智能天線的原理、自適應(yīng)波束形成算法的研究進展與應(yīng)用

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1、國防科技大學(xué)學(xué)報第$(卷第’期UVD,-;VS-+C/$(->/’$""!文章編號：!""!#$%&’（$""!）"’#""&(#")!智能天線的原理、自適應(yīng)波束形成算法的研究進展與應(yīng)用桑懷勝，李崢嶸（國防科技大學(xué)+,國家重點實驗室，湖南長沙%!"")(）摘要：智能天線是當前通信領(lǐng)域的研究熱點之一。闡述了智能天線的基本原理，介紹了上行鏈路窄帶自適應(yīng)波束形成算法，對自適應(yīng)波束形成算法進行了分類，較為詳細地討論了各種算法的特點，介紹了智能天線的研究進展狀況和智能天線的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：智能天線；自適應(yīng)天線陣；自適應(yīng)

2、波束形成算法中圖分類號：+-&$!./0!文獻標識碼：!"#$%&’(&)#，+,-).&/#0#-123%1&’4+43%&."15，6.7,86.-.75-’,+))&(-.&3’53261-%.+’.#’’-51-23456#1789:，;<=789:#,>9:（+,1?5?8@8A;5B/，-5?6>95CD96E/>FG8F89H8+8I79>C>:A，J759:H75%!"")(，J7695）+95.%-(.：1K5L?59?8995HL8I86E8K4I75??89?6>9L8I89?CA69?78I>KK496I5?6>9F68CM/+78B5H6INL69I

3、6NC8>FHK5L?59?8995H6HF6LH?8ON>49M8M/+789?784NC69P95LL>QB59M5M5N?6E8B85KF>LK69:5C:>L6?7KH5L869?L>M4I8M/+785M5N?6E8B85KF>LK69:5C:>L6?7KH5L8IC5HH6F68M，59M?78I75L5I?8L6H?6I>F85I75C:>L6?7K6HM6HI4HH8M69M8?56C/+78H?4MAH?5?4H59M5NNC6I5?6>9H>FHK5L?59?8995H5L8M8HIL6B8M69?7889M/:#8;3%,5：HK5L?59?8995H；

4、5M5N?6E859?89955LL5A；5M5N?6E8B85KF>LK69:5C:>L6?7K隨著移動通信的發(fā)展，移動用戶數(shù)目迅速增加，移動通信業(yè)務(wù)量的增長和有限的頻譜資源的矛盾日益突出。解決上述矛盾的一種途徑是提高頻譜的有效利用率，近年來，智能天線［!，$］作為提高頻譜有效利用率的一種技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。智能天線是在自適應(yīng)濾波［(］和陣列信號處理技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。$"世紀0"年代初，隨著移動通信的發(fā)展，陣列信號處理技術(shù)被引入移動通信領(lǐng)域，形成了智能天線這個新的研究領(lǐng)域。許多大學(xué)、科研機構(gòu)和通信公司都對智能天線表現(xiàn)出了濃厚的興趣，做了大量的研究。在未來的第三代移動

5、通信系統(tǒng)中，智能天線將發(fā)揮重要的作用，我國提出的第三代移動通信系統(tǒng)標準+G#1JGR［%］把智能天線列為一項關(guān)鍵技術(shù)。智能天線的基本思想是利用各用戶信號空間特征的差異，采用陣列天線技術(shù)，根據(jù)某個接收準則自動調(diào)節(jié)各天線陣元的加權(quán)向量，達到最佳接收和發(fā)射，使得在同一信道上接收和發(fā)送多個用戶的信號而不互相干擾。采用智能天線技術(shù)能夠有效地抑制與接收的信號方向不同的多徑干擾、同信道干擾、多址干擾以及其他各種類型的有意或無意干擾，提高信號的傳輸質(zhì)量，提高頻譜的有效利用率，增大系統(tǒng)容量，因而智能天線在未來的無線通信系統(tǒng)中應(yīng)用前景廣闊。智能天線根據(jù)信號的空間特性差異區(qū)分信號，它在傳統(tǒng)的時分多

6、址（+GR）、頻分多址（SGR）和碼分多址（JGR）之外引入了第四種多址方式：空分多址［T，’（］1GR）。智能天線分為兩大類［!］：多波束天線和自適應(yīng)天線。多波束天線采用多個波束覆蓋整個用戶區(qū)，每個波束的指向固定，波束寬度隨天線陣元數(shù)目的確定而確定，系統(tǒng)根據(jù)用戶在小區(qū)中的位置選取相應(yīng)的波束，使接收的信號最佳。自適應(yīng)天線是一種控制反饋系統(tǒng)，它根據(jù)一定的準則，采用數(shù)字信號處理技術(shù)形成天線陣列的加權(quán)向量，通過對接收到的信號進行加權(quán)合并，在有用信號方向上形成主波束，而在干擾方向上形成零陷，從而提高信號的輸出信干噪比。通常，智能天線指的是自適應(yīng)天線，本文以下!收稿日期：$""!#"&

7、#$)基金項目：國家部委預(yù)研項目資助作者簡介：桑懷勝（!0)"#），男，博士生。BA國防科技大學(xué)學(xué)報7==!年第A期的討論只針對自適應(yīng)天線。!智能天線的基本原理智能天線的陣元排列方式有直線型、圓環(huán)型、平面型等幾種類型，其中等間距線天線陣最為常見，下面的討論基于等間距線天線陣，如圖!所示。首先建立智能天線的信號模型［7，8］。設(shè)等間距線天線陣的陣元個數(shù)為!，陣元間距"，以第!個陣元作為參考陣元，信號#（$）的入射方向與天線陣法線方向的夾角為!。#（$）到達第%個陣元與到達參考陣元的時間差為"（!）&"（%