一种基于波束切换方法的智能天线系统研究
智能天线技术原理及其应用
智能天线技术原理及其应用一、智能天线技术的原理智能天线原名自适应天线阵列(AAA,Adaptive Antenna Ar-ray)。
最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、抗干扰通信等，用来完成空间滤波和定位，后来被引入移动通信系统中。
智能天线通常包括波束转换智能天线(Switched Beam Antenna)和自适应阵列智能天线(Adaptive Array Antennal。
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DOA(DirectionofArrlnal)，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网络扩容的需要。
总之。
自适应阵列智能天线利用基带数字信号处理技术，通过先进的算法处理，对基站的接收和发射波束进行自适应的赋形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖和提高无线数据传输速率的目的。
移动通信信道传输环境较恶劣。
实际环境中的干扰和多径衰落现象异常复杂。
多径衰落、时延扩展造成的符号间串扰ISI、FDMATDMA系统(如GSM)由于频率复用引入的同信道干扰、CDMA系统中的MAI等都使链路性能、系统容量下降。
使用自适应阵列天线技术能带来很多好处，如扩大系统覆盖区域、提高系统容量、提高数据传输速率、提高频谱利用效率、降低基站发射功率、节省系统成本、减少信号间干扰与电磁环境污染等。
自适应阵天线一般采用4-16天线阵元结构，在FDD中阵元间距1／2波长，若阵元间距过大，则接收信号彼此相关程度降低：太小则会在方向图形成不必要的栅瓣，故一般取半波长。
而在TDD 中，如美国Ar-rayComm公司在PHS系统中的自适应阵列天线的阵元间距为5个波长。
智能天线技术的原理与应用分析
智能天线技术的原理与应用分析摘要：目前，先进的科学技术发展加速了通信行业的进步。
通信技术和质量的提高，使许多不同类型的新生事物不断涌现。
当前智能天线在通信行业的使用变得越来越广泛，并且取得了良好的成绩。
本文分析了智能天线的原理，并对智能天线的在通信中的应用进行探讨。
关键词：智能天线技术无线通信原理应用智能天线技术采用空分复用技术，根据信号传播方向上的不一致性把具有相同时隙、相同频率的信号在空域区域进行区分，能够大幅度提高频谱资源的利用效率、减少地形、建筑等对电波传播的影响。
随着无线通信系统容量需求的增加，智能天线技术将会更广泛的应用到无线通信中。
1、智能天线的原理智能天线原名自适应天线阵列(AAA，Adaptive Antenna AHay)。
最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、抗干扰通信、定位、军事方面等。
用来完成空间滤波和定位。
后来被引入移动通信系统中。
智能天线通常包括波束转换智能天线fSwikhed BearIl Antenna)和自适应阵列智能天线(Adap Iive AmIy Antenna)。
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DOA(DirectionofArrinal)，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问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网络扩容的需要。
总之，自适应阵列智能天线利用基带数字信号处理技术，通过先进的算法处理，对基站的接收和发射波束进行自适应的赋形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖和提高无线数据传输速率的目的。
目前，自适应阵列智能天线已经成为智能天线发展的主流。
移动通信信道传输环境较恶劣。
基于MATLAB的智能天线及仿真
基于M A T L A B的智能天线及仿真Newly compiled on November 23, 2020摘要随着移动通信技术的发展，与日俱增的移动用户数量和日趋丰富的移动增值服务，使无线通信的业务量迅速增加，无限电波有限的带宽远远满足不了通信业务需求的增长。
另一方面，由于移动通信系统中的同频干扰和多址干扰的影响严重，更影响了无线电波带宽的利用率。
并且无线环境的多变性和复杂性，使信号在无线传输过程中产生多径衰落和损耗。
这些因素严重地限制了移动通信系统的容量和性能。
因此为了适应通信技术的发展，迫切需要新技术的出现来解决这些问题。
这样智能天线技术就应运而生。
智能天线是近年来移动通信领域中的研究热点之一，应用智能天线技术可以很好地解决频率资源匮乏问题，可以有效地提高移动通信系统容量和服务质量。
开展智能天线技术以及其中的一些关键技术研究对于智能天线在移动通信中的应用有着重要的理论和实际意义。
论文的研究工作是在MATLAB软件平台上实现的。
首先介绍了智能天线技术的背景；其次介绍了智能天线的原理和相关概念，并对智能天线实现中的若干问题，包括:实现方式、性能度量准则、智能自适应算法等进行了分析和总结。
着重探讨了基于MATLAB的智能天线的波达方向以及波束形成，阐述了music和capon两种求来波方向估计的方法，并对这两种算法进行了计算机仿真和算法性能分析;关键字:智能天线；移动通信；自适应算法；来波方向； MUSIC算法AbstractWith development of mobile communication technology，mobile users and communication，increment service are increasing，this make wireless services increase so that bandwidth of wireless wave is unfit for development of communication，On the other hand，much serious Co-Channel Interruption andthe Multiple Address interruption effect utilize rate of wireless wave’s bandwidth，so the transported signals are declined and wear down，All this has strong bad effect on the capacity and performance of question and be fit for the development of communication，so smart antenna arise Smart Antenna，which is considered to be a solution to the problem of lacking frequency, becomes a hotspot in the Mobile Communication area．With this technology, Capacity of Mobile Communication system can be increased effectively and the quality of service can be improved at the same time. To study Smart Antenna and its key technologies is important both in theory and in practice。
天线与电波传播
智能天线的研究及改进摘要智能天线利用数字信号处理技术,产生空间定向波束,使天线主波束对准期望用户信号到达方向,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。
智能天线分为两大类切换波束智能天线与自适应阵智能天线。
智能天线技术是第三代移动通信系统的关键技术之一,智能天线技术将会在未来移动通信系统中发挥重要作用。
本文在简要介绍智能天线的基本原理、系统组成的基础上,详细论述了智能天线的自适应算法和技术优势及其在中的应用。
引言随着移动通信产业的高速发展及其用户的飞速增长,市场对移动通信技术的改进和更新提出了更高的要求。
而如何提高无线频谱的使用效率成为近些年来各种新技术所面临解决的核心问题。
第三代移动通信系统是正在全力投入开发的系统,其最基本的特征是智能信号处理技术。
智能信号处理模块将成为它的基本功能模块,实现基于话音业务为主的多媒体数据通信。
目前最典型的智能天线技术是实现移动通信扩大通信容量的关键技术之一。
智能天线技术作为有效解决这一问题的新技术已成功应用于移动通信系统,并通过对无线数字信号的高速时空处理,极大地改善了无线信号的传输,成倍地提高了系统的容量和覆盖范围,从而极大地改善了频谱的使用效率。
1 智能天线的基本概念及组成1.1 智能天线的基本概念智能天线, 即具有一定程度智能性的自适应天线, 由多个天线单元组成, 每一个天线后接一个加权器即乘以某一个系数, 这个系数通常是复数, 既调节幅度又调节相位,而在相控阵雷达中只有相位可调, 最后用相加器进行合并输出, 这种结构的智能天线只能完成空域处理同时具有空域、时域处理能力的智能天线在结构上相对复杂些,每个天线后接的是一个延时抽头加权网结构上与时城均衡器相同。
自适应或智能的主要含义是指这些加权系数可以恰当改变和自适应调整。
上面介绍的是智能天线用作接收天线时的结构,当用它进行发射时结构稍有变化,加权器或加权网络置于天线之前,也没有相加合并器。
基于RSSI和智能天线的联合定位算法
文章编号 ：０ ６ ９ ４ （０ ２ ０ — ｌ０ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ） １ ０ ｌ — ４
计
算
机
仿
真
２２ 月 ０ 年１ １
基 于 Ｒ Ｓ 和 智 能 天线 的联 合定 位 算 法 ＳＩ
樊 玉凤 ． 金 垣 冯
（ 华南理工大学理学院 ． 广东 广州 ５ ０４ ） １ ６０ 摘要 ： 研术之一 ， 由于室 内环境复杂 ． 遮挡物较 多， 使定位 信号减弱。传统 Ｒ Ｓ 的定位算法使 目前室 内定位不能满足要求 。为解决 Ｒ Ｓ 测量方法误差较大 的问题 ． ＳＩ ＳＩ 提出一种将 Ｒ Ｓ ＳＩ 测量值与波束切换智能天线相结合的联合定位算法 。同时引入了网格和半波瓣的概念， 利用波束切换智能天线将信 号最 强
ｇ ｒ ｈ ｗｈ ｃ ｏ ｉ ｅ Ｓ ｉ ｍａｔａ ｔｎ ａ ｅ ｍ ｗ ｔ ｈ ｓ ｒ ａ ｔｎ ａｕ ｅ ｈ ｔ ｎ ｅ ｔｓｇ ａ ｅ ｍ ｏ ａｉｎ ｏ ｉ ｍ ｉｈ ｃ ｍｂ ｎ ｓＲＳ １ｗ ｔ ｓ ｒ ｎｅ ｎ ．Ｂ ａ ｓ ｉ ｍａ ｔ ｎ ｅ ｎ ｓ ｄ ｔ ｅ ｓ ｏ ｇ ｓ ｉ ｎ ｌ ａ ｔ ｌ ｔ ｈ ｃ ｒ ｂ ｇ
ｇｒｈ ａｅ ｎＲ Ｓ ｅｙ ｏ． ｎｏｄｒ ｏ ｅｏｖ ｅ ｓ ｅ ｆａ ｅ ｒ ｒ ｔｉｐｐｒ ｒｓｎｅ ｉｔｏａｉ ｌ ｏｉ ｍ ｂｓｄｏ Ｓ Ｉｓ ｒ ｔ Ｉ ｒｅ ｔ ｒｓｌ ｔ ｓ ｒ ｒ ，ｈｓ ａ ｅ ｐｅｅｔ ａ ｏｎ ｌ ｔ ｎａ ｔ ｉｖ ｈ ｅｈ ｉｕ ｏｌｇ ｅ ｏ ｄ ｊ ｃ ｏ —
ａ ｃ ｒｃ ・ ｃ ｕ ａ ｙ
ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ： ｅ ｍ ｗ ｔ ｈ；Ｈａｆｂ ａ ；Ｇ ｉ Ｂ ａ ｓｉ ｃ ｌ ｅｍ ｒｄ；Ｌ ｃ ｔ ｎ ｏ ａｉ ｏ
四波束切换天线的分析与设计
四波束切换天线的分析与设计高 雪1,胡鸿飞1,姚中兴2,傅德民1,肖良勇2,郭渭盛2(11西安电子科技大学天线与电磁散射研究所,陕西西安710071;21西安海天天线科技股份有限公司,陕西西安710065) 摘 要: 本文对一种覆盖90度扇区的四波束切换天线进行了分析和设计.首先采用微带结构的4×4Butler 矩阵作为波束合成网络,其中90度相差的混合接头用3dB 定向耦合器实现.文中给出了该Butler 矩阵散射参数的计算和测量结果.然后对实现预波束要求的阵列结构进行了分析和综合.最后给出了整个波束切换样机天线的实际测试结果.关键词: 波束切换天线;微带Butler 矩阵;平面阵中图分类号: T N821 文献标识码: A 文章编号: 037222112(2003)0921372203Analysis and De sign of a Four 2Beam 2Switched AntennaG AO Xue 1,H U H ong 2fei 1,Y AO Zhong 2xing 2,FU De 2min 1,XI AO Liang 2y ong 2,G UO Wei 2sheng 2(11Institute o f Antennas and EM Scattering ,Xidian Univer sity ,Xi ’an ,Shaanxi 710071,China ;21Xi ’an Haitian Antenna Technologies Co.,Ltd ,Xi ’an ,Shaanxi 710065,China )Abstract : A four 2beam 2s witched antenna is analyzed and designed.Firstly ,a microstrip Butler matrix is used as the beam form 2ing netw ork ,in which the 90°hybrid is realized by a 3dB directional coupler.The S parameters of the netw ork are com puted and mea 2sured.Then ,the planar array used to obtain the desired beam pattern is analyzed and synthesized.Finally ,the experimental results of the prototype antenna are given.K ey words : s witched 2beam antenna ;microstrip Butler matrix ;planar array1 引言 在移动通信系统中,为了抑制多径衰落、极化失配以及其他干扰,引入了雷达和声纳领域中广泛应用的智能天线技术.智能天线分为波束切换智能天线和全自适应智能天线两大类.从理论角度,全自适应智能天线的接收效果更优,是智能天线的最终形式,但是由于其计算量大、暂态反应速度慢以及成本高等问题的制约,在实际系统中应用还需时日.波束切换天线预先设计几个高增益、低旁瓣的固定窄波束覆盖指定的扇区,然后根据用户的来波方向和特定的准则,选择某一波束指向.波束切换天线用高增益窄波束实现空分、用低旁瓣抑制干扰,方向图的自适应性是有限的.但其波束合成可以在射频端实现,且成本低,实现相对容易,对现有通信系统的升级非常方便,是解决现有系统容量扩充问题的切实方案,所以工程上倍受瞩目[1,2].本文设计了一种工作频率为2150MH z ～2162MH z 的4波束切换天线,覆盖90度工作扇区.采用微带结构的4×4Butler 矩阵,合成4个预定波束.用半波对称振子组成沿各向等间距排列的4×8平面阵列,通过方向图综合,对阵列采用不等幅馈电,有效降低各模式波束的较大副瓣.本文设计的天线不通 图1 4×4Butler 矩阵及混合接头示意图过数字信号处理形成波束,而采用射频部件产生多波束,这为未来的全自适应智能天线提供了一个重要的硬件解决方案,降低现有基站对移动通信系统性能的制约.2 Butler 矩阵波束合成网络 波束切换天线的波束合成网络可以控制天线激励单元的幅相分布,形成预定多波束,是波束切换天线的重要组成部分.当波束合成在射频端用硬件实现时,可以采用模拟合成器Butler 矩阵来进行控制.Butler 矩阵采用90度相差的混合接头,形成相互正交的波束.4×4Butler 矩阵和90度相差的混合接头的示意图如图1所示.其波束合成过程与快速傅立叶变换(FFT )非常相似,只不过Butler 矩阵对模拟数据域进收稿日期:2002204201;修回日期:2003204210第9期2003年9月电 子 学 报ACT A E LECTRONICA SINICA V ol.31 N o.9Sep. 2003 图2 微带Butler 矩阵的结构图行变换,而FFT 在离散数据域进行.当4×4Butler 矩阵4个输入端口分别激励时,输出端口分别对应于-45°、135°、-135°和45°等相位差[3].本文用微带结构实现上述功能,基片介质的相对介电参数εr =415,厚度为3mm.45°相移器用微带传输线来实现,90°相差的混合接头采用微带分支线定向耦合器结构.在中心频率的条件下,根据经验公式[4]设计相移器和耦合器,然后在整个频带内,采用文献[5]中的方法对结构进行修正和调整,得到如图2所示的设计结构.输出端口之间的相位差和输入端口之间的隔离度是But 2ler 矩阵的重要性能参量.前者影响阵列的馈电相位,后者直接影响各工作模式之间的隔离性能.图2结构的上述参数的仿真结果如图3～5虚线和表1所示.考虑到该微带电路的对称性,只需分别研究输入端口1与端口2、3、4之间隔离情况.由图可见,在工作频带内,散射参数的幅度均呈近似线性关系,其中|S 12|在频带内的变化幅度最大,但最大值与最小值之差仍不超过5dB.|S 12|在f =2150MH z 达到最大值,为-21171dB.|S 13|和|S 14|在最高频率f =2162MH z 达到最大值,分别为-2917dB 和-19113dB.表1给出了中心频率上各输入和输出端口之间相位关系.可见4个输入端口分别激励时,4个输出端口基本具有等相位差,分别是-45°、135°、-135°和45°.而且,整个频带内相位的一致性比较好,相对于中心频率的最大偏差不超过2°.由此可见,该设计结构可以实现各模式波束的相位控制和隔离.表1 4×4Butler 矩阵端口的相对相位关系输出1’(度)输出2’(度)输出3’(度)输出4’(度)输入1-4312-8818-13610-17915输入2-1321141613813-8817输入3-881713812414-13212输入4-17915-13610-8819-4313 按照设计尺寸,实际制作的微带Butler 矩阵的测量结果如图3～5实线所示.显见,该Butler 矩阵输入端口之间的散射特性在工作频带内与计算结果基本吻合,两者之间有一些差别的主要原因是,微带介质基片性能的一致性不高,另外还有一些测量误差的影响.图3 |S 12|计算和测量结果图4 |S 13|计算和测量结果图5 |S 14|计算和测量结果3 平面阵的设计 波束切换天线利用多个窄波束实现空分,利用低副瓣降低干扰.为了保证4个波束覆盖90度的扇区,理论上需要4个波束的主瓣最大值分别在θ=±10°和θ=±33°的方向,且其3dB 波束宽度分别为20°和24°,同时要求各波束增益不小于15dBi .众所周知,对于阵列天线,当阵列结构或单元方向图选择不当时,很容易产生栅瓣或较大的副瓣.在本文的波束切换天线中,当使用旁边的两个波束模式时,扫描角度达θ=±33°,如果伴随产生的高副瓣出现在90度扇区内,将会大大降低系统抑制干扰的能力.而且,为了保证4波束完全覆盖工作扇区,同时要求相邻波束的交叉电平不小于-4dB .因此,如何设计阵列天线,从而产生上述要求的预波束,也是多波束天线设计的关键技术.根据上述扫描角度、波束宽度以及增益的要求,采用半波振子为单元,振子沿x 轴放置,首先可以确定阵列形式为4×图6 等幅馈电阵列的E 面方向图8均匀平面阵列,单元间距分别为dx =016λ和dy =015λ. 首先分析阵列单元等幅馈电的情况.Butler 矩阵的四个输出端口分别对应于4列直线阵,数值模拟该阵列E 面、H 面方向图,结果如图6和7所示.可见,4个波束的主瓣最大值分别出现在±1015°和±3115°左右,旁边波束和中间波束的3dB 波束宽度分别为2018°和21°,整个波束切换天线的3dB 波束覆盖范围为86°,相邻波束的交叉电平为-218dB ,H 面波束宽度约为15°.以上参数基本满足要求,但是天线E 面旁边两个波束伴随有-7dB 的副瓣,所以当天线处在旁边某3731第 9 期高 雪:四波束切换天线的分析与设计一波束的工作模式时,造成覆盖小区应该抑制干扰的中间区图7 等幅馈电阵列的H 面方向图域有较大波瓣,所以有可能将较大的干扰同时接入到信道,降低信噪比.为此,必须考虑副瓣抑制.E 面方向图主要取决于阵列x 方向的间距和幅相分布,由于x 方向单元均匀排列,可以用离散阵列方向图综合方法.我们只改变单元激励幅度,采用幅度递减对称分布形式,即1∶A ∶A ∶1(A >1),压低副瓣电平.将波束增益最大作为目标,设A 为优化变量,使其在1和3之间变化,令副瓣电平小于-11dB 和相邻波束交叉电平不小于-4dB 为约束条件,建立优化问题求解[6].得到激励幅度依次为1∶11735∶11735∶1,对应的E 面和H 面方向图如图8和9所示.可见,在其他参数变化不大的情况下,高副瓣得到有效抑制.图8 不等幅馈电阵列 图9 不等幅馈电阵列的E 面方向图 的H 面方向图4 天馈系统实验结果与分析 采用上述微带Butler 矩阵和不等幅馈电的4×8平面阵,加工制作了波束切换天馈线系统,并对其电气性能进行了调试和测量.图10是其中心频率上的方向图实测曲线[7].E 面两个内波束分别指向±10°左右,波束宽约为21°,波束增益约为16dBi ,两个外波束分别指向±33°左右,波束宽度为23°,波束增益约为15dBi.四个波束的覆盖角度为88°,最大副瓣电平图10 4波束切换天线的E 面和H 面方向图实测结果低于-10dB ,整个频带内驻波比均小于115.值得注意的是,当采用不等幅馈电时,与等幅馈电相比会造成方向性系数降低.5 结束语 本文介绍了工作频率为2150MH z -2162MH z 的四波束切换天线的分析和设计过程.采用微带结构的4×4Butler 矩阵作为模拟波束合成器,给出了设计结构和仿真及测试结果.研究了实现预波束的阵列结构,首先根据增益和扫描角度的要求确定天线阵单元、数目及排列方式,然后通过优化激励电流的幅度,有效降低旁边波束的较高副瓣,得到了实现期望方向图的阵列形式.文中最后给出了整个天馈系统的测试结果,说明本文的设计方案切实可行,该系统在移动通信中有良好的应用前景,并为全自适应智能天线提供重要的硬件设计参考.参考文献:[1] M Chryss omallis.Smart antennas [J ].IEEE Antennas and PropagationM agazine ,2000,42(3):129-136.[2] S S walse ,et al.The performance enhancement of multibeam adaptivebase 2station antenna for cellular and m obile radio system [J ].IEEE T rans Vehicular T 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智能天线自适应波束赋形算法的研究
束 ， 天线主波束对准用 户信 号到达方 向 ， 或零 陷点对 使 旁瓣 准干扰信号到达方 向 ， 以达到充分高效地利用移动用户的有
用信号并抑制或删 除干扰信 号的 目的 ， 从而达到最佳接收和
发射 ， 在同一信道上接收和发送多个用户的信号互相不 使得 干扰 ， 同频率 或同时隙 、 将 同码道 的信号 区分开来 ， 最大限度
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山西 电子技 术
２０ ０ ７年 第 １ 期
通 信 技 术
智 能天 线 自适应 波束赋 形 算 法 的研 究
白振锋 萧宝瑾
（ 太原 理 工大 学信 息 工程 学院 ， 山西 太原 ０ ０ ２ ） ３ ０ ４
摘 要 ： 能 天 线 作 为 ３ 及 未来 移 动 通信 的核 心技 术 ， 当前 通信 领 域 的研 究 热 点 。 阐 述 了智 能 天 线 的 基 本 智 Ｇ 是
原理 ， 对 自适应波束赋形算法进行 了分类 ， 并 较为详 细地 比较和 分析 了几种 算 法的特 点及其 适 用条件。基 于算法 的现状 ， 出了未来的研 究方向。 提 关键词 ： 智能天线 ； 自适应波束赋形 ； 算法分类 中图分类号 ： ８ ８ ６ ＴＮ ２ ． 文献标识码 ： Ａ
的干扰 ， 是通过控 制低 的旁 瓣电平来 确保抑制的。与 自适应
最陡梯 度法推导 出来 的 ， 其原理如下 ： 假设参考信号为 ｄ ） 数字 波束形成 网络 处理 函数为 （ ，
智 能天 线相 比， 固定形 状波 束智能天 线无需 迭代 、 响应 速度 收稿 日期 ： ０ — ７ １ 第一作者 ２ ６ ０—５ ０ 白振锋
快， 而且鲁棒性好 ， 但它对天 线单元 与信道 的要 求较 高 ， 而且
用户信号并不一定 在波束 中心 ， 当用户位 于波束边缘及 干扰 信号位 于波束 中央 时 ， 收效果最 差 ， 以多 波束 天线不 能 接 所
移动基站天线及波束赋形天线研究
移动基站天线及波束赋形天线研究一、本文概述随着无线通信技术的快速发展，移动基站天线及波束赋形天线在提升网络覆盖、增强信号质量和提高频谱效率等方面发挥着至关重要的作用。
本文旨在深入研究移动基站天线及其波束赋形技术，探讨其设计原理、性能优化和应用前景。
本文将介绍移动基站天线的基本原理和分类，包括其工作原理、辐射特性以及不同类型天线的优缺点。
随后，将重点分析波束赋形天线的关键技术，如波束形成算法、阵列结构设计和信号处理技术等。
通过理论分析和实验验证，本文旨在揭示波束赋形天线在提高信号增益、降低干扰以及提升系统容量等方面的优势。
本文还将关注移动基站天线及波束赋形天线在实际应用中的挑战与解决方案。
例如，如何在复杂电磁环境下实现高效的天线布局和波束管理，以及如何在保证性能的同时降低天线系统的成本和复杂度。
本文将对移动基站天线及波束赋形天线的未来发展趋势进行展望，探讨新技术、新材料和新工艺对天线性能的影响，以及天线系统在5G、6G等未来通信网络中的应用前景。
通过本文的研究，旨在为无线通信领域的科研人员、工程师和决策者提供有益的参考和借鉴。
二、移动基站天线概述移动基站天线是无线通信系统中不可或缺的组成部分，其主要作用是实现无线信号的收发和波束赋形，从而确保无线通信的顺畅进行。
随着移动通信技术的不断发展和用户需求的日益增长，移动基站天线也在不断演进和优化。
移动基站天线通常由多个天线单元组成，这些天线单元按照一定的排列方式组成阵列，以实现信号的定向传输和接收。
根据不同的应用场景和频段，移动基站天线可以分为多种类型，如全向天线、定向天线、扇形天线等。
其中，全向天线能够向各个方向均匀地辐射信号，适用于覆盖范围广、用户分布均匀的场景；定向天线则能够将信号集中向特定方向传输，适用于需要高精度覆盖和减少干扰的场景。
除了天线类型外，移动基站天线的性能还受到天线增益、波束宽度、极化方式等多个因素的影响。
天线增益决定了天线辐射信号的强度，而波束宽度则决定了天线覆盖的区域范围。
移动通信系统中的波束转换智能天线设计
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ，ｗｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ｔｅ ｄ ｓｇ ｆｓ ｔｈ ｄ ｂ ａ ａ ｔｎ ａ ｕｓｄ ｉ ｅｌｌｒ ｂ ｓ ｔｔ ｎ ｏ ｕ ＇ｎ ｓ ｒ ｃ ：ｎ ｔｉ ａ ｅ ｎｒ ｄ ｃ ｅ ｉｎ ｏ ｗｉ ｅ ｅ ｍ ｎｅ ｎ ｅ ｎ ｃ ｌｕａ ａ ｅ ｓａｉ ｆＣ ｎｅ ｔＧＳＭ ｂｌ ｈ ｃ ｏ ｍｏ ｉ ｅ ｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ ｓｓｅ ，ｄｓ ｕ ｓｔ ｅ ｆ ｃ ｉｎ，ｐ ｔ ｅ， ｓ ａ ｅｍｉｎ， ｄ ｓｇ ｏｎ ｆａｌｃ ｍｐ ｎｅ ｔ ｕ ｈ ａ ｎｅ ｎ ｄ ｌ ｏ ｎｃ ｔｏ ｙｔｍ ｉｃ ｓ ｈ ｕｎ ｔ ｏ ｍ＇ ￣ｓ ｉ ｌｒ ｌ ｏ ｅ ｉ ｐ ｉｔｏ ｌ ｏ ｏ ｎｓ ｓ ｃ ｓ ａ ｔｎ ａ ｍｏ ｕｅ， ｎ
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天 线与伺服技 术
移动通信 系统中的波束转换 智能天线设计
陈华 础
（ 国电子科技 集 团公 司第 ｌ 研 究 所 ，江 苏 南京 ２０ １） 中 ４ １０３
摘 要 ：提 出 了在 现 有 Ｇ Ｍ 移 动通 信 系统 中蜂 窝基 站 采 用波 束 转 换 智 能 天 线 的 设 计 方 案 ， Ｓ 对天 线 系统各 组 成 部 分
智能天线技术的研究进展
２０ ０６年 第 ｌ 卷 ６
第９ 期
收稿 日期：０ ５ １— ７ ２ ０ — ２ ２
智锈 天 铁技 术的研 究（ 苎展
王建军
（ 山西省委党校 ， 山西太原 ，３０ ６ ０００ ） 摘 要： 简述 了智能天线 的起 源和发展 ， 重点介绍 了智能 天线 的主要 类型及其基本特
征， 分析 了 智能天线技术的研究动向及其在未来移动通信 系 统中的庳用前景。
维普资讯
Ｓ ＩＴ Ｃ Ｆ Ｒ Ａ Ｉ Ｎ Ｄ Ｖ Ｌ Ｐ Ｅ Ｔ＆Ｅ Ｏ Ｏ Ｙ Ｃ－ Ｅ Ｈ Ｉ Ｏ Ｍ ＴＯ Ｅ Ｅ Ｏ Ｍ Ｎ Ｎ ＣＮ Ｍ 文章编号：０ ５ ６ ３ （０ ６ ０ － １２ ０ １０ － ０ ３ ２０ ）９ ０ ７ － ３
（ 责任编辑 ： 刘翠玲 ）
第一作者简 介： 尉庆 国， ， ６ 男 １ ９年 １ 月生 ，９ ２ 毕业 于北京 理 ９ ０ １９ 年
１ 智 பைடு நூலகம்天 线技 术的起 源 和发展
智能天线技术 在 ２ 世纪 ６ 年代 开始出现 ， 初主要用于雷达 、 Ｏ ｏ 最 声 纳、 军事抗干扰通信 ， 用来完成空间滤波和定位 等。 而其真正 的发展是在 ２ 世纪 ９ 年代初 ， Ｏ ｏ 随着移动通信电波传播 、 网技术 、 组 天线理 论等技术 的突破 ， 尤其是微 计算器和数字信 号处理技术 的飞速发展 ， 使得 数字信 号处理芯 片的能力不断提高 ， 利用数 字技 术在基 带形成天线波束成为可
关键词 ： 智能 天线 ； 波束切换 ； 基站； 信噪比 中图分类号 ：Ｎ ２ Ｔ ８ 文献标识码 ： Ａ
能 ， 高了天线系统的可靠性与灵活程度 。智能天线技术可用 于具有 复 提
随着信 息时代的到来 ， 人们 对移动通信需 求与 １俱增 ， ３ 频谱 资源匮 乏 的问题不仅依然存在 ， 而且 １益突 出。利用有 限的频 率资源最大限度 ３
相控阵天线多波束切换算法-概述说明以及解释
相控阵天线多波束切换算法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述引言部分是整篇文章的开端，用以介绍文章的主题和目的。
在"相控阵天线多波束切换算法"这篇文章中，我们将介绍相控阵天线、多波束切换算法的概念和原理，探讨多波束切换算法在通信系统中的优势和挑战。
通过深入探讨这些内容，我们旨在为读者提供关于相控阵技术和多波束切换算法的全面理解，并展望未来在这一领域的研究方向和发展趋势。
1.2 文章结构本文主要分为三部分：引言、正文和结论。
第一部分引言中，将对相控阵天线多波束切换算法的背景和意义进行概述，介绍文章的结构框架，并明确本文的研究目的。
第二部分正文将详细介绍相控阵天线的原理与应用，多波束切换算法的概念以及其优势与挑战，为读者提供全面深入的理解。
第三部分结论将总结本文的主要内容和研究成果，展望未来在相控阵天线多波束切换算法领域的研究方向，为相关领域的研究工作提供一定的参考和借鉴。
1.3 目的：相控阵天线技术作为一种先进的通信技术，在无线通信领域具有广泛的应用前景。
多波束切换算法作为相控阵天线的重要组成部分，在实际应用中发挥着至关重要的作用。
本文旨在深入探讨多波束切换算法的原理、应用和优势，旨在帮助读者更全面地了解该算法的工作机制，提高对相控阵天线技术的理解和运用能力。
同时，通过研究多波束切换算法的性能和挑战，为今后相关领域的研究和应用提供参考和指导，促进该技术的进一步发展和应用。
2.正文2.1 相控阵天线的原理与应用相控阵天线是一种利用多个单元天线进行波束形成，从而实现波束的指向和调整的技术。
相控阵天线由许多具有独立相位控制的天线元件组成，这些天线元件可以通过调整相位差来实现在特定方向上的波束形成。
相控阵天线通过在不同方向上的波束形成，可以实现信号的定向传输和接收，从而提高通信系统的性能和容量。
相控阵天线在无线通信系统中具有广泛的应用，特别是在5G和毫米波通信中。
通过利用相控阵天线，可以实现波束对准、波束跟踪和波束切换等功能，从而提高系统的覆盖范围和传输速率。
未来通信中的智能天线设计
未来通信中的智能天线设计在当今数字化飞速发展的时代，通信技术的革新犹如一场永不停歇的赛跑。
其中，智能天线设计正逐渐成为提升通信质量和效率的关键因素。
智能天线，简单来说，就是一种能够根据通信环境和用户需求自动调整波束方向和形状的天线系统。
它就像是通信领域中的“智能导航员”，能够精准地将信号发送到目标方向，并有效地减少干扰和噪声。
过去，传统的天线设计往往采用固定的波束模式，无法灵活适应复杂多变的通信场景。
比如在高楼林立的城市中，信号容易受到建筑物的阻挡和反射，导致通信质量下降。
而智能天线则可以通过实时监测和分析信号环境，动态地调整波束，确保信号的稳定传输。
那么，智能天线是如何实现这种智能调控的呢？这主要依赖于一系列先进的技术和算法。
首先是波束形成技术，它能够通过控制天线阵元的相位和幅度，合成特定方向的波束。
比如说，当手机用户位于某个特定方向时，智能天线可以将波束集中指向该用户，从而提高信号强度和质量。
其次，自适应算法在智能天线中也起着至关重要的作用。
这些算法能够根据接收到的信号特征，实时计算出最优的波束参数。
常见的自适应算法包括最小均方误差算法、递归最小二乘算法等。
通过不断地优化和调整，智能天线能够在各种复杂的环境中保持良好的通信性能。
在未来通信中，智能天线设计面临着诸多挑战。
一方面，随着 5G乃至 6G 技术的发展，通信频段不断扩展，对智能天线在高频段的性能提出了更高的要求。
高频信号的传播特性更加复杂，波束的控制难度也更大。
另一方面，未来通信场景将更加多样化和复杂化，如物联网、车联网等新兴应用场景的出现，使得智能天线需要同时服务于大量的终端设备，并且要保证不同设备之间的通信互不干扰。
这就要求智能天线具备更强的多用户处理能力和更高的频谱效率。
为了应对这些挑战，研究人员正在不断探索新的智能天线设计方案。
例如，采用新材料和新工艺来制造天线，以提高天线的性能和集成度。
同时，结合人工智能和机器学习技术，让智能天线能够更加智能地学习和适应不同的通信环境。
基于智能天线系统的新型波束赋形实现方法[发明专利]
![基于智能天线系统的新型波束赋形实现方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/c97ec92e6137ee06eef9185c.png)
专利名称：基于智能天线系统的新型波束赋形实现方法专利类型：发明专利
发明人：李孟实,赵普,楼亦厦,俞晖,罗汉文
申请号：CN201410005302.8
申请日：20140106
公开号：CN103763014A
公开日：
20140430
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供的基于智能天线系统的新型波束赋形方法，包括步骤：步骤一，对应不同的天线下倾角，将每个扇区划分为距离基站不同的服务区域；步骤二，各个小区通过轮换的方式确定自己的激活服务区域；步骤三，各个小区从其激活服务区域中选取服务用户；步骤四，针对步骤三中被选取的用户，进行数据传输。
本发明能够实现下倾角选择和用户选择的解耦，而且无需后台开销即可实现多小区协作，实现竖直维空间资源的合理利用，改善系统覆盖，提升系统容量。
申请人：上海交通大学
地址：200240 上海市闵行区东川路800号
国籍：CN
代理机构：上海汉声知识产权代理有限公司
代理人：郭国中
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智能天线系统中基于频率转换的最优波束形成
ｚ（ ， ）＝ ｓ ｔ ｎ ｐ ， ｔ （ ） （ ） ， ）＝ ｎ （ （ ）・ｗ ，
（） １ （ ２）
的从 上 行到 下行 的算 法 实 现 方 案 ．该 算 法 从 阵 列 上 行 响应 的协方 差 矩 阵得 到 一 组 上行 接 收 波束 的优 化 权矢 量，经 过 频率 转换 得 到 下 行工 作 频 率 下对 应 的 优化权 矢 量 ，无 需 ＤＯ 估 计 ，就 可 以 实 现 下 行 波 Ａ 束优 化 ． 化后 的下 行波 束能 够有 效地 抑 制 用 户 信 优
ｎ
种 方式下 ， 上下 行射 频 信道 使 用 不 同的工 作 频 率 且 共 用一 副天 线 ．不 同 的工 作 频率 ，即 使源信 号 相 同，
同一个 天线 阵 对 它 们 的响 应 也 是 完全 不 同 的 ．所 以 Ｓ Ｓ在上 行工 作频 率 下接 收 到 的 阵 列流 形 不 能 直接 Ａ 用于 下行 的波 束优化 处理 、因而 ，在 目前 的 Ｆ Ｄ系 Ｄ 统中 ，波 达方 向（ ＯＡ） 计 成 为 联 系 上行 空域 滤 波 Ｄ 估 和下 行波 束形 成 的重要 纽带 Ｌ ． ３ ｊ 这种 方法 存在 着 一 个重 要 问题 ：空 间 信道 是 由
次 频率 转换 ．因为 ｎ 》Ｋ，所 以本 文 提 出 的 频率 转
换 方法 的效 率 明显提 高 ．文 献 ［ ］ 中算法 只 能处理 ４
非相 干 信 号 ， 而 处 理 相 干 信 号 时 ，性 能 会 下 降很
多 ；文 献 ［ ］给 出 的 使 用 频 率 转换 矩 阵的 方法 和 ５
《2024年基于人工智能的天线优化设计》范文
《基于人工智能的天线优化设计》篇一一、引言随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统中的关键组成部分，其性能的优劣直接影响到整个系统的性能。
因此，天线的设计与优化显得尤为重要。
近年来，人工智能技术的快速发展为天线优化设计提供了新的思路和方法。
本文将探讨基于人工智能的天线优化设计，以期提高天线性能，满足不断增长的无线通信需求。
二、天线优化设计的背景与意义天线优化设计是无线通信领域的重要研究方向，其目的是在有限的空间和资源条件下，通过优化天线的结构、尺寸、材料等参数，提高天线的性能，如增益、辐射效率、波束形状等。
传统的天线优化设计方法主要依靠设计者的经验和知识进行迭代优化，耗时耗力且效果有限。
而人工智能技术的应用，为天线优化设计提供了新的思路和方法，有望实现天线的自动化、智能化设计。
三、基于人工智能的天线优化设计方法（一）数据驱动的天线优化设计数据驱动的天线优化设计是利用大量历史天线设计数据，通过机器学习算法对数据进行学习和分析，找出天线设计参数与性能之间的关联关系，从而指导新的天线设计。
这种方法可以充分利用历史数据，提高天线设计的效率和准确性。
（二）深度学习在天线优化设计中的应用深度学习是一种强大的机器学习算法，可以自动提取数据的特征，从而实现对复杂问题的求解。
在天线优化设计中，可以利用深度学习算法对天线的电磁场分布、辐射特性等进行学习和预测，从而实现对天线的自动化、智能化设计。
四、具体实现步骤（一）数据准备收集大量历史天线设计数据，包括天线的结构、尺寸、材料、性能参数等。
对数据进行预处理，如去噪、归一化等，以便于机器学习算法的学习和分析。
（二）特征提取与模型构建利用机器学习算法对数据进行学习和分析，提取出天线设计参数与性能之间的关联关系。
构建适当的模型，如神经网络模型、支持向量机模型等，以实现对天线性能的预测和优化。
（三）训练与测试利用训练数据对模型进行训练，使模型能够自动提取天线的特征并预测其性能。
基于波束切换型智能天线技术的TDD-CDMA系统上行链路性能研究
ｉ ａｔ ｆ ｌ－ｓｒｄｔｃｉｎ（ Ｄ） ｎ ｗｉ ｈ ｄｂａ ｎｅｎ ｎｔｅｕ ｌ ｋｃｐｃ ｙ ｉ Ｔ — ＤＭＡ ｓ ｓ ｍｓ ａ ｍｐｃ ｏ ｔｕｅ ｅｅｔ ｍｕ ｉ ｏ ＭＵ ａ ｄｓ ｔ ｅ ｅｍ ａｔｎａｏ ｐｉ ａａ ｉ ｎ ＤＤ Ｃ ｃ ｈ ｎ ｔ ｙｔ ， ｅ
Ｋｅ ｒ ｓ ＴＤＤ— ｙｗｏ ｄ ＣＤＭＡ， ｍａｔ ｎｅ ｎ ， ｗｉ ｈ ｄｂ ａ Ａｄ ｓｉｎｃ ｎｒ ｌＵｐｉｋｃ ｐ ｃｔ Ｓ ｒ ｔｎ ａ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｍ， ｍｉｓｏ ｏ ｔｏ， ｌ ａ ａ ｉ ａ ｃ ｎ ｙ
１ 引言
随着无线通信 技术 ，数字信号处理（ Ｐ和集成 电路技 Ｄｓ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｄ ｂ ａ ａ ｔ ｎ ａ ｉ ａ ａｙ ｅ ｎ ｔ ｄ ｌ ｎ ｓ ｓｅ ｌｖ ｌ ｓｐ ｅ ｅ ｔｄ Ｂａ ｅ ｎ ａ ａ ｙ ｉｇ ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｈ ｗｉ ｅ ｅ ｍ ｎ ｅ ｎ ｓ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｄ ｉ ｍｏ ｅ ｙ ｔｍ ｅ ｅ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｓ ｄ ｏ ｎ ｌｚ ｎ ｈ ｃ ｓ ｉ ｉ
的影响 ，给出 了采用波束切换型智能天线技术后适合 Ｔ Ｄ Ｃ Ｄ 。 ＤＭＡ上行链路使 用的接入控 制算法。理论分析和仿
真结果表 明智 能天线技术 的天线 阵元 数和 上行 链路多用户检测技术优 劣将 直接 影响上行链路容量，采用先进的接
入控制算法和优化 的接入控制 门限值 则可以显著提 高系统性能。 关键词 Ｔ Ｄ。 ＭＡ，智能天 线，波 束切 换，接 入控 制，上行链路容量 Ｄ ＣＤ
基于波束切换型智能天线技术 的 Ｔ ＤＤ．ＤＭＡ Ｃ 系统 上行链 路性 能研 究
彭木根 王 文博
ｆ 北京邮电大学 电信 工程 学院 北京 １０ ７ ） ０８６ 摘 要 该文通过分析波 束切 换型智能天线技术 的原理， 研究 了波束切换型智 能天线技术对 Ｔ ． ＤＭＡ上行链路 ＤＤ Ｃ
BSA智能天线的研究与实现的开题报告
BSA智能天线的研究与实现的开题报告一、研究背景随着无线通信技术的不断发展，人们对无线通信领域的研究日趋深入。
在无线通信技术中，天线是至关重要的元件之一。
天线的性能直接影响到无线通信系统的稳定性、传输速率以及覆盖范围等关键指标。
根据实际需求，研究人员在不断探索和创新天线设计与应用方式。
BSA （Beam Switching Antenna，波束切换天线）是其中一种新型的智能天线，能实现无缝覆盖和快速定向，因此被广泛应用于移动通信、航天等领域中。
二、研究目的本次研究的目的是基于现有智能天线的结构和性能特点，探索新型的BSA天线的设计、优化与实现，提高其性能和应用效果，推动智能天线技术的发展。
三、研究内容1. BSA天线的设计和优化。
针对目前BSA天线结构的主要问题，进行系统分析和优化设计，通过优化、改进天线元器件（例如辐射器、切换器、驱动电路等）和优化天线阵列等措施，提高天线的性能和效果。
同时，利用仿真软件对天线进行模拟分析和仿真实验，研究其工作原理和传输性能，进而优化改进。
2. BSA天线的控制与实现研究天线的控制方法，包括控制技术、编程方式、算法选择等，实现BSA天线的智能化控制。
此外，还需要对天线进行硬件实现，包括电路设计、样机制作、调试测试等环节，最终实现BSA天线的应用。
四、研究意义通过本次研究，可以更加深入地了解BSA天线的工作原理与性能特点，探索新型BSA天线的设计与优化，进一步提高天线的性能和传输效率，推动智能天线技术的发展。
此外，本研究还将有助于开发高效、可靠的智能天线应用，以满足不同通信系统需求，推动无线通信技术的发展和进步。
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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）一种基于波束切换方法的智能天线系统研究IT Age/Apr. 15, 2004扇区，左右边界分别为３０和１５０。
每次调用该函数表示移动台在该扇区的某个位置进行了一次接入试验。
当接入次数足够多时可以反映出实际系统中的接入位置随机的特点。
运动模型：通过从键盘输入获取运动的方向和速度等参数，模拟移动台运动。
（２）波束模型 天线方向图用下面的公式进行仿真： ),(),(),(φθφθφθa g f F = （１） ∑−=+=10)sin ð2(j e)(M i id ii A f ϕϕϕ （２式中： )(ϕf 为阵列因子方向图； ),(φθa g 为阵元的场方向图； Ａｉ ：各个阵元的振幅，一般是做成等振幅的，不等振幅的实现起来比较复杂； Ｍ：阵元数，在本次仿真中是用的４阵元； ｄ：阵元间距与波长的比值，一般系统中取为０．５； ϕ：０～３６０； ϕＩ ：各个阵元的初相值，通过不同的一组相位可以产生１２０， ３０波束，这些初相值的控制正是在波束切换实现中所需要做的工作； 在不影响仿真结论的前提下，为简化仿真，取),(φθa g ＝１。
图２ 用４个３０波束覆盖１２０的扇区 （覆盖区域为３０～１５０，未归一化） （３）信道模型 信道模型使用瑞利信道［１，３］，图３是仿真程序中所使用的瑞利信道的衰落示意图，时间长度是２ｓ。
（ｄｂ）（４）切换指示ＳＩ获取方法 收信机通过ＲＳＳＩ值获取切换指示ＳＩ，在仿真中，ＲＳＳＩ通过计算得到。
作为切换指示的ＳＩ值，在本仿真中使用了３种获取的方法： ① 帧计算，计数对比门限的方法（为方便叙述，假设移动台接入时占用的上行时隙为Ａ，后同）。
用每帧各Ａ时隙的前２４ｂｉｔ计算得到的平均ＲＳＳＩ作为切换指示ＳＩ，在波束跟踪和定位时设一“容忍度”ｆｌａｇ，ＳＩ值每低于门限值一次就使ｆｌａｇ＋＋，当ｆｌａｇ自增到一定的值（这种策略仿真程序中选的值为６），就判为跟踪失败，做掉话处理。
（后续文档中简称方法１）。
②设定滑动窗口，平滑瑞利衰落的方法。
设定一个长度为ｓａｍｐｌｅ的滑动窗口，该滑动窗口ｓａｍｐｌｅ的长度为帧长的整数倍，每次向前滑动一帧。
在该帧中，前ｓａｍｐｌｅ／５－１个帧中的Ａ时隙中进行均匀采样，取２４０ｂｉｔ进行计算。
在滑窗中的最后一个帧中的Ａ时隙只取前２４ｂｉｔ进行计算。
获取滑窗内的平均ＲＳＳＩ值作为ＳＩ，如果该值小于门限就判为跟踪失败，做掉话处理。
（后续文档中简称方法２） 图４ 滑窗示意图 一种基于波束切换方法的智能天线系统研究 电子科技／２００４年４月１５ 55 ③设定固定间隔长度，间隔内求平均作为指示的方法。
设定一个间隔的长度为ｓａｍｐｌｅ，ｓａｍｐｌｅ为帧长的整数倍。
在前（ｓａｍｐｌｅ／５－１）个Ａ时隙中均匀采样，取２４０ｂｉｔ，ｓａｍｐｌｅ内的最后一个Ａ时隙中取前２４ｂｉｔ，求平均ＲＳＳＩ，每隔ｓａｍｐｌｅ的时间进行一次切换判断。
每次该间隔向前滑动ｓａｍｐｌｅ的长度。
（后续文档中简称方法３） 图５ 固定间隔长度示意图 在计算机仿真阶段，方法１比方法２和方法３的仿真时间要短，这说明了方法１的简单度大大高于方法２和方法３。
（５）波束切换：扫描法进行波束定位后，移动台运动都是使用３０的波束进行波束跟踪的。
一旦移动台运动，收信机计算出的切换指示ＳＩ就会有变化，当ＳＩ小于选定的门限值时就进行波束切换，不断的运动就不断的切换，达到跟踪的目的。
（６）定位方法：使用４个３０的波束从左至右依次进行扫描，如果该波束的覆盖得到的ＳＩ高于门限值则认为已经对准了该移动台。
图６ 波束扫描示意图 ４ 仿真结果 说明：由于速度大于５０ｋｍ／ｈ的情况下掉话率急剧上升，过高的掉话率已失去了讨论的意义，故图中只画出了车速在５０ｋｍ／ｈ以下的情况。
对于方法３，当间隔长度达到３５ｍｓ以上时其改善作用已经不够明显。
图中曲线未加标注的分别为间隔长度４０ｍｓ和５０ｍｓ时的曲线。
为保持图形的清晰整洁，不在图中标出。
特此说明。
图７ 抽样间隔为５ｍｓ、不同运动 方向的掉话率比较（方法１） 图８ 滑窗长度与掉话率关系 （方法２） 图９ 间隔长度与掉话率关系（方法３） 图１０ 三种策略对比曲线 一种基于波束切换方法的智能天线系统研究IT Age/Apr. 15, 2004说明：图１０中选择的均是径向运动，方法１“容忍度”为６，相当于２和３的３０ｍｓ长的ｓａｍｐｌｅ。
５ 结 论 由上述仿真结果，可以得到以下结论： （１）移动台运动时，由于波束跟踪切换而引起的掉话率与运动方向，车速都有关。
径向运动的掉话率小于切向运动；车速快，掉话率高。
（２）方法１获得切换指示ＳＩ，容忍次数不宜太大，虽然从掉话率的角度来看必然是容忍次数选的越大掉话率越低。
但长时间的通信质量变差是用户难以忍受的，在这样的情况下既便是不掉话也失去了通信的意义；对于用方法２获取ＳＩ（设定滑动窗口，平滑瑞里衰落的方法），从上面的数据和图象可以看出滑窗的长度越大，掉话率越低，但过长的滑窗要占用系统资源，存储较多的数据，进行较多的乘加和除法运算。
同时也会有和方法１类似的问题；对于方法３获取ＳＩ（设定固定间隔长度，间隔内求平均作为指示的方法），从仿真结果中可以看出当间隔长度达到一定程度时掉话率的减小很少，而且此时太长的间隔占用了大量的系统资源。
（３）从实现的难易程度，系统资源占用，运算速度等各个方面综合考虑，方法１应该是较好的选择。
参考文献 １ 郭梯云， 杨家玮， 李建东．数字移动通信信．北京：人民邮电出版社， ２０００． ２ Ｌｉｂｅｒｔｉ Ｊ Ｃ．无线通信中的智能天线－ＩＳ９５和第３代ＣＤＭＡ应用．北京：机械工业出版社出版， ２００２． ３ Ｙｉｐ Ｋ Ｗ． Ｍｅｍｂｅｒ， ＩＥＥＥ， ａｎｄ Ｔｕｎｇ－Ｓａｎｇ Ｎｇ， Ｓｅｎｉｏｒ Ｍｅｍｂｅｒ， ＩＥＥＥ Ａ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｎａｋａｇａｍｉ－ｍ Ｆａｄｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌｓ，ｍ ＜ １，ｈｔｔｐ：／／ｄｌ．ｃｏｍｓｏｃ．ｏｒｇ／ｄ１． 作者简介 李 森（１９７９—），男，西安电子科技大学在读研究生，通信与信息系统专业，研究方向为移动通信。
杨家玮（１９４６—），男，教授，西安电子科技大学信科所教授，研究方向为移动通信、个人通信及分组无线网技术等。
A Study of the Smart Antenna Based on Beam SwitchingLi Sen Yang Jawei（101,Information Science Institute, Xidian University Xi’an, Shaanxi 710071, China ）Abstract The smart antenna is one of the key technologies in resent years. The development of this technology makes it possible for us to solve the problem of lack of frequency resources and to get better quality of communication. There are two ways of the uplink receipt of the smart antenna: adaptive way and beam switching way. This thesis introduces beam switching in the engineering field with emphasis on the way of simulation and the target of the simulation.Keywords smart antenna, beam switching, simulation.。