智能天线ppt课件
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（2）移动通信的发展要求蜂窝小区在大容 量下仍有高的话音质量。智能天线可以满足服 务质量和扩充容量的需要。
.
（Ⅰ）智能天线
基本原理 利用数字信号处理技术，判断用户信号
到达方向(DOA估计)，通过选择恰当的合并 权值，将天线主波束对准期望用户，低增益旁 瓣或零陷对准干扰信号，达到充分高效利用移 动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。发 射时，使期望用户的接收信号功率最大，同时 使非期望用户受到的干扰最小，甚至为零。
rHasn
r[r0,r1*]T s[s0,s1]T n[n0,n1]T
Ha
h0 h1*
h1
h0*
.
空时分组码
假设接收端理想地获得信道信息。用
H
H a
左乘
r得到：
s ˆH a H r |h0|20 |h 1|2 |h0|20 |h 1|2 sH a H n HaHnn~
.
空时码
按照空时码使用信道环境的不同，可以将已有 的空时编码方案分成两大类： 一类要求接收端能够准确地估计信道特性， 如分层空时码、空时网格码和空时分组码。 一类不要求接收端进行信道估计，如酉空 时码和差分空时码。
.
空时分组码
(Space-time block coding)
r1h0s1 *h1s0 *n1 r0h0s0h 1s1n0
.
（Ⅰ）智能天线
基本结构 三部分：实现信号空间采样的天线阵；对
各阵元输出进行加权合并的波束成型网络；更 新合并权值的控制部分。
.
智能天线系统示意图
.
智能天线的类型
波束转换智能天线 (switched beam antenna)
自适应阵列智能天线 (adaptive array antenna)
n[n0,n1,,nMR1]T
rHsn HCMRMT
窄带平坦衰落信道，准静态分析 ，h ij 瑞利分布，n i ～N(0，1) ，
归一化，发射功率平均分配给所有发射天线 ，发射天线上平均发射
功率 等于接收天线处的SNR 。
.
信道容量
SISO信道容量
CHlo2(1 gH 2)bp /H sZ
SIMO信道容量 MR
TD-SCDMA(时分同步码分多址) ，TDD模式。
.
（Ⅱ）MIMO与空时码
概述
多径传播对实际移动通信造成严重影响。利用多 径引起的接收信号的某些空间特性实现接收方的信源 分离。多输入—多输出(MIMO)技术在通信链路两端 均使用多天线，发端将信源输出的串行码流转换成多 路并行子码流，分别通过不同的发射天线元发送，接 收方利用多径引起的多个接收天线上信号的不相关性 从混合信号中分离出各路子码流。提高频谱利用率和 链路可靠性。带来分集增益(diversity gain)和复用增益 (multiplexing gain)。
.
分集增益
分集增益用来对抗多径引起的小尺度衰落。分集的基 本原理是同一个信源信号经过几条独立的衰落链路后 被接收，这些链路中的一条或几条在同一时刻以很大 的概率处于不同的衰落状态。无线通信中三种传统的 分集：时间分集，频率分集，空间分集。
MIMO中，发射端和接收端结合，得到一个大的分集 阶数(diversity order)。假设发射天线数 MT ，接收天线 数 M R，最大链路数为 MTMR；如果所有这些链路具 有相互独立的衰落，则我们得到 MTMR阶分集。
.
自适应阵列智能天线(a)与 波束转换智能天线 (b)的比较
.
智能天线的优点
增加覆盖范围 抗衰落 抗干扰 频谱效率和信道容量的增加 增加传输效率 动态信道分配 实现移动台定位 提高通信的安全性
.
智能天线在无线通信的应用
CDMA 系 统 是 一 种 自 干 扰 系 统 ， 无 论 IS95CDMA，WCDMA还是CDMA2000，系统的 射频污染是影响系统容量的重要因素。话务均 衡；软/硬切换控制；改善远近效应，简化功 率控制，降低系统成本；减少多址干扰，提高 系统性能。
.
波束转换智能天线
波束转换智能天线具有有限数目的、固定的、 预定义的方向图，它利用多个并行窄波束 (15～30o水平波束宽度)覆盖整个用户区，每个 波束的指向是固定的，波束宽度也随天线元数 目而确定，其中质量最好的波束用于为在小区 覆盖面内移动的用户服务。当移动台越过扇区 时，从一个波束切换到另一个波束。
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复用增益
空分复用的思想是：发射端和接收端使 用多天线，传播环境中存在丰富的多径 分量，多个数据通道共用一个频率带宽， 从而使信道容量线性(与天线数成正比) 增加。这一增加不需要额外带宽或功率 消耗。
.
空分复用系统框图
.
MIMO信道模型
s[s0,s1,,sMT1]T r[r0,r1,,rMT1]T
《宽带无线通信》报告
智能天线、MIMO与空时码
西安电子科技大学宽带无线通信实验室 李钊
.
内容：
智能天线 MIMO与空时编码 智能天线、MIMO与空时码的结合
.
（Ⅰ）智能天线
发展状况 智能天线最初用于雷达、声纳及军事通信
领域，由于价格等因素，一直未能普及。近年 来：
（1）DSP技术的发展，智能天线技术开始 在移动通信中应用；
.
波束转换智能天线
.
自适应阵列智能天线
利用基带数字信号处理技术识别用户信号到达 方向(DOA)，并在此方向形成空间定向波束， 使天线主波束对准用户信号到达方向，同时使 旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，从而给有 用信号带来最大增益，有效的减少多径影响， 同时达到对干扰信号删除和抑制的目的。其技 术着眼于信号环境的分析与权值的实时优化上。
CHlo2g (1 |hi |2)bp/H sZ
i1
MISO信道容量
CHlo2g (1M TMT|hi |2)bp/H sZ
Fra Baidu bibliotek
i1
MIMO信道容量
C H {l2 [o d I g M e R tM T (H H )H b ]} /p H sz
.
空时码
空时码是在信息理论基础上发展起来的, 适合 于多天线阵信道的一种编码方案。它综合了空 间分集和时间分集的优点，同时提供分集增益 和编码增益。多天线系统在信道容量上比单天 线系统有显著的提高。这些增加的信道容量可 以用来提高信息传输速率(频谱利用率)，也可 以通过增加信息冗余度来提高通信系统的性能， 或在两者之间合理折衷。
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（Ⅰ）智能天线
基本原理 利用数字信号处理技术，判断用户信号
到达方向(DOA估计)，通过选择恰当的合并 权值，将天线主波束对准期望用户，低增益旁 瓣或零陷对准干扰信号，达到充分高效利用移 动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。发 射时，使期望用户的接收信号功率最大，同时 使非期望用户受到的干扰最小，甚至为零。
rHasn
r[r0,r1*]T s[s0,s1]T n[n0,n1]T
Ha
h0 h1*
h1
h0*
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空时分组码
假设接收端理想地获得信道信息。用
H
H a
左乘
r得到：
s ˆH a H r |h0|20 |h 1|2 |h0|20 |h 1|2 sH a H n HaHnn~
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空时码
按照空时码使用信道环境的不同，可以将已有 的空时编码方案分成两大类： 一类要求接收端能够准确地估计信道特性， 如分层空时码、空时网格码和空时分组码。 一类不要求接收端进行信道估计，如酉空 时码和差分空时码。
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空时分组码
(Space-time block coding)
r1h0s1 *h1s0 *n1 r0h0s0h 1s1n0
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（Ⅰ）智能天线
基本结构 三部分：实现信号空间采样的天线阵；对
各阵元输出进行加权合并的波束成型网络；更 新合并权值的控制部分。
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智能天线系统示意图
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智能天线的类型
波束转换智能天线 (switched beam antenna)
自适应阵列智能天线 (adaptive array antenna)
n[n0,n1,,nMR1]T
rHsn HCMRMT
窄带平坦衰落信道，准静态分析 ，h ij 瑞利分布，n i ～N(0，1) ，
归一化，发射功率平均分配给所有发射天线 ，发射天线上平均发射
功率 等于接收天线处的SNR 。
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信道容量
SISO信道容量
CHlo2(1 gH 2)bp /H sZ
SIMO信道容量 MR
TD-SCDMA(时分同步码分多址) ，TDD模式。
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（Ⅱ）MIMO与空时码
概述
多径传播对实际移动通信造成严重影响。利用多 径引起的接收信号的某些空间特性实现接收方的信源 分离。多输入—多输出(MIMO)技术在通信链路两端 均使用多天线，发端将信源输出的串行码流转换成多 路并行子码流，分别通过不同的发射天线元发送，接 收方利用多径引起的多个接收天线上信号的不相关性 从混合信号中分离出各路子码流。提高频谱利用率和 链路可靠性。带来分集增益(diversity gain)和复用增益 (multiplexing gain)。
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分集增益
分集增益用来对抗多径引起的小尺度衰落。分集的基 本原理是同一个信源信号经过几条独立的衰落链路后 被接收，这些链路中的一条或几条在同一时刻以很大 的概率处于不同的衰落状态。无线通信中三种传统的 分集：时间分集，频率分集，空间分集。
MIMO中，发射端和接收端结合，得到一个大的分集 阶数(diversity order)。假设发射天线数 MT ，接收天线 数 M R，最大链路数为 MTMR；如果所有这些链路具 有相互独立的衰落，则我们得到 MTMR阶分集。
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自适应阵列智能天线(a)与 波束转换智能天线 (b)的比较
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智能天线的优点
增加覆盖范围 抗衰落 抗干扰 频谱效率和信道容量的增加 增加传输效率 动态信道分配 实现移动台定位 提高通信的安全性
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智能天线在无线通信的应用
CDMA 系 统 是 一 种 自 干 扰 系 统 ， 无 论 IS95CDMA，WCDMA还是CDMA2000，系统的 射频污染是影响系统容量的重要因素。话务均 衡；软/硬切换控制；改善远近效应，简化功 率控制，降低系统成本；减少多址干扰，提高 系统性能。
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波束转换智能天线
波束转换智能天线具有有限数目的、固定的、 预定义的方向图，它利用多个并行窄波束 (15～30o水平波束宽度)覆盖整个用户区，每个 波束的指向是固定的，波束宽度也随天线元数 目而确定，其中质量最好的波束用于为在小区 覆盖面内移动的用户服务。当移动台越过扇区 时，从一个波束切换到另一个波束。
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复用增益
空分复用的思想是：发射端和接收端使 用多天线，传播环境中存在丰富的多径 分量，多个数据通道共用一个频率带宽， 从而使信道容量线性(与天线数成正比) 增加。这一增加不需要额外带宽或功率 消耗。
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空分复用系统框图
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MIMO信道模型
s[s0,s1,,sMT1]T r[r0,r1,,rMT1]T
《宽带无线通信》报告
智能天线、MIMO与空时码
西安电子科技大学宽带无线通信实验室 李钊
.
内容：
智能天线 MIMO与空时编码 智能天线、MIMO与空时码的结合
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（Ⅰ）智能天线
发展状况 智能天线最初用于雷达、声纳及军事通信
领域，由于价格等因素，一直未能普及。近年 来：
（1）DSP技术的发展，智能天线技术开始 在移动通信中应用；
.
波束转换智能天线
.
自适应阵列智能天线
利用基带数字信号处理技术识别用户信号到达 方向(DOA)，并在此方向形成空间定向波束， 使天线主波束对准用户信号到达方向，同时使 旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，从而给有 用信号带来最大增益，有效的减少多径影响， 同时达到对干扰信号删除和抑制的目的。其技 术着眼于信号环境的分析与权值的实时优化上。
CHlo2g (1 |hi |2)bp/H sZ
i1
MISO信道容量
CHlo2g (1M TMT|hi |2)bp/H sZ
Fra Baidu bibliotek
i1
MIMO信道容量
C H {l2 [o d I g M e R tM T (H H )H b ]} /p H sz
.
空时码
空时码是在信息理论基础上发展起来的, 适合 于多天线阵信道的一种编码方案。它综合了空 间分集和时间分集的优点，同时提供分集增益 和编码增益。多天线系统在信道容量上比单天 线系统有显著的提高。这些增加的信道容量可 以用来提高信息传输速率(频谱利用率)，也可 以通过增加信息冗余度来提高通信系统的性能， 或在两者之间合理折衷。