智能天线自适应滤波器算法研究及分析比较

万方数据

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图２ＬＭＳ、ＮＬＭＳ算法的实际权矢量与误差权矢比较图３ＬＭＳ、ＮＬＭＳ算法实际输出信号误差曲线比较

ｎ（当ｕ＝１；ＤＢ＝２０时）

ＮＬＭＳ算法１次实验误差平方的均值曲线

ｎ（当ｕ＝ｌ；ＤＢ＝２０时）

ＮＬＭＳ算法２０次实验误差平方的均值曲线

图４ＮＬＭＳ算法试验误差平方均值曲线比较

表１用ＮＬＭＳ算法设计的自适应滤波系数

序号ｌ２３４５６７８９１０ｌｌ

１次０．０５０３—０．０７３００．０４６ｌＯ．０１３２０．１２０２—０．４２１６１．４１５７—０．４９８５０．１９７ｌ一０．０３４３Ｏ．０１３９２０次０．０１２８Ｏ．０３３Ｏ一０．０２７５—０．０７６５Ｏ．１５ｌ２—０．４４０Ｏ１．３３９７—０．４６ｌ０Ｏ．１５４５Ｏ．００３１０．０２６６

改进的ＬＭＳ自适应滤波器算法使输出信号的误差明显减小，避免了传统的ＬＭＳ自适应滤波器算法由于误差大而导致智能天线接收信号精度不高的缺点，这些在智能天线设计中有着广泛的应用。

参考文献

［１】黄武襄，王振五．ＣＤＭＡ系统中的几种智能天线自适应算法ｆＪ】．重庆邮电学院学报（自然科学版），２００４．１６（４）．［２】何振亚．自适应信号处理【Ｍ】．北京：科学出版社，２００２：ｌ一５９．

《信息化纵横》２００９年第１７期［３】张秦，冯存前．变步长ＬＭＳ算法及其在自适应消噪中的应用【Ｊ１．现代电子技术，２００３，２６（１４）：１４—１８．

【４】李正周．ＭＡＴＬＡＢ数字信号处理与应用【Ｍ】．北京：清华大学出版社．２００８：１０一７８．

【５】刘铁铮，漆兰芬．智能天线ＬＭＳ算法的分析及实现方案ＩＪ】．科学技术与工程，２００６（９）：３６—３９．

［６】高鹰．谢胜利．一种变步长ＬＭＳ自适应毽波算法分析［Ｊ】．电子学报，２００ｌ，２９（８）：１０．

（收稿日期：２００９—０５－１４）欢迎网上投稿ＷＷＷ．ｏｃａｃｈｉｎａ．ｃｏｒｎ

７万方数据

智能天线自适应滤波器算法研究及分析比较

作者：万政伟， 惠晓威， WAN Zheng Wei， HUI Xiao Wei

作者单位：辽宁工程技术大学,电子与信息工程学院,辽宁,葫芦岛,125105

刊名：

微型机与应用

英文刊名：MICROCOMPUTER & ITS APPLICATIONS

年，卷(期)：2009，28(17)

被引用次数：0次

1.黄武襄.王振五CDMA系统中的几种智能天线自适应算法 2004(04)

2.何振亚自适应信号处理 2002

3.张秦.冯存前变步长LMS算法及其在自适应消噪中的应用 2003(14)

4.李正周MATLAB数字信号处理与应用 2008

5.刘铁铮.漆兰芬智能天线LMS算法的分析及实现方案 2006(09)

6.高鹰.谢胜利一种变步长LMS自适应毽波算法分析 2001(08)

1.学位论文徐银浩智能天线波束形成算法的研究2008

智能天线技术是未来无线移动通信技术发展的主要方向之一。如何消除同信道干扰(CCI)、多址干扰(MAI)以及多径衰落(MPF)的影响成为人们在提高无线移动通信系统性能时考虑的主要因素。智能天线利用数字信号处理技术，采用先进的自适应阵列处理技术，产生空间定向波束，使波束主瓣对准用户信号波达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号方向，删除或抑制干扰信号，从而提高期望信号的接收信噪比，提高系统容量。智能天线是解决频率资源匮乏的有效途径。近年来，智能天线技术成为移动通信领域中的研究热点之一。

论文首先阐述了智能天线的基本工作原理，给出了其常用的体系结构以及阵列信号模型。

然后介绍了智能天线的几种收敛准则以及根据这些准则提出的几种经典自适应算法，其中包括：基于时间参考方式的LMS、NLMS、RLS算法；基于盲处理方式的CMA算法；基于波达方向估计的MUSIC算法，并对它们进行了仿真，分析了各种算法的优缺点及适用范围。其次对这些经典算法进行了改进

，提出了改进型SVSLMS算法、最优步长RLS算法、带调整因子的CMA算法，使它们在收敛速度、稳态误差、稳态失调各方面与传统算法相比都更具优势

；探讨了传统MUSIC算法在分析强相关信号波达角方面的局限性，对平滑MUSIC算法进行了仿真，论证了平滑技术在分析强相关信号方面的有效性。其次，对移动终端(主要是手机终端)应用智能天线的可行性进行了论证，并结合阵元数目、阵元间距的选择给出了两种适用于手机终端的智能天线结构：双天线、半波长结构；四天线、0.3倍波长结构。同时结合前面提出的改进型SVSLMS算法收敛速度快、稳态误差小的优点，以及调整因子CMA算法稳态失调小的优点，提出了一种适用于手机终端的半盲算法，并对其进行了仿真，指出了其在抗干扰方面的有效性；与传统的自适应算法相比，该算法具有更强的环境适能力(健壮性)和实际应用价值。

最后，探讨了智能天线技术的发展前景及研究方向。

本论文的工作具有很强的针对性，提出的改进型算法和智能天线实现方案具有一定的理论参考价值和实际应用价值。

2.期刊论文李宁.郭艳.郭莉智能天线中的波束形成算法-解放军理工大学学报(自然科学版)2002,3(1)

首先介绍了智能天线的发展和研究现状,智能天线能够自适应地跟踪用户信号,抑制干扰,增加通信容量,提高频谱复用率,在第三代移动通信系统中占有重要地位.作为智能天线的核心技术之一,波束形成算法引起了众多学者的广泛关注.着重讨论了智能天线中波束形成的各种算法,根据算法对信号处理方式的不同,把它分为三大类,并对其中比较典型的算法进行了讨论.最后,对波束形成算法中的一类比较重要的盲波束形成算法进行了分类介绍.

3.学位论文周围移动通信智能天线关键技术研究2008

智能天线可以改善通信链路性能，大大提高系统容量，提高频谱利用效率，现已成为移动通信中的研究热点。本文系统地阐述了移动通信系统中智能天线的基本理论和相关技术，重点对其中几个核心问题：空时信道特性与建模理论、自适应数字波束形成算法、高分辨的DOA估计算法(重点是相干多径环境下的有效算法)、抗干扰技术(尤其是抗相干干扰)、空时信道多维参数联合估计、空时二维处理理论等方面进行了较为深入研究。

对于空时信道特性和相关建模理论，论文首先介绍了无线空时信道的特点，从理论上分析了时延扩展、多普勒频率扩展和角度扩展对智能天线的频率相关性、时间相关性和空间相关性的影响。在此基础上，(1)本文首次对移动通信环境中不同散射环境下(如拉普拉斯分布、截尾高斯分布等)智能天线的相关性进行了理论推导和数值仿真，得出了天线相关性与散射分布特性之间的定量关系，为移动通信智能天线设计提供了理论依据。(2)对于建模理论，在简单介绍常用的Lee模型及其改进模型、几何单反射(GBSB)模型、高斯广义平稳不相关散射(GWSSUS)模型和扩展抽头延迟线模型等模型的基础上，根据ITU建议的不同环境下的功率时延谱和功率角度谱，本文提出了一种基于统计特性仿真不同空时信道的方法，该方法简便有效，容易构造出适用于不同环境的信道模型，仿真结果验证了该模型能够同时反映信道的空间、时间以及频率特性。

对于波束形成技术，论文简介了LMS和RLS两种非盲算法，重点对恒模算法(CMA)和最小二乘解扩重扩多目标恒模算法(LS-DRMTCMA)两类盲算法进行了深入研究，通过仿真实验对其性能进行了对比分析。在此基础上，(1)论文针对常规恒模算法收敛速度与稳态误差之间的矛盾，基于一种新的代价函数，提出了一种新的自适应步长控制方法，该算法基于高斯函数实现恒模误差和步长之间的非线性映射，参数控制简单，具有超线性加速收敛作用，能够同时兼顾收敛速度、稳态误差和抗随机噪声性能，改善了恒模阵列性能。(2)对于非平稳信道，信号随机衰落会导致同级阵列上各输入信号相对功率快速变化，而恒模算法只是简单地捕捉功率最强信号，这会造成各级阵列捕获的信号摇摆不定，从而无法对目标用户实现稳定的捕获或跟踪，为此，在前述算法基础上，本文进一步提出了一种非对称的步长控制机制，既保证了各级阵列对目标用户的快速捕获，又能保证各级阵列对目标用户的稳定跟踪，提高了阵列抗衰落性能。

对于波达方向估计，论文在介绍常用DOA估计算法的基础上，针对常规MUSIC和ESPRIT不能处理相干源、能够估计的DOA数不能超过阵元数M、不适用于有色噪声且多径分量DOA与用户配对难等特点，按均匀直线阵和均匀圆阵分别研究了适合蜂窝系统中多用户相干多径环境的DOA估计算法。(1)对于均匀直线阵，利用阵列输出四阶累积量对上行信号空间特征实现了全盲估计，并将其用于相干多径环境下的多用户信号DOA的估计。该方法不依赖于信号具体特征，能够抗任意加性高斯噪声，利用M个阵元最多可以估计2M2/3个DOA，可以突破传统的MUSIC或ESPRIT算法的局限，并使各多径分量与用户自动配对。通过仿真实验研究了估计方差与信噪比和快拍数之间的关系，验证了算法的有效性和鲁棒性。基于空间特征估计，构建了空间滤波器组，实现了多用户信号分离与信源恢复。(2)对于均匀圆阵，分别介绍了阵元空间MUSIC、实波束空间MUSIC和UCA-ESPRIT，通过仿真实验研究了各种算法的性能。由于这些算法都不适用于相干源，而常规的空间平滑技术不能直接用于圆阵，论文采用预处理将均匀圆阵转化为模式空间虚拟线阵后再通过平滑处理，实现了圆阵相干源DOA估计。