智能天线ppt课件
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智能天线-综述PPt
七、研究简史
早期智能天线的研究主要集中在军事领域， 尤其是雷达领域，目的是在复杂的电磁环境中 有效地识别和跟踪目标。随后，智能天线在信 道扩容和提高通信质量等方面具备的独特优势 吸引了众多的专家学者，日本、欧洲和美国的 许多研究机构都相继开展了针对智能天线的众 多研究计划，这也为智能天线的迅速发展奠定 了基础。
一组特定的权向量w可以形成特定的波束。若要形 成多个不同指向的波束，则可以采用多个不同权向量的 波束形成器。
图7 多波束的形成原理图
图8 利用多波束形成网络的切换波束系统
在120°扇区内，波束形 成网络预先形成了等间 距的4个固定波束照射整 个扇区，系统扫描每个 波束，检测输出信号强 度，当某个期望用户处 于如图9中的位置时，波 束2输出功率将最大，因 此系统选择波束2对准期 望用户。当用户移动到 其它位置时，系统将切 换到相应波束上。
结构
天线阵列 下变频器 模数转换 自适应处理器 波束成型网络
图6 自适应天线工作原理
波束切换智能天线
利用多个并行波束覆盖整个用户区，每个波 束的指向是固定的波束宽度也随阵元数目而确定。 随着用户在小区中移动，基站选择不同的相应波 束，使接收信号最强。用户信号并不总在固定波 束中心，当用户出于波束边缘，干扰信号位于波 束中央时，接收效果最差，不能实现最佳接收。
ESPRIT（Estimation of Signal Parameters Via Rotational Invariance Techniques、旋转不变技 术信号参数估计）算法
最大似然法。
自适应波束赋形的目的是通过自适应算法得到 最佳加权系数。采用何种算法首先需要考虑自 适应准则，主要有最大信噪比（SNR）、最小 均方误差（MMSE）、最小方差、最大似然等
北大天线理论课件第八章智能天线
第八章智能天线智能天线技术是在自适应滤波和阵列信号处理技术的基础上发展起来的新兴天线技术。
基本思想：利用各用户信号空间特征的差异，采用阵列天线技术，根据某一接收准则自动调节各阵元的加权向量，达到最佳接收和发射，使得在同一信道上接收和发送多个用户的信号而又不相互干扰。
特点：具有抗多址干扰和扩容能力分类：1)自适应天线自适应天线是一种控制反馈系统，根据一定的准则，采用数字信号处理技术形成天线阵列的加权向量，通过对接收到的信号进行加权合并，在有用信号方向上形成主波束，而在干扰方向上形成零陷，从而提高信号的信干比。
2)多波束天线多波束天线采用多个波束覆盖整个用户区，每个波束的指向固定，波束宽度由阵源数目决定，系统根据用户的空间位置选取相应的波束，使接收信号最佳。
§ 智能天线的基本原理智能天线是一种阵列天线，排列方式多样，只介绍等间距直线阵。
智能天线的信号模型：假设等间距直线阵的阵元数目为N ，元间距为d ，参考阵元为1，微波信号)(t s 的入射方向与天线阵法向的夹角为θ。
如下图所示。
信号)(t s 到达第i 个阵元和参考元时的时间差为：()()θθτsin 1c di i -= 式中c 为光速。
如果载波频率为f ，波长为λ，信号)(t s 在参考元上感应信号用复数表示为：()ft j e t u t x π21)(=信号)(t s 在第i 个阵元上的感应信号可表示为：()()[]()()θτπθτπi i f j t f j i e t x e t u t x 212)(--==信号)(t s 在天线阵上感应的信号用向量表示为：()()()[]()()t x a t x t x t x t X TN 121,.....,)(θ== 式中()θa 称为引导向量并可表示为：()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡=---θλπθλπθsin 21sin 2,.....,,1d N j d j e e a 设阵元的热噪声向量为：()()()[]TN t n t n t n t n ,.....,,)(21= 空间干扰向量为：()()()[]TN t J t J t J t J ,.....,,)(21= 则有：()()()()t J t n t x a t X ++=1)(θ智能天线的核心是波束形成器，而波束形成器的核心是自适应信号处理器。
《智能天线》课件
优化
通过自适应算法，智能天线能够优化波束形状、抑制干扰、 提高信噪比等，从而提升通信系统的整体性能。
多天线协同工作
协同工作
智能天线系统由多个天线单元组成， 这些天线单元协同工作，共同完成信 号的接收和发送任务。
分集技术
通过多天线协同工作，智能天线能够 利用分集技术提高信号的可靠性，降 低多径干扰和衰落影响。
05
智能天线的发展趋势与 未来展望
高频谱利用与高效传
总结词
随着无线通信技术的不断发展，频谱资源变 得越来越紧张。智能天线技术通过高效利用 频谱资源，提高了无线通信系统的传输效率 和可靠性。
详细描述
智能天线采用自适应算法，动态调整波束方 向和功率分配，有效避免了信号干扰和浪费 。同时，智能天线还能实现多用户同时通信 ，进一步提高频谱利用效率。
《智能天线》ppt课件
目录
• 智能天线概述 • 智能天线的工作原理 • 智能天线的应用场景 • 智能天线的优势与挑战 • 智能天线的发展趋势与未来展望 • 智能天线的实际案例与演示
01
智能天线概述
定义与特点
定义
智能天线是一种基于数字信号处理技 术的自适应阵列天线，能够实现波束 赋形、跟踪和干扰抑制等功能。
• 尽管智能天线具有许多优势，但在实际应用中仍面临一些挑战。例如，智能天线的算法复杂度较高，需要高性能的处理 器才能实现实时运算。此外，由于智能天线的功能依赖于先进的信号处理技术，其硬件实现难度也较大。然而，随着技 术的不断进步和优化，这些问题已有相应的解决方案。例如，采用高性能的处理器和优化算法可以降低算法复杂度；采 用专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）等硬件加速技术可以降低硬件实现难度。这些解决方案有助于 推动智能天线的更广泛应用和发展。
通过自适应算法，智能天线能够优化波束形状、抑制干扰、 提高信噪比等，从而提升通信系统的整体性能。
多天线协同工作
协同工作
智能天线系统由多个天线单元组成， 这些天线单元协同工作，共同完成信 号的接收和发送任务。
分集技术
通过多天线协同工作，智能天线能够 利用分集技术提高信号的可靠性，降 低多径干扰和衰落影响。
05
智能天线的发展趋势与 未来展望
高频谱利用与高效传
总结词
随着无线通信技术的不断发展，频谱资源变 得越来越紧张。智能天线技术通过高效利用 频谱资源，提高了无线通信系统的传输效率 和可靠性。
详细描述
智能天线采用自适应算法，动态调整波束方 向和功率分配，有效避免了信号干扰和浪费 。同时，智能天线还能实现多用户同时通信 ，进一步提高频谱利用效率。
《智能天线》ppt课件
目录
• 智能天线概述 • 智能天线的工作原理 • 智能天线的应用场景 • 智能天线的优势与挑战 • 智能天线的发展趋势与未来展望 • 智能天线的实际案例与演示
01
智能天线概述
定义与特点
定义
智能天线是一种基于数字信号处理技 术的自适应阵列天线，能够实现波束 赋形、跟踪和干扰抑制等功能。
• 尽管智能天线具有许多优势，但在实际应用中仍面临一些挑战。例如，智能天线的算法复杂度较高，需要高性能的处理 器才能实现实时运算。此外，由于智能天线的功能依赖于先进的信号处理技术，其硬件实现难度也较大。然而，随着技 术的不断进步和优化，这些问题已有相应的解决方案。例如，采用高性能的处理器和优化算法可以降低算法复杂度；采 用专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）等硬件加速技术可以降低硬件实现难度。这些解决方案有助于 推动智能天线的更广泛应用和发展。
第四章 智能天线技术PPT课件
13
14
2. 寻向型天线(Direction Finding Antenna)
15
3. 优化合并型天线(Optimum Comdining Antenna)
16
4.2.3 智能天线的天线阵列
天线阵列是智能天线系统的一个重要 组成部分，在智能天线中，常见的天线 阵列形式有：直线阵列、圆环阵列和平 面阵列。
51
4.3 移动通信中智能天线的研究
52
我国早已将研究智能天线技术列入国 家863－317通信技术主题研究中的个人 通信技术分项，许多专家及大学正在进 行相关的研究。
我国的第三代移动通信系统基于同 步码分多址技术，广泛采用了智能天线 和软件无线电技术。作为系统根基的 SCDMA－WLL的现场运行结果，足以 证明基于TD－SCDMA技术的第三代移 动通信系统是可行和成熟的。
53
欧洲在进行了基于DECT基站的智能天 线技术研究后，继续进行诸如最优波束 形成算法、系统性能评估等研究。日本 某研究所提出了基于智能天线的软件天 线概念，即用户所处环境不同，影响系 统性能的主要因素亦不同，可通过软件 采用相应的算法。
54
美国的Metawave公司对用于FDMA、 CDMA、TDMA系统的智能天线进行了 大量研究开发； ArrayComm公司也研制 了用于无线本地环路的智能天线系统； 美国德州大学建立了智能天线试验环境； 加拿大McMaster大学也对算法进行了研 究。
59
60
上图给出了一个用于DSCDMA系统的时空 域联合处理系统结构框图。它除了有智能天线 部分，还有多用户联合检测部分。在多用户联 合检测部分，如我们需要先得到用户0的信号。 Demi和Modi (i＝1,2,…,M)分别将来自第i个用 户的扩频干扰解调后重新扩频，自适应数字滤 波器ADFi用来识别包括无线信道和天线阵列的 参数，以产生对干扰的复制。从智能天线输出 端的信号y(k)中减去干扰信号，得到的u(k)经 过自适应滤波器ADF0得到用户0的信号。再通 过Dem0解调后得到基带信息，把它重新扩频、 调制再与ADF0的输出相减，就得到了用于控 制ADFi（i＝0,1,…,M）的误差信号。
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2. 寻向型天线(Direction Finding Antenna)
15
3. 优化合并型天线(Optimum Comdining Antenna)
16
4.2.3 智能天线的天线阵列
天线阵列是智能天线系统的一个重要 组成部分，在智能天线中，常见的天线 阵列形式有：直线阵列、圆环阵列和平 面阵列。
51
4.3 移动通信中智能天线的研究
52
我国早已将研究智能天线技术列入国 家863－317通信技术主题研究中的个人 通信技术分项，许多专家及大学正在进 行相关的研究。
我国的第三代移动通信系统基于同 步码分多址技术，广泛采用了智能天线 和软件无线电技术。作为系统根基的 SCDMA－WLL的现场运行结果，足以 证明基于TD－SCDMA技术的第三代移 动通信系统是可行和成熟的。
53
欧洲在进行了基于DECT基站的智能天 线技术研究后，继续进行诸如最优波束 形成算法、系统性能评估等研究。日本 某研究所提出了基于智能天线的软件天 线概念，即用户所处环境不同，影响系 统性能的主要因素亦不同，可通过软件 采用相应的算法。
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美国的Metawave公司对用于FDMA、 CDMA、TDMA系统的智能天线进行了 大量研究开发； ArrayComm公司也研制 了用于无线本地环路的智能天线系统； 美国德州大学建立了智能天线试验环境； 加拿大McMaster大学也对算法进行了研 究。
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上图给出了一个用于DSCDMA系统的时空 域联合处理系统结构框图。它除了有智能天线 部分，还有多用户联合检测部分。在多用户联 合检测部分，如我们需要先得到用户0的信号。 Demi和Modi (i＝1,2,…,M)分别将来自第i个用 户的扩频干扰解调后重新扩频，自适应数字滤 波器ADFi用来识别包括无线信道和天线阵列的 参数，以产生对干扰的复制。从智能天线输出 端的信号y(k)中减去干扰信号，得到的u(k)经 过自适应滤波器ADF0得到用户0的信号。再通 过Dem0解调后得到基带信息，把它重新扩频、 调制再与ADF0的输出相减，就得到了用于控 制ADFi（i＝0,1,…,M）的误差信号。
第7章_智能天线
智能天线引出
最初的智能天线技术 智能天线原名自适应 主要用于雷达、声纳、 天线阵列（AAA， 抗干扰通信、定位、 Adaptive Antenna 军事方面等，用来完 Array）。 成空间滤波和定位。
近年来，随着移动通信的发展以及对移 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。
2R 2 nm cos( n m ) m N
智能天线原理－圆阵波束形成
使用Matlab仿真可以得到一系列方向图设计： （注意这是在信号最大化准则下的最优，在工程 最优准则优很多种）
信号在112o方向 和305o方向的方向图
7.3.3 多波束形成天线的实现方法
从系统构成来讲，线阵多波束形成与圆阵多波束 形成的基本原理是完全类似的，都是通过N个复 加权矢量Wm对N根天线的输出信号进行加权处 理，得到M个不同指向的窄波束，只是复加权矢 员不同而已。
智能天线的基本结构
天线分配
1
幅相加权
接收机
用户1
2
. . . N
幅相加权 接收机 幅相加权 接收机
用户2
用户M
覆盖范围的比较
新建系统投资比较
智能天线在移动通信中的功能 （1）抗衰落
在陆地移动通信中，电波传播路径由反射、 折射及散射的多径波组成，随着移动台移动 及环境变化，信号瞬时值及延迟失真的变化 非常迅速，且不规则，造成信号衰落。采用 全向天线接收所有方向的信号，或采用定向 天线接收某个固定方向的信号，都会因衰落 使信号失真较大。如果采用智能天线控制接 收方向，天线自适应地构成波束的方向性， 使得延迟波方向的增益最小，减小信号衰落 的影响。
抗干扰应用的实质是空间域滤波。智 能天线波束具有方向性，可区别不同 入射角的无线电波，可调整控制天线 阵单元的激励“权值”，其调整方式 与具有时域滤波特性的自适应均衡器 类似，可以自适应电波传播环境的变 化，优化天线阵列方向图，将其“零 点”自动对准干扰方向，大大提高阵 列的输出信噪比，提高系统可靠性。
38智能天线25页PPT
（1）基于时间参考方式的算法
基于时间参考方式的算法根据最小均方误差准则，利用 导引信号来恢复信号。这类算法收敛速度较快，可以实现 实时跟踪，非常适合多径丰富且信道特性变化剧烈的环境 ，缺点是需要系统发射训练序列，会占用一定的系统频谱 资源。下面列举几种常用的算法。
最小均方误差算法（LMS一Least Mean Square）基于 最小均方误差准则，应用了梯度估计的最陡下降原理，适 用于作环境中信号的统计特性平稳但未知的情况。算法迭 代公式如下：
对一个等间距的元直线阵 ，M如果阵元间距为 ，信d
号波长为 ，信号 从相X对阵轴法线夹角为 的方向入射
，如图3-37所示，则t时刻 个阵元信M号的向量和是
式中，
M
Y(t) X(t)ej(i1) i1 2(d/)sin
（式3-17） （式3-18）
天线阵的方向图仅由下式确定
M
A() e（j(式i1)3-19） i1
3.8 智能天线
学习目标
理解智能天线的原理 理解智能天线的接收准则 理解智能天线中常用的自适应算 理解智能天线的作用
3.8 智能天线
3.8.1智能天线的原理 3.8.2智能天线的接收准则 3.8.3智能天线中常用的自适应算 3.8.4智能天线的作用
利用智能天线，借助有用信号和干扰信号在入射角度上 的差异，选择恰当的合并权值，形成正确的天线接收模式 ，即将主瓣对准有用信号，低增益副瓣对准主要的干扰信 号，从而可更有效的抑制干扰，更大比例的降低频率复用 因子，和同时支持更多用户。
J取最小值的最佳权 W，opt可由令其对 的W梯度为零求得
W J 2 R x W （x 式2 3r -x 25 ）d 0
得到最小均方误差准则下的最优全向量
3G之智能天线-PPT精选文档23页
滤波；二是对天线阵采用数字方法进行波 束形成，即数字波束形成（DBF），使天 线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或
零辐射方向对准干扰信号到达方向，从而
节省了发射机的功率，减少了信号干扰与 电磁环境污染。
03.12.2019
15
智能算法分类
智能算法分为两大类：一类是时域中进行 处理来获得天线最优加权，这些算法起源 于自适应数字滤波器，像最小均方算法、 递归最小均方误差算法等；另一类是在空 间域对频谱进行分析来获得DOA的估计， 它是通过使用空间取样，空间谱估计算法 来得到天线的最优加权值，如果处理速度 足够快，可以跟踪信道的时变，所以空间 谱估计算法在快衰落信道上优于时域算法。
美国Metawave公司，ArrayComm公司对智 能天线进行了大量研究；
03.12.2019
20
智能天线的研究方向
论证智能天线对通信系统的功效：
对通信系统容量的提高； 抗多径干扰的性能；
提出优化方案和快速算法；
03.12.2019
21
平面型三种形式。
日本
ATR光电通信研究所研制了基于波束空间处理方式的多波束智能 天线。天线阵元布局为间距半波长的16阵元平面方阵，射频工作
频率是1.545GHz。
中国
ArrayComm公司和中国邮电电信科学研究院信威公司研制出应用 于无线本地环路(WLL)智能天线系统。
03.12.2019 中国的TD-SCDMA是3G中比较明确使用智能天线的方案
03.12.2019
5
自适应阵列系统
03.12.2019
6
自适应阵列系统原理
融入自适应数字处理技术的智能天线是利 用数字信号处理的算法去测量不同波束的 信号强度，因而能动态地改变波束使天线 的传输功率集中。应用空间处理技术可以 增强信号能力，使多个用户共同使用一个 信道。
零辐射方向对准干扰信号到达方向，从而
节省了发射机的功率，减少了信号干扰与 电磁环境污染。
03.12.2019
15
智能算法分类
智能算法分为两大类：一类是时域中进行 处理来获得天线最优加权，这些算法起源 于自适应数字滤波器，像最小均方算法、 递归最小均方误差算法等；另一类是在空 间域对频谱进行分析来获得DOA的估计， 它是通过使用空间取样，空间谱估计算法 来得到天线的最优加权值，如果处理速度 足够快，可以跟踪信道的时变，所以空间 谱估计算法在快衰落信道上优于时域算法。
美国Metawave公司，ArrayComm公司对智 能天线进行了大量研究；
03.12.2019
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智能天线的研究方向
论证智能天线对通信系统的功效：
对通信系统容量的提高； 抗多径干扰的性能；
提出优化方案和快速算法；
03.12.2019
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平面型三种形式。
日本
ATR光电通信研究所研制了基于波束空间处理方式的多波束智能 天线。天线阵元布局为间距半波长的16阵元平面方阵，射频工作
频率是1.545GHz。
中国
ArrayComm公司和中国邮电电信科学研究院信威公司研制出应用 于无线本地环路(WLL)智能天线系统。
03.12.2019 中国的TD-SCDMA是3G中比较明确使用智能天线的方案
03.12.2019
5
自适应阵列系统
03.12.2019
6
自适应阵列系统原理
融入自适应数字处理技术的智能天线是利 用数字信号处理的算法去测量不同波束的 信号强度，因而能动态地改变波束使天线 的传输功率集中。应用空间处理技术可以 增强信号能力，使多个用户共同使用一个 信道。
智能天线PPT 2
will zero in on the interference user. 自适应天线能根据期望用户和干扰的空间位置改变自动调整接收和
发射方向图,将天线的主波束对准期望用户,而将零陷对准干扰用户。
Principles of smart antenna 智能天线原理
Adaptive array system diagram 自适应阵列系统图
Principles of smart antenna 智能天线原理
Smart antenna system schematic diagram 智能天线系统工作示意图
图2
Principles of smart antenna 智能天线原理
No longer limited to the time domain, frequency domain (FDMA) or code area(CDMA) ，and expand the space domain, belongs to the air separation system of multiple access (SDMA).
Principles of smart antenna 智能天线原理
Smart antenna is divided into two main categories: adaptive antenna
and Switch beamantenna .
智能天线主要分为两大类：自适应天线和切换波束天线。 Switch beam antenna can moving from one sector to another sector,
智能天线使通信资源不再局限于时间域(TDMA)、频率域(FDMA)或码域(CDMA) 而拓展到了空间域，属于空分多址(SDMA)体制。 China put forward by the third generation mobile communication standard applied in td-scdma SDMA technology 中国提出的第三代移动通信标准TD－SCDMA中就应用了SDMA技术。
发射方向图,将天线的主波束对准期望用户,而将零陷对准干扰用户。
Principles of smart antenna 智能天线原理
Adaptive array system diagram 自适应阵列系统图
Principles of smart antenna 智能天线原理
Smart antenna system schematic diagram 智能天线系统工作示意图
图2
Principles of smart antenna 智能天线原理
No longer limited to the time domain, frequency domain (FDMA) or code area(CDMA) ，and expand the space domain, belongs to the air separation system of multiple access (SDMA).
Principles of smart antenna 智能天线原理
Smart antenna is divided into two main categories: adaptive antenna
and Switch beamantenna .
智能天线主要分为两大类：自适应天线和切换波束天线。 Switch beam antenna can moving from one sector to another sector,
智能天线使通信资源不再局限于时间域(TDMA)、频率域(FDMA)或码域(CDMA) 而拓展到了空间域，属于空分多址(SDMA)体制。 China put forward by the third generation mobile communication standard applied in td-scdma SDMA technology 中国提出的第三代移动通信标准TD－SCDMA中就应用了SDMA技术。
智能天线.ppt
2020/9/25
12
波束空间处理方式
❖ 包含两级处理过程，第一级对各阵元信号进行固定 加权求和，形成多个指向不同方向的波束；
❖ 第二级对第一级的波束输出进行自适应加权调整后 合成得到阵列输出，此方案不是对全部阵元是从整 天计算最优的加权系数作自适应处理，而是仅对其 中的部分阵元作自适应处理，因此，属于部分自适 应阵列处理；
2020/9/25
7
智能天线和自适应天线的不同
❖ 智能天线以自适应天线为基础的新一代天线系统， 其目标是通过抑制干扰和对抗衰落来增加系统容 量，进而提高频谱利用率，不仅涉及智能接收， 还包括智能发射；
❖ 智能天线与自适应天线有着本质的区别，后者只 能对功率方向图进行调整，而前者还可以独立的 对信道方向图进行调整。智能天线的最大魅力在 于，它可以利用信号方向的不同，将不同信号分 开，从而对传统信道空分复用，增加系统容量。
在多用户情况下，K：系统中的用户数；M：天线阵元个数； 则在频率选择性衰落情况下，接收到的第k个用户的信号矢量为：
（其中Lk表示第k个用户的多径数，k,l 表示第k个用户第l 径的复信道增益）
Lk
xk t k,la k,l sk t k,l l 1
则在平坦衰落情况下，接收到的第k个用户的信号矢量为：
Aexp j t x st源自st stx1 x2
Aexp Aexp
j t j t
x1 x2
s
t
exp exp
j x1 j x2
s t xM
Aexp j t xM
exp j xM
s t a
2020/9/25
18
智能天线的信号模型
❖ 在相同时隙，相同频率或相同地址码的情 况下，仍然可以根据信号不同的传播路径 来区分；
智能天线
智能天线的原理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，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扰信号的目的。同时， 智能天线技术利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用 户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。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络扩容的需要。
智能天线
自适应天线阵列
01 研究简史
03 实现原理 05 技术分类
目录
02 天线结构 04 系统特点 06 应用领域
目录
07 研究趋势
09
对无线资源管理的影 响
08 的基本概念
基本信息
智能天线又称自适应天线阵列、可变天线阵列、多天线。智能天线指的是带有可以判定信号的空间信息（比 如传播方向）和跟踪、定位信号源的智能算法，并且可以根据此信息，进行空域滤波的天线阵列。
（4）抗衰落。采用智能天线控制接收方向，自适应地构成波束的方向性，可以使得延迟波方向的增益最小， 降低信号衰落的影响。智能天线还可用于分集，减少衰落。
（5）实现移动台定位。采用智能天线的基站可以获得接收信号空间特征矩阵，由此获得信号的功率估值 和到达方向。通过此方法，用两个基站就可将用户终端定位到一个较小区域。
欧洲研究简史
欧洲通信委员会（CEC）在RACE计划中实施了第一阶段智能天线技术研究，称为TSUNAMI。实验评测了采用 MU-SIC算法判别用户信号方向的能力，同时，通过现场测试，表明圆环和平面天线适于室内通信环境使用，而市 区环境则更适合采用简单的直线阵。
此后，欧洲通信委员会（CEC）又在ACTS计划中继续进行了第二阶段智能天线技术研究，即TSUNAMIⅡ，旨 在考察第三代移动通信中采用智能天线系统的可行性和具体优势。通过大量宏蜂窝和微蜂窝的实验，用以验证智 能天线系统在商用络中的工作情况。通过对两套系统收发性能的比较，证实了实际的智能天线方向图与理论方向 图的一致性，实际所能达到的干扰抑制能力与理想的干扰抑制能力相差通常在2dB以内。实验结果同时也说明， 智能天线系统在郊区宏蜂窝环境下的干扰抑制水平比较理想，而在市区微蜂窝环境下的干扰抑制能力则与环境杂 波有关。
智能天线
自适应天线阵列
01 研究简史
03 实现原理 05 技术分类
目录
02 天线结构 04 系统特点 06 应用领域
目录
07 研究趋势
09
对无线资源管理的影 响
08 的基本概念
基本信息
智能天线又称自适应天线阵列、可变天线阵列、多天线。智能天线指的是带有可以判定信号的空间信息（比 如传播方向）和跟踪、定位信号源的智能算法，并且可以根据此信息，进行空域滤波的天线阵列。
（4）抗衰落。采用智能天线控制接收方向，自适应地构成波束的方向性，可以使得延迟波方向的增益最小， 降低信号衰落的影响。智能天线还可用于分集，减少衰落。
（5）实现移动台定位。采用智能天线的基站可以获得接收信号空间特征矩阵，由此获得信号的功率估值 和到达方向。通过此方法，用两个基站就可将用户终端定位到一个较小区域。
欧洲研究简史
欧洲通信委员会（CEC）在RACE计划中实施了第一阶段智能天线技术研究，称为TSUNAMI。实验评测了采用 MU-SIC算法判别用户信号方向的能力，同时，通过现场测试，表明圆环和平面天线适于室内通信环境使用，而市 区环境则更适合采用简单的直线阵。
此后，欧洲通信委员会（CEC）又在ACTS计划中继续进行了第二阶段智能天线技术研究，即TSUNAMIⅡ，旨 在考察第三代移动通信中采用智能天线系统的可行性和具体优势。通过大量宏蜂窝和微蜂窝的实验，用以验证智 能天线系统在商用络中的工作情况。通过对两套系统收发性能的比较，证实了实际的智能天线方向图与理论方向 图的一致性，实际所能达到的干扰抑制能力与理想的干扰抑制能力相差通常在2dB以内。实验结果同时也说明， 智能天线系统在郊区宏蜂窝环境下的干扰抑制水平比较理想，而在市区微蜂窝环境下的干扰抑制能力则与环境杂 波有关。
智能天线概要PPT课件
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空分多 址大大 增加系 统容量
智能天线技术实现
• 智能天线主要包括四个部分：天线阵元、模数转换、自适应处理器、 波束成型网络。自适应处理器根据自适应空间滤波/波束成型算法和 估计的来波方向等产生权值，波束成型网络进行动态自适应加权处 理以产生希望的自适应波束。
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智能天线技术实现
8天线智能天线圆阵
➢ 频率范围: 2010～2025MHz ➢ 增 益: 8×8dBi ➢ 驻 波 比: ≤1.4 ➢ 主波束下倾: 6.5° ➢ 垂直波束宽度: 15° ➢ 输入阻抗: 50Ω ➢ 耐 功 率: 50W ➢ 极化方式: 垂直极化
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8天线智能天线线阵
➢ 频率范围: 2010～2025MHz ➢ 单元天线增益: 14dBi ➢ 天线阵增益: 23dBi ➢ 驻 波 比: ≤1.4 ➢ 垂直波束宽度: 9° ➢ 输入阻抗: 50Ω ➢ 耐 功 率: 50W ➢ 极化方式: 垂直极化
智能天线的作用
• 使用智能天线：
• 不使用智能天线：
• 能量仅指向小区内处于激 活状态的移动终端
• 正在通信的移动终端在整 个小区内处于受跟踪状态
• 能量分布于整个小区内
• 所有小区内的移动终端均 相互干扰，此干扰是 CDMA容量限制的主要原 因
Talk 干扰
自适应阵列基站
Talk 普通基站
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天馈系统实物图
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天馈系统实物图
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感谢您的观看。
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智能天线基本原理
• 智能天线是一个天线阵列。它由多 个天线单元组成，不同天线单元对 信号施以不同的权值，然后相加， 产生一个输出信号。
空分多 址大大 增加系 统容量
智能天线技术实现
• 智能天线主要包括四个部分：天线阵元、模数转换、自适应处理器、 波束成型网络。自适应处理器根据自适应空间滤波/波束成型算法和 估计的来波方向等产生权值，波束成型网络进行动态自适应加权处 理以产生希望的自适应波束。
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智能天线技术实现
8天线智能天线圆阵
➢ 频率范围: 2010～2025MHz ➢ 增 益: 8×8dBi ➢ 驻 波 比: ≤1.4 ➢ 主波束下倾: 6.5° ➢ 垂直波束宽度: 15° ➢ 输入阻抗: 50Ω ➢ 耐 功 率: 50W ➢ 极化方式: 垂直极化
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8天线智能天线线阵
➢ 频率范围: 2010～2025MHz ➢ 单元天线增益: 14dBi ➢ 天线阵增益: 23dBi ➢ 驻 波 比: ≤1.4 ➢ 垂直波束宽度: 9° ➢ 输入阻抗: 50Ω ➢ 耐 功 率: 50W ➢ 极化方式: 垂直极化
智能天线的作用
• 使用智能天线：
• 不使用智能天线：
• 能量仅指向小区内处于激 活状态的移动终端
• 正在通信的移动终端在整 个小区内处于受跟踪状态
• 能量分布于整个小区内
• 所有小区内的移动终端均 相互干扰，此干扰是 CDMA容量限制的主要原 因
Talk 干扰
自适应阵列基站
Talk 普通基站
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天馈系统实物图
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天馈系统实物图
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智能天线基本原理
• 智能天线是一个天线阵列。它由多 个天线单元组成，不同天线单元对 信号施以不同的权值，然后相加， 产生一个输出信号。
智能天线技术PPT课件
▪ 高增益、窄波束智能天线阵用于WCDMA基站，可减少移动台对 基站的干扰，改善系统性能。抗干扰应用实质是空间域滤波。
▪ 为了满足移动 通信业务的巨大需求，应尽量扩大现有基站容量和 覆盖范围。要尽量减少新建网络所需的基站数量，必须通过各种 方式提高频谱利用效率。方法之一是采用智能天线技术，用多波 束板状天线代替普通天线。
精选ppt课件2021
4
▪ 天线的方向图表 示的是空间角度与 天线增益的关系， 对于全向天线来说，
精选ppt课件2021
5
优点及用途
▪ ⑴抗衰落 ▪ ⑵抗干扰 ▪ ⑶增加系统容量 ▪ ⑷实现移动台定位
精选ppt课件2021
6
▪ 采用智能天线控制接收方向，天线自适应地构成波束的方向性， 使得延迟波方向的增益最小，减少信号衰落的影响。智能天线还 可以用于分集，减少衰落。
10
▪ （3）智能天线需根据通信系统的传输特性 和环境，选用不同的算法来调整波束，甚 至改变系统的资源管理状态，为提高其运 用弹性和灵活度，采用软件无线电（SDR） 实现智能天线已成为主流趋势。软件无线 电采用开放式架构，以硬件作为其通用的 基本平台，通过软件完成功能性的重组， 以满足不同环境、多模式、多功能的通信 要求，同时具备可适应性信号处理、组件 可程序化的能力。在此概念下，利用软件 控制方式改变硬件特性的精选p通pt课件信2021设备，均可 11
▪ 目前蜂窝移动通信系统只能确定移动台所处的小区。如果基站采 用智能天线阵，一旦收到信号，即对每个天线元所连接收机产生 的响应作相应处理，获得该信号的空间特征矢量及矩阵，由此获 得信号的功率估值和到达方向，即用户终端的方位。
精选ppt课件2021
7
技术分类
▪ （1）自适应方向图智能天线 ▪ （2）自适应方向图智能天线 ▪ （3）采用软件无线电实现智能天线
▪ 为了满足移动 通信业务的巨大需求，应尽量扩大现有基站容量和 覆盖范围。要尽量减少新建网络所需的基站数量，必须通过各种 方式提高频谱利用效率。方法之一是采用智能天线技术，用多波 束板状天线代替普通天线。
精选ppt课件2021
4
▪ 天线的方向图表 示的是空间角度与 天线增益的关系， 对于全向天线来说，
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5
优点及用途
▪ ⑴抗衰落 ▪ ⑵抗干扰 ▪ ⑶增加系统容量 ▪ ⑷实现移动台定位
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6
▪ 采用智能天线控制接收方向，天线自适应地构成波束的方向性， 使得延迟波方向的增益最小，减少信号衰落的影响。智能天线还 可以用于分集，减少衰落。
10
▪ （3）智能天线需根据通信系统的传输特性 和环境，选用不同的算法来调整波束，甚 至改变系统的资源管理状态，为提高其运 用弹性和灵活度，采用软件无线电（SDR） 实现智能天线已成为主流趋势。软件无线 电采用开放式架构，以硬件作为其通用的 基本平台，通过软件完成功能性的重组， 以满足不同环境、多模式、多功能的通信 要求，同时具备可适应性信号处理、组件 可程序化的能力。在此概念下，利用软件 控制方式改变硬件特性的精选p通pt课件信2021设备，均可 11
▪ 目前蜂窝移动通信系统只能确定移动台所处的小区。如果基站采 用智能天线阵，一旦收到信号，即对每个天线元所连接收机产生 的响应作相应处理，获得该信号的空间特征矢量及矩阵，由此获 得信号的功率估值和到达方向，即用户终端的方位。
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技术分类
▪ （1）自适应方向图智能天线 ▪ （2）自适应方向图智能天线 ▪ （3）采用软件无线电实现智能天线
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《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；
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
.
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
（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。
.
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。
rHasn
r[r0,r1*]T s[s0,s1]T n[n0,n1]T
Ha
h0 h1*
h1 ห้องสมุดไป่ตู้
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~
.
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。
.
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
.
（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)
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)。
CHlo2g (1 |hi |2)bp/H sZ
i1
MISO信道容量
CHlo2g (1M TMT|hi |2)bp/H sZ
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。
.
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。
.
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。
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；
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
.
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
（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。
.
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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空时分组码
假设接收端理想地获得信道信息。用
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左乘
r得到：
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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
.
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。
.
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
.
（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
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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)
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)。
CHlo2g (1 |hi |2)bp/H sZ
i1
MISO信道容量
CHlo2g (1M TMT|hi |2)bp/H sZ
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。
.
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。
.
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。