智能天线与软件无线电技术
软件无线电中的智能天线技术
软件无线电中的智能天线技术软件无线电起源于军事通信，为了保证不同无线电台之间的互通性，使各军兵种实现高效，高可靠的协同通信，军方开始了最早的软件无线电台的研制。
随着技术的不断进步，软件无线电逐渐被民间商用移动通信领域所重视。
软件无线电的核心思想是：将A/D尽可能靠近天线，用软件完成尽可能多的无线电功能。
它的最终目的就是要使通信系统尽可能多的摆脱硬件结构的束缚，在系统结构相对通用和稳定的情况下，用软件实现各种功能，使得系统的改进和升级非常方便且代价较小，并且可以实现不同系统之间的互联和兼容。
智能天线是软件无线电不可替代的硬件出入口，也是其关键技术之一。
随着现代高速并行数字信号处理器的发展，智能天线的实现成为可能，从而也使软件无线电的应用成为现实。
一、智能天线及其发展智能天线技术在20世纪60年代就已经出现，其研究对象是雷达天线阵，目的是提高雷达的系统性能和电子对抗能力。
近年来，随着微计算器和数字信号处理技术的飞速发展，DSP芯片的处理能力日益提高，且价格也逐渐能够为现代通信系统接受。
另外，移动通信频谱资源日益紧张，如何消除多址干扰（MAI）、共信道干扰（CCI）以及多径衰落的影响成为提高移动通信系统性能时要考虑的主要因素。
而智能天线利用现代数字信号处理技术，选择合适的自适应算法，动态形成空间定向波束，使天线阵列方向图主瓣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，从而达到充分利用移动用户信号并抵消或最大程度的抑制干扰信号的目的。
软件无线电的核心是使用高速的数字信号处理器完成中频采样之后的所有数字运算，由于DSP的可编程性，导致了软件无线电灵活的个性化配置。
因此，固定的天线阵列与数字信号处理器的结合，就构成了可以动态配置天线特性的智能天线。
智能天线不同于常规的扇区天线和天线分集方法，它可以为每个用户提供一个很窄的定向波束，使信号在有限的方向区域发送和接收，充分利用了信号发射功率，降低了信号全向发射带来的电磁污染与相互干扰。
基于软件无线电的智能天线技术
ＸＩ ＡＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ －ｙ ｕ ｎ
（ Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｙ ｕ ａ ｎ Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ６ ２ ８ ０ １ ７ ）
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基于软件无线电的智能天线技术研究
基于软件无线电的智能天线技术研究摘要:针对无线通信领域中存在的多种通信体系共存,各种标准竞争激烈等问题提出基于软件无线电的智能天线技术。
简述了目前软件无线电的研究状况及无线电的关键技术之一——智能天线,采用软件无线电和智能天线融合的方法研究,较好地解决了体系共存和频带资源使用问题。
基于软件无线电技术的智能天线采用开放式结构，系统可重构，通过同时对信号在时间和空间上进行采样和处理，可以更充分地开发信号中蕴含的有用信息。
关键词:软件无线电;智能天线1. 引言智能天线是一种用于个人移动通信，能够根据所处的电磁环境智能地调节自身参数，从而使通信系统保持最佳性能的阵列天线，它通过调节各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列的方向图形状，从而对干扰信号进行抑制，提高所需信号的信噪比，改善整个通信系统的性能。
2. 智能天线的基本特点2.1智能天线与通常的自适应天线的不同点1）首先，两者的应用目的不同。
自适应天线阵是采用迭代自适应算法，应用于军事抗干扰通信的阵列天线，主要用于雷达系统的目标跟踪和干扰抵消;而发展智能天线的初衷是通过抑制干扰和抵抗衰落来增加移动系统的容量，提高频谱利用率，进而实现SDMA。
2）常规自适应天线阵一般接收到的干扰信号具有很强的功率电平，并且干扰源数目与天线阵列单元数相当。
而在无线通信系统中，由于多用户通信以及多径传播环境，使得到达天线阵列的干扰数目远大于天线阵列单元数，同时其功率电平一般都小于直射信号。
3）自适应天线只是从干扰中捕获一个源的期望信号，而智能天线是多用户系统，需要从同一信道中提取出各个用户的信号，不仅包括智能化接收，还包括多用户多波束智能化发射。
考虑到用户的移动将带来信道的时变性，因此智能天线实现起来更复杂，技术要求更高。
2.2.智能天线应用于移动通信具有以下优势:1）可以大大减少电波传播中的多径衰落。
由于无线通信系统的性能很大程度上取决于衰落的深度和速度，因此，降低信号在传播中的变化可以提高通信系统的性能。
基于软件无线电的智能天线
ｉ 与 会Ｉ 兰墼 ！ Ｉ 社 垫墨 ！ Ｉ 技 苎
天津 滨海 职 业 学 院
２ 世纪 ９ 年代以 随 Ｏ ０ 来． 着通信技术的 发展， 智能天线 成为 一个新的 研究热点 经 研究 发现， 智能天线可将无线 电的信号导向具体的方向， 产生空问定向波束． 使天线主 波束 对准用户信号到达方向 Ｄ Ａ 旁瓣或零陷对准干扰信 Ｏ，
于大多数系统只要覆盖不同频程的几个窗口， 而不必覆盖
算法将导致系统性能的很大差异， 软件无线电开发式结构 在硬件确定后还有更新能力。三是在抑制干扰方面， 由于 环境等原因的不同， 系统需要采用多种算法 ， 而软件无线 电可以满足多种算法于一个系统中，增强抑制干扰的能
力。
全部频段 ， 故可以采用组合式多频段天线方案。
完成解扩和部分解跳功能， 是系统数字处理计算量较大的
部分。目 前单个 Ｄ Ｐ Ｓ 还不能完成其功能，需要多个并行
ＤＰ Ｓ 组成的多处理模块。
的个数和用户容量。 实现智能天线所需要的计算资源取决
于基站的结构，对于一个中频采样的 Ｎ软件无线电结构， 智能天线处理占有 Ｄ Ｐ Ｓ 资源的一部分 ， 它可以实现Ｐ Ｋ个 用户信道。 波束形成处理器通常使用自 适应算法去更新权 矢量， 利用最优权矢量算法， 可以使用训练序列来更新权
号的方向． 达到充分高效年用移动用户信号并删除或抑制 ｑ
三是无线频带越来越拥挤． 对遘信系统的频带和用率 和抗干扰能力不断提高 重新规划 频带代价过高， 而软件
无线 电可 以实现多频段 、 多用户 、 多体翩的酒 用无线 电系
统， 克服频率资源紧张、 标准竞争激烈的问题。
软件无线电的结构 软件无线电的最终 目的是使通信系统摆 脱硬件系统的
第九章 智能天线与软件无线电技术
第九章智能天线与软件无线电技术9.1 智能天线技术9.1.1 智能天线基本概念与发展过程智能天线（Smart Antenna）可定义为：天线阵+智能算法。
其中，智能算法的作用是根据不同的无线电传播环境，调整天线波束，以达到提取期望信号、抑制干扰和滤除噪声的目的。
智能天线的本质是一种自适应空分多址技术（SDMA），智能天线+软件无线电（Software radio）技术是未来无线通信的发展方向。
智能天线的发展过程如下：（1）智能天线的概念最早源于雷达和声纳系统中采用的阵列天线。
（2）阵列天线根据波束形成方式的不同，又可分为模拟波束成形和数字波束成型两种。
模拟波束成形一般可用于中频、射频直接成形，实现难度大、精度低，而数字波束成形一般在中频以下，实现方便、精度高。
现阶段移动通信中的智能天线就属于这一类。
数字波束成形的发展方向是在射频实现。
（3）智能天线技术中，将中频和射频看作是一个线性系统的信道，为了实现在基带数字信号处理与最终的射频调整的一致性和等效性，要求中频和射频系统有较高的线性度。
（4）自1959年Van Atta提出自适应天线阵列的概念以来，到目前已经历了45年发展历程，可分为5个阶段：a.1964年IEEE Tran.AP的特刊为标志，研究工作主要集中在自适应波束的控制上。
例如，自适应相控制阵列天线和自适应波束操纵天线等。
b.1976年IEEE Tran.AP的特刊为标志，研究工作主要集中在自适应零陷控制上。
例如，自适应滤波、自适应调零、自适应旁瓣对消和自适应杂波控制等。
c.1986年IEEE Tran.AP的特刊为标志，研究工作主要集中在空间谱估计上。
例如，最大似然谱估计、最大熵谱估计和空间正交谱估计等。
d.1997年Godara对智能天线在移动通信中的应用进行了综述。
e.2002年Reed出版了专著，首次从无线电工程的角度全面介绍了软件无线电设计方法学，提出了图9.1所示的软件无线电模型，明确了智能天线在未来无线通信发展中的作用。
OFDM—第四代移动通信核心技术分析
OFDM—第四代移动通信核心技术分析随着社会的飞速发展，不仅科学技术水平得以提高，通信技术的发展也是空前的。
目前使用的第三代移动通信（3G），3G是在上一代移动通信的基础上加上了不同种类的宽带业务，较之第二代移动通信，在宽带上业务上有明显的先进性，但是智能化程度还不够。
所以在3G时代还未结束之时，全球通信行业就已经开始了第四代移动通信技术--4G的研究。
标签：4G移动通信核心技术OFDM技术一、引言迄今为止，移动通信已经经历了三代的发展，第四代移动通信的基本标准也基本上确立了。
第一代移动通信（1G）主要采用FDMA（模拟技术和频分多址技术）技术，这种技术只能提供区域性语音业务，而且通话效果差、保密性能也不好，用户的接听范围也是很有限。
第二代移动通信（2G）采用GSM（数字语音传输技术）技术，相较于第一代模拟移动通信具有较高的通信质量。
第三代移动通信（3G）采用了TD-SCDMA技术、智能天线技术、WAP技术、快速无限IP技术、软件无线电技术、多载波技术和多用户检测技术。
3G服务能够同时传送声音（通话）及数据信息（电子邮件、即时通信等），代表特征是提供高速数据业务。
虽然第三代移动通信技术较前两代有了很大进步，但是其自身还是存在诸多缺陷。
如采用电路交换，而不是纯IP方式；所能提供的最高速率不能满足对移动通信系统的速率要求；不能充分满足移动流媒体通信（视频）的完全需求；没有达成全球统一的标准等。
基于3G以上缺陷，4G的研发工作已经开始进行了。
二、第四代移动通信技术概述4G（第四代移动通信技术）的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。
它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。
第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。
第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。
基于软件无线电的智能天线技术
0引言随着信息化社会的发展,移动通信频谱资源日益紧张,如何消除多址干扰、共信道干扰以及多径衰落的影响成为提高无线通信系统性能时要考虑的主要因素。
智能天线利用现代数字信号处理技术,选择合适的自适应算法,动态形成空间定向波束,使天线阵列方向图主瓣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,从而达到充分利用移动用户信号并抵消或最大程度的抑制干扰信号的目的。
软件无线电的核心是使用高速的数字信号处理器完成中频采样之后的所有数字运算,由于DSP的可编程性,导致了软件无线电灵活的个性化配置。
因此,固定的天线阵列与数字信号处理器的结合,就构成了可以动态配置天线特性的智能天线。
1智能天线的基本概念智能天线是基于自适应天线阵列原理,利用天线阵波束成形技术,使天线阵的波束指向能跟踪期望信号的天线,是软件无线电技术与数字多波束技术相结合的产物。
智能天线采用空分多址技术(SCDMA),利用信号在传输方向上的差别,将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来,最大限度地利用有限的信道资源。
无线基站中的智能天线由天线阵和基于基带数字信号处理技术组成。
智能天线有波束转换智能天线和自适应智能天线两类。
波束转换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,波束宽度也随天线元数目而确定。
当用户在小区中移动时,基站在不同的相应波束中进行选择,使接收信号最强。
因为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,接收效果最差,所以多波束天线不能实现信号最佳接收,一般只用作接收天线。
但是与自适应天线阵列相比,多波束天线具有结构简单、无需判定用户信号到达方向的优点。
自适应天线阵列是智能天线的主要类型,可以完成用户信号接收和发送。
自适应就是指天线阵列接收到的信号,经过自适应算法的处理,能够按照某一确定的准则调整天线阵列的权值,从而在期望的信号方向形成高的接收/发射增益,在干扰信号方向形成“零陷”或低的发射增益,并且随着用户的移动和信道的变化,能够自动调整天线阵列的权值,使高增益波束始终对准期望信号。
软件无线电无人机蜂群通信系统
技术协作信息
已逐渐受到国内外广泛关注，
图1软件平台系统架构
核心框架的功能模块由基础模块和
核心模块组成。
基础模块主要包括：描述
文件解析器、部署管理器和资源管理器，
分别提供波形应用的XML文件解析、波形
应用的动态加卸载管理以及系统资源的
配置与管理。
CORBA中间件用于屏蔽操作系统异
构性以及网络协议异构性，为分布式环境
技术协作信息
加强管理，防止滥用乱用资金的现象出现，要按照批复的额度和开支范围执行预机制，对建立的制度进行专项评估，发挥自身审计监督职能。
（作者单位：湖南智领通信科技有限公司）
cyDivisionMultiplexing，
以获得高效的频谱利用率；
图2宽带网络波形功能框图。
智能天线技术及其应用
智能天线技术及其应用９０年代以来，阵列处理技术引入移动通信领域，很快形成了一个新的研究热点－智能天线（ＳｍａｒｔＡｎｔｅｎｎａｓ）?智能天线应用广泛，它在提高系统通信质量、缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾、以及降低系统整体造价和改善系统管理等方面，都具有独特的优点。
最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、军事抗干扰通信，用来完成空间滤波和定位等。
近年来，随着移动通信的发展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，现代数字信号处理技术发展迅速，数字信号处理芯片处理能力不断提高，利用数字技术在基带形成天线波束成为可能，提高了天线系统的可靠性与灵活程度。
智能天线技术因此用于具有复杂电波传播环境的移动通信。
此外，随着移动通信用户数迅速增长和人们对通话质量要求的不断提高，要求移动通信网在大容量下仍具有较高的话音质量。
经研究发现，智能天线可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，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。
实际上它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。
一、智能天线技术智能天线技术有两个主要分支。
波束转换技术?ｓｗｉｔｃｈｅｄｂｅａｍｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）和自适应空间数字处理技术（ａｄａｐｔｉｖｅｓｐａｔｉａｌｄｉｇｉｔａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），或简称波束转换天线和自适应天线阵。
天线以多个高增益的动态窄波束分别跟踪多个期望信号，来自窄波束以外的信号被抑制。
软件无线电技术简介及特点应用
软件无线电技术简介及特点应用软件无线电是最近几年提出的一种实现无线电通信的体系结构 ,是继模拟到数字、固定到移动之后 ,无线通信领域的又一次重大突破。
并从软件无线电的基本概念出发 ,讨论了其功能结构、关键技术和难点以及应用和发展前景。
1.引言完整的软件无线电 (Software Definition Radio)概念和结构体系是由美国的Joe.Mitola首次于1992年5月明确提出的。
其基本思想是 :将宽带A/D 变换尽可能地靠近射频天线 ,即尽可能早地将接收到的模拟信号数字化 ,最大程度地通过软件来实现电台的各种功能。
通过运行不同的算法 ,软件无线电可以实时地配置信号波形 ,使其能够提供各种语音编码、信道调制、载波频率、加密算法等无线电通信业务。
软件无线电台不仅可与现有的其它电台进行通信 ,还能在两种不同的电台系统间充当“无线电网关”的作用 ,使两者能够互通互连。
软件无线电充分利用嵌入通信设备里的单片微机和专用芯片的可编程能力 ,提供一种通用的无线电台硬件平台 ,这样既能保持无线电台硬件结构的简单化 ,又能解决由于拥有电台类型、性能不同带来的无线电联系的困难。
2.软件无线电台的功能结构图1给出了典型的软件无线电系统的结构简图 ,包括天线、多频段射频变换器、含有A/D 和D/A变换器的芯片以及片上通用处理器和存储器等部件 ,可以有效地实现无线电台功能及其所需的接口功能。
其关键思想以及与传统结构的主要区别在于 :(1)将A/D 和D/A向RF端靠近 ,由基带到中频对整个系统频带进行采样。
(2)用高速DSP/CPU代替传统的专用数字电路与低速DSP/CPU做A/D 后的一系列处理。
A/D 和D/A移向RF端只为软件无线电的实现提供了必不可少的条件 ,而真正关键的步骤是采用通用的可编程能力强的器件 (DSP和CPU等 )代替专用的数字电路 ,由此带来的一系列好处才是软件无线电的真正目的所在。
典型的软件无线电台的工作模块主要包括实时信道处理、环境管理以及在线和离线的软件工具三部分。
SCDM
SCDM概述SCDMA是同步码分多址的无线接入技术，它采用了智能天线、软件无线电、以及自主开发的SWAP+空中接口协议等先进技术，是一个全新的体系，一个全新的我国拥有完整自主知识产权的第三代无线通信技术标准。
智能天线技术：由天线阵硬件和信号处理软件组成，采用下行波束赋形，降低了发射功率，克服了多径干扰。
同步CDMA技术：上行链路各终端信号在基站解调完全同步，码道之间正交，降低码道干扰，提高了系统容量。
软件无线电技术：全部基带信号的处理都是在DSP中用软件实现。
另外，SCDMA 系统还是第一个使用国际最新标准"全质量话音编码技术"的实用化无线通信系统。
SWAP+ 空中接口信令：物理层设计基于ITU的Q931建议，采用闭环功率控制，解决了实现同步CDMA和用户距离测定的要求，仅使用一条接入码道。
SCDMA的独特技术优势体现在：SCDMA是世界上第一套将智能天线应用于商业电信运营的无线通信技术标准；第一次将时分双工（TDD）用于宏蜂窝结构，其基站与终端都大规模采用软件无线电结构；并第一次优化组合以上功能，实现了同步码分多址的无线通信协议，成为国际领先的无线通信技术标准。
SCDMA是由信威通信公司研制的新一代无线通信技术平台，也是我国第一个拥有完全自主知识产权的无线通信核心技术，于2001年获得国家科技进步一等奖。
这项技术也是我国第三代移动通信技术标准TD-SCDMA的知识产权核心组成部分。
SCDMA是TD-SCDMA(3G)的技术源头，在市场上先大规模地推广已经成熟的SCDMA系统，可进一步验证TD-SCDMA标准的核心关键技术在大用户群中使用时的正确性和可靠性，缩短TD-SCDMA产品研发和产业化所需的时间，促成TD-SCDMA 技术的早日规模应用；先期通过推广SCDMA无线接入系统，还可帮助运营商积累TDD的网络规划、建设及运营的经验，为促使TD-SCDMA成为3G市场的主导标准奠定坚实基础；通过推广SCDMA无线接入系统，借助全世界最大的中国通信市场，以中国电信业改革后，建设最后一公里无线接入网及农村普遍电信服务为契机，中国的无线及移动通信产业可以摆脱受制于人的被动局面，走出一条制造业和营运业均衡发展的新路，带动大批的通信制造企业生产"中国芯"的通信设备。
软件无线电_第六章_基于软件无线电的智能天线
智能交通
智能天线可用于智能交通领域，实现车辆的精准定位和 通信。
ABCD
军事通信
智能天线可用于军事通信领域，提高通信的抗干扰和保 密性能。
物联网应用
智能天线可与其他物联网技术结合，实现高效、实时的 信息传输和处理。
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03 软件无线电与智能天线的 结合
基于软件无线电的智能天线系统架构
硬件平台
提供通用、可编程的硬件接口，支持多种无线通信标 准。
软件模块
实现信号处理、调制解调、信道编码等功能，可根据 需求进行动态加载和卸载。
智能天线算法
利用软件无线电技术实现自适应波束形成和干扰抑制， 提高信号接收质量。
基于软件无线电的智能天线关键技术
软件无线电_第六章_基于软件无线 电的智能天线
contents
目录
• 软件无线电概述 • 基于软件无线电的智能天线技术 • 软件无线电与智能天线的结合 • 基于软件无线电的智能天线性能评估 • 基于软件无线电的智能天线未来发展
01 软件无线电概述
软件无线电的定义
软件无线电是一种利用可编程硬件和 软件实现无线通信功能的系统。它通 过将无线信号的接收、发送和处理过 程抽象化，使得不同频段、不同制式 的无线通信系统能够通过同一套硬件 平台实现。
智能天线需要实时处理信号， 对计算能力和处理速度要求 较高，目前仍存在一定的技 术瓶颈。
不同厂商和标准组织对智能 天线的实现方案存在差异， 导致不同系统之间的兼容性 问题。
成本与功耗
智能天线技术的实现需要高 性能硬件和软件支持，导致 成本和功耗较高，不利于大 规模应用。
未来发展方向与趋势
算法优化
软件无线电技术综述
软件无线电技术综述一、概述随着信息技术的飞速发展，无线通信技术在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
传统的硬件主导的无线通信系统由于其固有的局限性，已无法满足日益增长的多样化、个性化通信需求。
在这一背景下，软件无线电技术应运而生，以其独特的优势引领着无线通信领域的新一轮变革。
软件无线电技术是一种基于数字信号处理（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）等先进技术的无线通信体系。
它的核心理念在于构建一个通用的硬件平台，通过加载不同的软件来实现各种无线通信功能。
这种技术范式不仅使得硬件平台能够兼容多种无线标准，如GSM、CDMA、WLAN等，还显著提高了系统的灵活性和可扩展性。
软件无线电技术的核心原理在于将模拟信号进行数字化处理，并在数字域上执行信号处理操作。
具体实现过程中，需要构建可编程的数字信号处理器（DSP）和FPGA等硬件平台，并开发相应的数字信号处理算法和软件模块。
通过这些技术和手段，软件无线电技术能够实现无线信号的收发和处理，从而满足不同的无线通信标准和功能需求。
软件无线电技术的应用领域广泛，涵盖了军事、移动通信、无线传感器网络、广播通信等多个领域。
在军事领域，软件无线电技术有助于构建灵活的军事通信系统，提高作战指挥效率和协同能力。
在移动通信方面，该技术能够实现多模多频的通信功能，支持多种无线标准，提升移动设备的通信能力和互联互通性。
在无线传感器网络和广播通信等领域，软件无线电技术也发挥着重要作用，推动着这些领域的持续创新和发展。
软件无线电技术以其独特的优势在无线通信领域展现出了广阔的应用前景。
本文将对软件无线电技术的定义、原理、发展历程、应用领域以及未来发展趋势进行全面综述，以期为相关研究和应用提供参考。
1. 软件无线电技术的定义软件无线电技术，是一种引领无线通信领域的技术革新。
它的核心理念在于利用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”，打破了传统通信设备仅仅依赖硬件来实现通信功能的局限。
软件无线电_第六章_基于软件无线电的智能天线.ppt
sin(
M
1
)
多波束形成天线的实现方法
如复加权系数矢量统一用移相因子来表示：
W nm e jnm
其中：
线阵移相因子为： nm
2d m
n sin
m
圆阵移相因子为： nm
2R m
cos( 2
N
n m)
多波束形成天线的实现方法
也就是说在不考虑天线单元幅相失配时的波束形 成，复加权实际上可以简单地用移相器来实现， 对第M根天线的移相值为nm。
6.2.1 单信道智能天线组成
一次只接收一个信道，每个天线阵元经过相同的数 字下变频 进行M个数字波束形成器(DBF)，分别进 行不同指向的波束形成运算，最终获得所需的M个 波束。信息解调模块 ( DEMOD ) 要么对所形成的 这M个波束同时进行解调，要么选取其中信噪比最 大的波束进行解调，前者可以实现同频空分复用， 后者则可以实现定向接收，改善输出信噪比。值得 指出的是．图中的M个DBF可以用一个数字多波束 形成器 ( DMBF ) 来实现。
1
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§6.2 基于SDR智能天线的基本组成
智能天线实际上就是一种多波束天线，而多 波束的形成可以采用模拟方法实现也可以采用数 字方法实现。随着微电子技术和高速数字信号处 理(贴P)技术的迅速发展，多波束形成的数字方法 实现已成为主流。软件无线电概念的出现，把软 件无线电与智能天线有机地结合在一起，大大地 促进智能天线特别是通信中的智能天线的实用化。 本节讨论基于软件无线电的智能天线组成结构， 包括单信道智能天线，多信道智能天线和信道化 智能天线。
智能天线技术在认知无线电中的应用
智能天线技术在认知无线电中的应用摘要：随着我国社会信息交流量的日益加大，人们对各种通讯设备的要求也越来越高，再加上近几年来，个人移动通信已经越来越普及，所以频谱则成为人们越来越离不了的资源，它为人们的生产和生活带来了很大的便利，当然，先进的无线电技术离不开智能天线技术的支持，因为智能天线技术的有效应用可以为整个通信过程提供更加清晰的信息通道，保证其不受外界的干扰，保证其通讯质量。
本文从对智能天线技术及认知无线电的理解中，对其具体的应用进行了探讨。
关键词：智能天线技术；认知无线电；应用无线电通信的应用随着人们思想意识和生活水平的提高而不断的增长，而认知无线电的提出，为解决其内在的矛盾提供了一个可靠的渠道，尤其是智能天线技术在认知无线电中的应用，更为人们通信的便捷性奠定了基础，它不仅可以保证通信质量，提高数据传输能力，还能通过各个波束及频谱的感知来进行综合的分析，以达到认知无线电的智能化控制。
一、对智能天线技术的理解1、定义智能天线是近年来我国在信息技术不断发展的基础上研究出来的，也叫做自适应阵列天线，主要由波束所形成的网络、算法以及天线阵所组成，它可以通过智能化的控制对各个信号源进行其准则的算法，来调整各个相位，从而达到调节天线阵列方向的目的，以此来进行信号防干扰的控制。
运用智能天线技术可以有效提高其系统的容量，达到抑制其它用户信号干扰的目的。
这种先进的智能化技术最早被应用到科技领域，比如说航天、军事等等，随着我国数字化程度的日益加深，对信息技术的要求越来越高，对各种通信设施及质量的追求也是精益求精，所以对智能天线技术的研究与应用也要不断的加深，使它在传统技术的基础之上覆盖面更广、系统容量更大、频谱的利用率更高、成本更低、效率更明显，运用智能天线技术后的认知无线电就相当于能在多个不同指向的用户中，多束不同天线波束的影响下，达到控制自如，不受任何的干扰，所以人们也把它叫做“空间滤波器”。
2、作用（1）可以有效的减少信号的衰落过程，因为通过智能化技术的天线控制可以让用户在接受时具有方向性，构成一定的波束，使波的方向增益减速，从而适当的控制信号的消失速度，达到减小信号衰落的目的。
浅析软件无线电在智能天线中的应用
浅析软件无线电在智能天线中的应用【摘要】智能天线是基于自适应天线阵列原理，利用天线阵波束成形技术，使天线阵的波束指向能跟踪期望信号的天线，是软件无线电技术与数字多波束技术相结合的产物。
软件无线电为智能天线的实现提供了一条有效的技术途径，智能天线也为软件无线电的发展起到了推动作用。
【关键词】软件无线电；智能天线；波束形成0.引言随着信息化社会的发展，移动通信信号频谱密度越来越高，如何消除多址干扰（MAI）、共信道干扰（CCI）以及多径衰落的影响成为提高无线通信系统性能时要考虑的主要因素。
基于软件无线电的智能天线具有自动地适应环境变化，增强系统有用信息的检测能力，优化天线方向图，并能有效地跟踪有用信号，抑制和消除干扰及噪声，从而保持系统性能在某种准则下处于最佳状态。
使用软件设计完成自适应算法更新，可以在不改变硬件配置前提下增加系统的灵活性[1]。
1.软件无线电的基本概念软件无线电是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑，以具有开放性、标准化、模块化的通用硬件为平台[2]，通过配置不同应用软件来适应不同用户、不同应用环境的不同需求，实现各种无线电功能的无线通信系统。
软件无线电主要由天线、射频前端、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器以及各种软件组成。
软件无线电的天线一般要覆盖比较宽的频段，要求每个频段的特性均匀，以满足各种业务需求。
射频(RF)前端在发射时主要完成上变频、滤波、功率放大等任务，接收时实现滤波、放大、下变频等功能。
模拟信号进行数字化后的处理任务全由数字信号处理(DSP)软件承担。
为了减轻通用DSP的处理压力，通常将A/D转换器传来的数字信号，经过专用数字信号处理器件处理，降低数据流速率，并将信号变至基带后，送给通用DSP进行处理。
软件无线电具有很强的灵活性，可以通过增加软件模块，方便地增加新功能。
在软件无线电中，诸如信道带宽、调制及编码等都可以进行动态调整，以适应网络标准和环境、网络通信负荷及用户需求的变化。
短波软件无线电通信的智能天线
【 摘 要】 近年 来， 软件技 术广泛 的应 用于无线 电短波通信 中。
由于计算机 软件的可控性 和随时性 ，可以根据 需要随时进行调 整。 我们为 了利用软件无线电技 术对天线设 备加以控 制 ，使其具有一定 的 智 能 化 ，对基 于软 件 无 线 电 的智 能 天 线 技 术 进 行 了研 究 。
Ｈｉ ｇ ｈ＆ Ｎｅ ｗ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
短波 软件 无线 电通信 的智能天线
王 博
（ 陕西 烽火 电子股份有限公司 。陕西 西安 ７ ２ １ ０ ０ ６）
线方向图 ，它有主瓣、旁瓣甚至存在零增益点，凡是主瓣方向的来 波 ，其传输增益值很大，而旁瓣或零增益点方向的来波，其传输衰 减则很大 ． 天线单元权值 的变化 ，可 以明显地改变天线阵合成方 向图的分 布 ．只要对该权值作适当的调整，就会使方向图的主瓣方 向旋转到 某一角度 ，而零增益点的位置也会相应改变 ．此外，主瓣与旁瓣的 相对大小也有所变化 ．这种改变，有利于提高天线对信号的传输信 噪 比．智能天线阵列 ，正是利用这一特性，通过调整每个天线 的权 值 ，使合成输 出的天线方 向图按需要进行改变 ．当天线端既有干扰 又 有 信 号 ，且 各 自来 向随 机 变 化 时 ，智 能天 线 能 自适 应 地 进 行 信 号 空 域 处 理 、通 过 自适 应 调 整 权 值 ，实 现 主 波 束 方 向优 化 和 零 增 益 点 方 向 的优 化 ，即 在 不 破 坏 主 波 束 准 确 指 向有 用 信 号 来 向的 同时 ，实 现天线阵列方 向图零增益点实时对准干扰来 向，从而获得满意的传 输 信 噪 比 ３ 智 能 天 线 的 自适 应处 理 算 法 用于 智 能 天线 的 自适 应 处 理 算 法 有 多 种 ， 本系 统 选 择 最 小均 方 误差准则 （ Ｌ Ｍ ｓ Ｅ ） 算法 ． 用于智能天线的 Ｌ Ｍ Ｓ Ｅ算法由时域 自适应滤波 的Ｌ Ｍ ｓ Ｅ算法根据空间角谱及时空对应的关系推广而来 ， 对窄带信号 进 行 处理 的 复数 Ｌ Ｍ Ｓ Ｅ算 法 如 下 ：
2.1.1 智能天线原理_软件无线电原理与技术_[共6页]
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第2章软件无线电基本原理2.1 天线原理任何通过电磁波来传递信息的通信系统都离不开天线。
对于软件无线电系统而言，一副理想的天线应该具有自适应、自调整和自抵抗的能力，能完全适应不同传输环境和不同应用。
其中，自适应是指天线能根据系统所选择的不同频段或者不同应用自动调整如增益之类的基本参数；自调整是指天线能根据遥感技术或全球定位系统（GPS）等提供的示意信号来调整自己，从而使接收的信号最强；自抵抗是指天线使用阵列控制，波束控制或者极化方式改变等技术来防止干扰信号进入系统。
针对软件无线电系统的应用，天线的选取可从宽带（或者多频段）天线和可重构多天线阵列两方面进行考虑。
实际的软件无线电系统中，常采用宽带天线。
同时，可重构多天线阵列优越的性能，也吸引了业界越来越多的关注。
可重构多天线阵列主要包括两种：一种是基于波束形成的智能天线，另一种是基于空间分集的多输入多输出（MIMO）天线。
智能天线与软件无线电联系紧密、相互配合，已在具有中国自主知识产权的TD-SCDMA系统中得到实际应用。
软件无线电的核心是使用高速的数字信号处理器来完成中频采样（或者射频采样）之后的所有数字运算，而智能天线的核心是利用数字信号处理技术将天线的主波束对准期望用户，将零陷对准干扰方向。
一方面，软件无线电系统为智能天线的波束形成提供了良好的平台，软件无线电系统有利于波束形成算法的灵活选择以适应不同的标准和约束；另一方面，智能天线很好地满足了软件无线电系统对天线的要求，推动了软件无线电的实际应用。
鉴于智能天线与软件无线电关系异常紧密，以下主要介绍结合了软件无线电的智能天线技术。
2.1.1 智能天线原理1．智能天线的起源随着全球范围内通信业务的高速发展，以及移动通信的迅速普及，作为未来个人通信主要手段的移动通信技术引起了人们极大的关注。
但是，随着移动用户数量的迅速增加，以及移动用户对通信质量的要求逐渐提高，人们希望能在现有系统和资源条件下，寻找新的方法来提高现有系统的容量和通信质量。
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第九章智能天线与软件无线电技术9.1 智能天线技术9.1.1 智能天线基本概念与发展过程智能天线（Smart Antenna）可定义为：天线阵+智能算法。
其中，智能算法的作用是根据不同的无线电传播环境，调整天线波束，以达到提取期望信号、抑制干扰和滤除噪声的目的。
智能天线的本质是一种自适应空分多址技术（SDMA），智能天线+软件无线电（Software radio）技术是未来无线通信的发展方向。
智能天线的发展过程如下：（1）智能天线的概念最早源于雷达和声纳系统中采用的阵列天线。
（2）阵列天线根据波束形成方式的不同，又可分为模拟波束成形和数字波束成型两种。
模拟波束成形一般可用于中频、射频直接成形，实现难度大、精度低，而数字波束成形一般在中频以下，实现方便、精度高。
现阶段移动通信中的智能天线就属于这一类。
数字波束成形的发展方向是在射频实现。
（3）智能天线技术中，将中频和射频看作是一个线性系统的信道，为了实现在基带数字信号处理与最终的射频调整的一致性和等效性，要求中频和射频系统有较高的线性度。
（4）自1959年Van Atta提出自适应天线阵列的概念以来，到目前已经历了45年发展历程，可分为5个阶段：a.1964年IEEE Tran.AP的特刊为标志，研究工作主要集中在自适应波束的控制上。
例如，自适应相控制阵列天线和自适应波束操纵天线等。
b.1976年IEEE Tran.AP的特刊为标志，研究工作主要集中在自适应零陷控制上。
例如，自适应滤波、自适应调零、自适应旁瓣对消和自适应杂波控制等。
c.1986年IEEE Tran.AP的特刊为标志，研究工作主要集中在空间谱估计上。
例如，最大似然谱估计、最大熵谱估计和空间正交谱估计等。
d.1997年Godara对智能天线在移动通信中的应用进行了综述。
e.2002年Reed出版了专著，首次从无线电工程的角度全面介绍了软件无线电设计方法学，提出了图9.1所示的软件无线电模型，明确了智能天线在未来无线通信发展中的作用。
图9.1 软件无线电模型图9.1.2 智能天线提高移动通信的性能智能天线能够通过波束形成、空时均衡或分集处理来提高移动通信的性能。
1.波束形成智能天线通过波束形成能够降低同信道干扰，并且增大对期望信号的增益，从而获得比传统天线更好的性能。
图9.2清楚地表明，智能天线使用波束形成来改变阵列的方向性，能够获得比全向天线更有效的抑制同信道干扰的能力。
图9.3b 表明，智能天线由于天线的分集作用，减少了来自相邻小区的干扰。
图9.3c表明，智能天线采用SDMA 技术，在同一小区可采用相同载频分别向4个独立方向辐射不同的波束, 这些不同波束分别支持相同小区的4图9.3 智能天线减弱来自相邻小区的干扰个用户，增加了移动通信系统的容量。
利用4单元天线和功率控制技术增加CDMA 网络容量的仿真结果见图9.4。
图9.4 智能天线技术增加CDMA 网络的容量2.空时均衡频率选择性衰落是限制无线通信系统数据传输速率提高的一个主要因素。
当无线电波在多径环境中传播时，接收信号会引入频率失真，这种失真将产生码间干扰（ISI ）。
信道均衡能够减少ISI ，但是随着多径延时的增加，信道均衡变得更困难。
但是, 通过空时处理，天线阵能够在空间上和时间上同时分离多径信号，从而提高均衡性能。
图9.5给出了一个通用二维RAKE 接收机的结构框图，它可以更好地抗多径衰落。
上图中只用一副天线，去掉波束形成器就是传统的一维RAKE 接收机。
3.分集图9.2 波束形成天线抑制通信道干扰示意图多径衰落是降低无线通信系统可靠性的一个主要因素。
当使用单个天线，并且出现多径现象时，接收信号的幅度将随时间发生波动，如果进入深度衰落，传输就不可靠。
虽然采用前向纠错（FEC）编码技术可以克服衰落，但这种技术降低了信息传输速率。
另一方面，通过简单地将阵列天线单元间隔排列得足够远，每个单元天线经历的衰落过程就变得不相关了，阵列天线输出的信号无深度衰落，无线电传输的可靠性增强了。
9.1.3 智能天线在移动通信中的应用图9.5 二维RAKE接收机1.智能天线在2G中的应用由于2G在制定规范时没有考虑采用智能天线，所以前述的智能天线无法直接应用于2G中，但可采用开关波束天线、扇区赋形天线和扇区深赋形天线等技术来改善目前2G网络的覆盖质量和提高系统容量。
开关波束天线阵系统的结构见图9.6。
开关波束天线阵具有多个固定波束，这些波束能自动跟踪手机位置变化，并能在多个波束之间进行切换。
假定将每个扇区用4个窄波束来覆盖，此时系统的干扰会降低四分之一。
开关波束天线只适用于GSM，不适用于CDMA。
主要原因是：同步问题难以解决；波束切换会产生额外的误码片；用窄波束会使RAKE接收机失去接收多径信号的机会；同频工作条件下基站必须对每一个用户窄波束信号进行解调。
图9.6 开关波束天线阵系统扇区赋形天线是对扇区的天线方向图赋形，通过赋形使扇区覆盖夹角发生变化，对各扇区的覆盖面积进行调整，使每个小区的话务量得到均衡，如图9.7所示。
图9.7a表示该基站的第一个扇区已有3个用户被阻塞（黑色），而另外两个扇区的话务量很低，这种现象称为话务不均衡。
通过扇区赋形，可将各扇区的覆盖角度范围进行调整，使话务量在每个扇区得到均衡，如图9.7b所示。
这种均衡增加了扇区容量，提高了网络质量。
a b图9.7 扇区大小变化示意图扇区赋形天线除了可以调整扇区覆盖的夹角范围外，还可以调整在夹角范围内的覆盖纵深度。
扇区赋形可以针对有干扰的区域进行纵深的赋形而又不影响其它方向的覆盖，见图9.8所示。
扇区纵深方向的赋形能较好地解决网络干扰问题，但对GSM 系统而言存在一定难度。
因为不同的扇区会使用不同的平板天线，在实际安装中不同平板天线的安装位置不能保证，所以不同扇区的波束很难做到合并。
CDMA中因为使用了RAKE 接收机，这个问题能很好地解决。
2.智能天线在3G 中的应用ITU 的3G 标准中，几乎都附有一条：如果有可能，本建议将采用智能天线技术。
我国提出的TDD-SCDMA 方案中已明确提出了采用智能天线技术。
可见，智能天线技术在第三代移动通信及未来移动通信体制中的地位。
下面简要介绍各国的研究进展及基于软件无线电的基站上行收的智能天线。
（1）欧洲的进展欧洲通信委员会在RACE 计划中实施了第一阶段的智能天线研究。
项目组在DECT 基站基础上建造智能天线试验模型，并于1995年开始现场试验。
天线由8个阵元组成，阵元分布有直线型、平面型和圆环型三类，阵元间距可调；射频工作于1.89GHz ，采用TDD 双向双工方式；数字波束成形采用ERA 公司专用的ASIC 芯片DBF1108，并使用TMS320C40的DSP 芯片作为中央控制。
欧洲通信委员会将在ACTS 计划中继续进行第二阶段的智能天线技术研究。
研究内容包括：最优波束成形算法；系统协议研究和系统性能评估；多用户检测与自适应天线的结合；时空信道特性估计；微蜂窝优化与现场试验。
（2）美国的进展美国Array Comm 公司与我国信威公司共同研制出用于无线本地环路WLL 智能天线系统。
Array Comm 公司产品采用可变阵元配置，有四元和十二元环形自适应阵列可供不同环境选用。
威信公司产品为八元圆环形阵列。
Array Comm 公司产品在日本用于PHS 基站进行现场试验，试验结果表明该技术可使系统容量扩大4倍。
以上两类均采用TDD 双向双工方式。
美国Virginia Tech 工学院空时自适应无线电系统（VT-STAR ）实验研究，VT-STAR 是基于二元发射天线阵和二元接收天线阵，允许利用发射和接收分集。
（3）日本的研究进展日本ATR 光电通信研究所研制基于加预处理的自适应波束形成处理方式的智能天线，主要特点是：采用十六阵元平面方阵形式，阵元间距λ/2；射频频率1.545GHz ；天线数字信号处理部分由10片FPGA ·υ ·β 图9.8 扇区纵深赋形示意图③①①芯片完成；野外移动试验确认采用恒模的多波束天线功能；理论分析和试验证明，使用最大比值合并算法，可以提高多波束天线在波束交叉部分的增益。
（4）我国的进展信息产业部电信科学技术研究院所属的信威公司走在了技术与产品开发的前列。
已成功开发了用于WLL的TDD方式S-CDMA产品，提交的TD-SCDMA建议被ITU采纳，并计划推出拥有自主知识产权的第三代移动通信TD-SCDMA系统。
（5）基于软件无线电的基站上行收的智能天线由于受体积、电源等方面的限制，目前手机智能天线技术难以实现。
智能天线主要用于基站的收发，图9.9是基于软件无线电的基站上行收的智能天线框图。
图9.9 基于软件无线电的基站上行收的智能天线框图9.2 软件无线电技术9.2.1 软件无线电概述1.市场需求20世纪80年代末至今，已开发了大量的无线通信标准，这些标准互不兼容，相互竞争，开始使无线通讯系统被割据。
类似地，美国军方的大量互不兼容的无线通信标准已降低了他们执行联合作战的能力。
所有这些再加上其它方面的压力，迫使商业市场和美国军方去寻求设计一种能够使用不同标准（或协议）的无线电系统。
经过十多年的发展，1999年成立的软件定义无线电论坛（SDR Forum）将自身作为开发软件无线电体系结构新标准的团体，希望在无线市场内形成一个类似于PC那样的商业市场，但却不需要像微软/英特尔这样的商业巨头来制定标准。
表9.1列出了PC市场与未来无线市场的相似性。
2.软件无线电的研究发展1992年5月，Mitola首次提出了软件无线电概念。
同年，美国军方启动了SpeakeasyⅠ计划（1992～1995）。
目标是证明软件无线电系统的可行性和软件无线电系统作为MBMMR（多频段多模式无线电）的适宜性，并重点研制一种软件可重构的调制解调器。
在初期，构建MBMMR的大部分工作是试图在单个机箱内放置支持所有不同系统的硬件，因此这种系统称为组合无线电系统。
SpeakeasyⅠ计划完成后，又启动了为期4年的Speakeasy Ⅱ计划。
主要目标是：实现一个可重构的体系结构；实现一个开放式体系结构；实现互信道连接。
次要目标是：采用更多的商业现货组件；减小形状因子，使大小适于野战环境；采用可重构的硬件；提高CYPRIS芯片的上下文切换时间。
Speakeasy Ⅱ计划仅用了15个月就被验证达到了设计要求，计划成功完成后，所开发的技术和得到的教训都转到可编程模块通信系统（PMCS）研究项目中。
PMCS项目的开发，特别是它的实体参考模型，被用来作为美国军方在联合战术无线电系统（JTRS）中继续采用软件无线电研究的基础，还用于帮助开发与美国合作的软件无线电项目。
为了将技术转移到商业市场，还将Speakeasy技术提供给模块化多功能信息传输系统（MMITS）论坛，即现在的软件无线电论坛。