智能天线技术及其应用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
扰 扰
３ 智能 天线算法
智能 天线 系统 的核心 是智 能 的算 法 ， 智能 的算 法 决 定 瞬时 响应 速 率和 电路 实现 的复杂 程度 ， 因此重 要 的是选 择较 好算 法 实现 波束 的智 能控制 。 通 过算法 自 动调 整加权 值 得到所 需 空 间和频 率滤波 的作 用 。目前 已提 出很 多著 名算 法 ， 概括 地讲 有 非盲 算 法 和盲算 法
其 中 Ａ（ ｔ ） 为输入 信号 的幅度 因子 。
而 ：
人
的 迫零 准 则 ） 确 定 各 加权 值 ， 要 么直 接 按 一 定 的准 则 确定 或逐 渐 调整 权值 ， 以使 智能 天线 输 出与 已知 输入
最大 相关 ， 常 用 的 相 关 准 则 有 ＭＭＳ Ｅ（ 最 小 均 方 误
ｓ ｉ ｎ ０
（ １ ）
当ｄ ＝ Ｍ２时 ， ＝ 盯 ｓ ｉ ｎ Ｏ 。输 出 ｖ 可 以写成 ：
ｙ ＝ Ａ（ ｔ ） ｌ ｅ ｘ ｐ （ ｊ Ｃ Ｉ ） ／ ２ ） ＋ ２ ｅ ｘ ｐ （ － ｊ ￣ ／ ＇ ／ ２ ） 】 或ｙ ＝ Ａ（ ｔ ） ・ ）
差） 、 Ｌ ＭＳ （ 最 小均 方 ） 和Ｌ ｓ （ 最小 二乘 ） 等。 盲 算法 则无 需发 端传 送 已知 的导 频 信号 ， 判 决反 馈算 法 是一类 较 特 殊 的算法 ， 收端 自己估计 发送 的信号 并 以此 为参 考 信 号进 行上 述处 理 ， 但 需 注意 的是应 确 保判 决 信号 与 实 际传 送 的信号 间有 较小 差错 。
） 或 （ ０ ） 通 常称 为波 束 图 。 对 普 通 的二 元 阵 ， 其Ｗ － Ｗ ＝ ｌ ， 当其 ｄ ＝ ｗ 八 － 时 由式
二
（ ２ ） 、 （ ３ ） 得到 ：
Ｆ （ ） ： ｅ ｘ ｐ （ ／ ２ ） ＋ ｅ ｘ ｐ （
Ｚ
／ ２ ） ＝ ２ ｃ ｏ ｓ （ ／ ２ ）
Ｆ ｉ （ ０ ） ＝ Ｆ （ ＇ ｒ ｒ ｓ ｉ ｎ ０ ） ＝ ２ ｃ ｏ ｓ （ — ＇ Ｉ Ｔ ｓ ｉ ｎ ０ ）
其 波束 图 由图 的实线所 示 。
２ ０ １ ３年 第 １期（ 总第２ ７ ７期）
有 线 电视 技 术
１ ＂１ ｌ Ｌ
设备器件
一３ ０ 。 － － ｆ ／
自适应 旁瓣 对 消技术 （ 如 图 ４所 示 ） 。
信 号
期 望 信 号
图２ 自适应阵列天线在干扰来 向产生零陷的示意图
自适应 天线 阵 列 一般 采 用 ４ ～ ｌ ６天线 阵元 结 构 ，
阵 元 间距 为 半 个波 长 。天线 阵 元分 布方 式有 直 线型 、
圆环 型和平 面 型 。
设备器件
扰而变化。 自适应天线阵列系统采用数字信号处理技 术 识别 用 户信号 到 达方 向 ， 并 在此方 向形 成天线 主波
束 。它 的优点 是算 法 较 为简单 ， 可 以得 到 最大 的信 号 干扰 比。自适 应 天线 阵着 眼于信 号 环境 的分析 与权 集 实时 优化 上 ， 动态 响应 速度 相 对较 慢 。其 波束 覆盖 示
其 中
） ＝ ｅ ｘ ｐ （ ｊ ￣／ ２ ） ＋ ： ｅ ｘ ｐ （ － ｊ ￣ ， １ ２ ）
（ ２ ）
将（ １ ） 式 代人 （ ２ ） 式 中得 ：
Ｆ （ ） ＝ （ ０ ） ＝ Ｆ （
＾
ｓ ｉ ｎ ０ ）
（ ３ ）
４ 自适应 旁瓣对 消技术
雷达等电子系统的干扰信号通常来 自干扰机 ， 其 产 生 的干扰 强度 一般 比有 用信 号强 ７ ０ ～ ８ ０ ｄ Ｂ 。就 目前 技术水平来说 ， 除非付 出极大的代价 ， 否则天线旁瓣 电平 很难 优 于 ３ ０ — ４ ０ ｄ Ｂ 。即使 信 号从 主瓣 进 入 ， 而 干 扰从旁瓣进入 ， 干扰仍 比信号强 ３ ０ ～ ５ ０ ｄ Ｂ或更多（ 如
的情 况 下 ， 使波束 图 Ｆ ｌ （ ０ ） 在 ０ 。 或 。 ＝ ￣ ｒ ｓ ｉ ｎ Ｏ 。 方
向产 生一 个零 点 ：
Ｗ 。 ｅ ｘ ｐ （ ｊ ｄ Ｐ ／ ２ ） ＋ ｗ ２ ｅ ｘ ｐ （ － ｊ ＠ １ ２ ） － ０ （ ５ ）
意 图如 图 ２ 所示 。
有 线 电视 技 术
图 ３所示 ） ， 这 使得 检 出信号 相 当困难 。 若 干 扰来 自固
定方向 ， 我 们可 以通 过设 计 天 线 波束 图 ， 使 其在 干 扰 方 向有 很深 的零 点 。但 通 常干 扰方 向是 变化 的 ， 采 用
自适应技 术 实现 零点 方 向随干扰 方 向 而变化 ， 这 就是
／ ＼ ． ～ ＼
图 ５
／ （
厂 下 。
在 给定 限制 条件
Ｗｌ ＋ ２ ＝ １ （ ４ ）
信号 ， 灵活 、 优 化 地使 用 波束 ， 减 少 干扰 和被 干扰 的机 会。 提高 了频 率的利用率 ， 改善 了系统性能 ， 这就 是 自适
应 天线 阵列 的智 能化 ， 它体现 了 自适 应 、 自优化 和 自选
１
非盲算 法 是 指需 借 助参考 信 号 （ 导频 序列 或导 频 信道 ） 的算 法 ， 此 时 收端 知道 发送 的是什 么 ， 进行 算法
处 理时要 么先确 定 信道 响应 再按 一定 准则 （ 比如最 优
＝ Ａ（ ｔ ） ｅ ｘ ｐ （ ｊ ￣／ ２ ）
弘＝ （ ） ｅ ｘ ｐ （ － ｊ ￣／ ２ ）
两大 类 。
图 ３ 网 ４
以图 ５所示 的二元 阵 为例 ， 在 它 的阵元 通道 中设
置 加权 系数一 。 和ｗ ： 。 改变 Ｗ 和Ｗ 就 可改 变天 线
波 束 图 的零 点方 向。
设 入 射平 面 波方 向偏离 阵法线 方 向为 ０ ， 阵 元 间
距 ｄ ＝ ｈ ／ ２ （ ｈ为波 长 ） ， 则两 阵元 的输 入信 号 为 ：
３ 智能 天线算法
智能 天线 系统 的核心 是智 能 的算 法 ， 智能 的算 法 决 定 瞬时 响应 速 率和 电路 实现 的复杂 程度 ， 因此重 要 的是选 择较 好算 法 实现 波束 的智 能控制 。 通 过算法 自 动调 整加权 值 得到所 需 空 间和频 率滤波 的作 用 。目前 已提 出很 多著 名算 法 ， 概括 地讲 有 非盲 算 法 和盲算 法
其 中 Ａ（ ｔ ） 为输入 信号 的幅度 因子 。
而 ：
人
的 迫零 准 则 ） 确 定 各 加权 值 ， 要 么直 接 按 一 定 的准 则 确定 或逐 渐 调整 权值 ， 以使 智能 天线 输 出与 已知 输入
最大 相关 ， 常 用 的 相 关 准 则 有 ＭＭＳ Ｅ（ 最 小 均 方 误
ｓ ｉ ｎ ０
（ １ ）
当ｄ ＝ Ｍ２时 ， ＝ 盯 ｓ ｉ ｎ Ｏ 。输 出 ｖ 可 以写成 ：
ｙ ＝ Ａ（ ｔ ） ｌ ｅ ｘ ｐ （ ｊ Ｃ Ｉ ） ／ ２ ） ＋ ２ ｅ ｘ ｐ （ － ｊ ￣ ／ ＇ ／ ２ ） 】 或ｙ ＝ Ａ（ ｔ ） ・ ）
差） 、 Ｌ ＭＳ （ 最 小均 方 ） 和Ｌ ｓ （ 最小 二乘 ） 等。 盲 算法 则无 需发 端传 送 已知 的导 频 信号 ， 判 决反 馈算 法 是一类 较 特 殊 的算法 ， 收端 自己估计 发送 的信号 并 以此 为参 考 信 号进 行上 述处 理 ， 但 需 注意 的是应 确 保判 决 信号 与 实 际传 送 的信号 间有 较小 差错 。
） 或 （ ０ ） 通 常称 为波 束 图 。 对 普 通 的二 元 阵 ， 其Ｗ － Ｗ ＝ ｌ ， 当其 ｄ ＝ ｗ 八 － 时 由式
二
（ ２ ） 、 （ ３ ） 得到 ：
Ｆ （ ） ： ｅ ｘ ｐ （ ／ ２ ） ＋ ｅ ｘ ｐ （
Ｚ
／ ２ ） ＝ ２ ｃ ｏ ｓ （ ／ ２ ）
Ｆ ｉ （ ０ ） ＝ Ｆ （ ＇ ｒ ｒ ｓ ｉ ｎ ０ ） ＝ ２ ｃ ｏ ｓ （ — ＇ Ｉ Ｔ ｓ ｉ ｎ ０ ）
其 波束 图 由图 的实线所 示 。
２ ０ １ ３年 第 １期（ 总第２ ７ ７期）
有 线 电视 技 术
１ ＂１ ｌ Ｌ
设备器件
一３ ０ 。 － － ｆ ／
自适应 旁瓣 对 消技术 （ 如 图 ４所 示 ） 。
信 号
期 望 信 号
图２ 自适应阵列天线在干扰来 向产生零陷的示意图
自适应 天线 阵 列 一般 采 用 ４ ～ ｌ ６天线 阵元 结 构 ，
阵 元 间距 为 半 个波 长 。天线 阵 元分 布方 式有 直 线型 、
圆环 型和平 面 型 。
设备器件
扰而变化。 自适应天线阵列系统采用数字信号处理技 术 识别 用 户信号 到 达方 向 ， 并 在此方 向形 成天线 主波
束 。它 的优点 是算 法 较 为简单 ， 可 以得 到 最大 的信 号 干扰 比。自适 应 天线 阵着 眼于信 号 环境 的分析 与权 集 实时 优化 上 ， 动态 响应 速度 相 对较 慢 。其 波束 覆盖 示
其 中
） ＝ ｅ ｘ ｐ （ ｊ ￣／ ２ ） ＋ ： ｅ ｘ ｐ （ － ｊ ￣ ， １ ２ ）
（ ２ ）
将（ １ ） 式 代人 （ ２ ） 式 中得 ：
Ｆ （ ） ＝ （ ０ ） ＝ Ｆ （
＾
ｓ ｉ ｎ ０ ）
（ ３ ）
４ 自适应 旁瓣对 消技术
雷达等电子系统的干扰信号通常来 自干扰机 ， 其 产 生 的干扰 强度 一般 比有 用信 号强 ７ ０ ～ ８ ０ ｄ Ｂ 。就 目前 技术水平来说 ， 除非付 出极大的代价 ， 否则天线旁瓣 电平 很难 优 于 ３ ０ — ４ ０ ｄ Ｂ 。即使 信 号从 主瓣 进 入 ， 而 干 扰从旁瓣进入 ， 干扰仍 比信号强 ３ ０ ～ ５ ０ ｄ Ｂ或更多（ 如
的情 况 下 ， 使波束 图 Ｆ ｌ （ ０ ） 在 ０ 。 或 。 ＝ ￣ ｒ ｓ ｉ ｎ Ｏ 。 方
向产 生一 个零 点 ：
Ｗ 。 ｅ ｘ ｐ （ ｊ ｄ Ｐ ／ ２ ） ＋ ｗ ２ ｅ ｘ ｐ （ － ｊ ＠ １ ２ ） － ０ （ ５ ）
意 图如 图 ２ 所示 。
有 线 电视 技 术
图 ３所示 ） ， 这 使得 检 出信号 相 当困难 。 若 干 扰来 自固
定方向 ， 我 们可 以通 过设 计 天 线 波束 图 ， 使 其在 干 扰 方 向有 很深 的零 点 。但 通 常干 扰方 向是 变化 的 ， 采 用
自适应技 术 实现 零点 方 向随干扰 方 向 而变化 ， 这 就是
／ ＼ ． ～ ＼
图 ５
／ （
厂 下 。
在 给定 限制 条件
Ｗｌ ＋ ２ ＝ １ （ ４ ）
信号 ， 灵活 、 优 化 地使 用 波束 ， 减 少 干扰 和被 干扰 的机 会。 提高 了频 率的利用率 ， 改善 了系统性能 ， 这就 是 自适
应 天线 阵列 的智 能化 ， 它体现 了 自适 应 、 自优化 和 自选
１
非盲算 法 是 指需 借 助参考 信 号 （ 导频 序列 或导 频 信道 ） 的算 法 ， 此 时 收端 知道 发送 的是什 么 ， 进行 算法
处 理时要 么先确 定 信道 响应 再按 一定 准则 （ 比如最 优
＝ Ａ（ ｔ ） ｅ ｘ ｐ （ ｊ ￣／ ２ ）
弘＝ （ ） ｅ ｘ ｐ （ － ｊ ￣／ ２ ）
两大 类 。
图 ３ 网 ４
以图 ５所示 的二元 阵 为例 ， 在 它 的阵元 通道 中设
置 加权 系数一 。 和ｗ ： 。 改变 Ｗ 和Ｗ 就 可改 变天 线
波 束 图 的零 点方 向。
设 入 射平 面 波方 向偏离 阵法线 方 向为 ０ ， 阵 元 间
距 ｄ ＝ ｈ ／ ２ （ ｈ为波 长 ） ， 则两 阵元 的输 入信 号 为 ：