,智能天线开始用于具有复杂电波传播环境的移动通信。此外,随着移动用户数迅速增长和人们对通话质量要求的不断提高,要求移动通信网在大容量下仍具有较高的话音质量。经研究发现,在不增加系统复杂度的情况下,使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。 1 智能天线的基本原理 智能天线包括多波束天线阵列和自适应天线阵列,后者是智能天线的主要形式。智能天线技术主要基于自适应天线阵列原理,天线阵收到信号后,通过由处理器和权值调整算法组成的反馈控制系统,根据一定的算法分析该信号,判断信号及干扰到达的方位角度,将计算分析所得的信号作为天线阵元的激励信号,调整天线阵列单元的辐射方向图、频率响应及其它参数。利用天线阵列的波束合成和指向,产生多个独立的波束,自适应地调整其方向图,跟踪信号变化,对干扰方向调零,减弱甚至抵消干扰,从而提高接收信号的载干比,改善无线网基站覆盖质量,增加系统容量。 基站使用智能天线,可为用户提供窄定向波束,在一定的方向区域内收发信号。这样既充分利用信号发射功率,又可降低发射信号带
来的电磁干扰。智能天线引入空分多址(SDMA)方式,根据信号的空间传播方向不同,区分用户。 2 智能天线的实现 智能天线阵系统主要包括天线阵列、自适应处理器和波束形成网络。天线阵列是收发射频信号的辐射单元。自适应处理器把有一定规律的激励信号转换成与各波束相对应的幅度和相位,提供给各辐射单元,用来确定波束形成网络各部分方向图的增益。波束形成网络利用天线阵元产生的方向图,实现智能天线的各种应用。 自适应处理器产生的各支路幅度和相位调整系数,是波束形成网络工作的重要依据。自适应处理器包括信号处理器和自适应算法器。信号处理器根据所需进行的信号处理,自适应算法器根据均方误差、信噪比、输出噪声功率等性能量度,用适当的算法调整方向图,形成网络的加权系数,使智能天线阵系统性能达到最优化。 最初的智能天线采用复杂的模拟电路,如今采用数字波束形成(DBF)方式,用软件完成算法更新,也可采用数模相结合的处理方法,既保证处理精度,又保证处理速度及灵活性。此外,为了使智能天线具有良好性能,应根据具体的电波传播环境,选择相应的智能算法。采用软件无线电技术使系统具有良好的改善能力,提高系统性能。为了尽量减少对现有系统的改动,也可使用多波束智能天线。多波束天线利用多个指向固定的波束覆盖全方向,虽然不能实现信号最佳接收,但结构简单,便于实现,且无需判定所接收信号的方向。 3 智能天线在通信中的用途