智能天線波束賦形技術(shù)綜述

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1、智能天線波束賦形技術(shù)摘要：近年來移動通信的[1][2]迅速發(fā)展以及其他無線應(yīng)用的開發(fā)使得無線頻譜資源日趨緊張，要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高系統(tǒng)的容量，滿足用戶數(shù)量增加和新業(yè)務(wù)開展的需要，就必須提高系統(tǒng)頻譜的利用率[3][4][5]。因此，如何更為有效地復(fù)用無線資源成為無線移動通信系統(tǒng)發(fā)展的首要問題。智能天線技術(shù)研究了無線資源的空域可分特性，是進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量的有效途徑[6][7]。本文對于智能天線技術(shù)信號處理領(lǐng)域內(nèi)的波束賦形技術(shù)[8][9][10]的相關(guān)研究作一個總結(jié)，概述了波束賦形的概念原理、一般

2、方法、性能指標(biāo)以及一些相關(guān)問題，并通過對現(xiàn)存的大量具體算法的分類分析，綜述了該領(lǐng)域的技術(shù)現(xiàn)狀以及發(fā)展方向。*關(guān)鍵詞：移動通信；無線通信；智能天線；波束賦形；T&j2d.q$R;C5?*u1t8L1.前言[11][12]在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，由于用戶通常分布在各個方向，加之無線移動信道的多徑效應(yīng)，有用信號存在一定的空間分布。其一，當(dāng)基站接收信號時，來自各個用戶的有用信號到達(dá)基站的方向可能不同，且信號與其到達(dá)角度之間存在復(fù)雜的依賴關(guān)系；其二，當(dāng)基站發(fā)射信號時，可被用戶有效接收的也只是部分的信號?？紤]

3、到這一因素，調(diào)整天線方向圖使其能實(shí)現(xiàn)指向性的接收與發(fā)射是很自然的想法，這也就是波束賦形概念的最初來源。:g2h*h!n3w*v1}!b%^#u,y;H隨著信號處理，尤其是數(shù)字信號處理芯片的普及以及算法的發(fā)展[13]，原來必須依靠射頻硬件實(shí)現(xiàn)的波束賦形轉(zhuǎn)為使用中頻或者基帶的數(shù)字信號處理來實(shí)現(xiàn)。在這一基礎(chǔ)上，結(jié)合無線移動通信系統(tǒng)的發(fā)展，又進(jìn)一步出現(xiàn)了智能天線的概念[14][15][16]。智能天線的目標(biāo)是能根據(jù)實(shí)際信道情況實(shí)時調(diào)整自身參數(shù)，有效追蹤多個用戶，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)空分多址（SDMA）[17]。

4、智能天線一般由射頻部分的無線信號接收發(fā)射，A/D、D/A轉(zhuǎn)換[18][19]，以及基帶（或者中頻）部分的數(shù)字信號處理組成。傳統(tǒng)意義上的波束賦形與多種信號處理方法融合，使得這一概念的確切含義逐漸模糊。習(xí)慣上，在與自適應(yīng)天線陣列的信號處理相關(guān)的文獻(xiàn)中[20]，波束賦形特指根據(jù)參數(shù)計算最優(yōu)權(quán)重矢量的過程；而在其他場合有時特指嚴(yán)格意義上的空域波束賦形，有時則泛指根據(jù)測量以及估算參量進(jìn)行數(shù)字信號處理（可包括時域和空域）的過程。本文取波束賦形的一般含義，即根據(jù)測量以及估算參數(shù)，實(shí)現(xiàn)信號最優(yōu)（次優(yōu)）組合或者最

5、優(yōu)（次優(yōu)）分配的過程。6V--I)s$p6Q4d"~"L2.國內(nèi)外波束賦形技術(shù)的現(xiàn)狀%p%j!~.B$U4?波束賦形的目標(biāo)是根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)，形成對基帶（中頻）信號的最佳組合或者分配[22]5.1-9,,services,andmakethecitymoreattractive,strengtheningpublictransportinvestment,establishedasthebackboneoftheurbanrailtransitmulti-level,multi-functio

6、nalpublictransportsystem,thusprotectingtheregionalpositionandachieve。具體地說，其主要任務(wù)是補(bǔ)償無線傳播過程中由空間損耗、多徑效應(yīng)等因素引入的信號衰落與失真，同時降低同信道用戶間的干擾。因此，首先需要建立系統(tǒng)模型，描述系統(tǒng)中各處的信號，而后才可能根據(jù)系統(tǒng)性能要求，將信號的組合或分配表述為一個數(shù)學(xué)問題，尋求其最優(yōu)解。1).系統(tǒng)模型[23][24](K??b"z3{:s7c-z-v根據(jù)應(yīng)用場合的不同，一般可以將波束賦形算法分為上行鏈

7、路應(yīng)用以及下行鏈路應(yīng)用。無論是哪種情況，總可以用一個時變矢量（MIMO）信道來描述用戶端與基站端的信號關(guān)系，如圖2所示。對于上行鏈路，多個發(fā)射信號實(shí)質(zhì)上是K個用戶設(shè)備同時發(fā)送的信號，基站則使用多個天線單元接收信號，對其進(jìn)行處理和檢測，這時發(fā)送端的信號分配僅在各個支路分別進(jìn)行；對于下行鏈路，基站仍可能使用多個天線單元向特定用戶發(fā)射信號，但用戶設(shè)備使用單天線檢測與其有關(guān)的信號，這時接收部分降為一維，信號組合也僅對于單路信號進(jìn)行。$^/s6m(d+F+m%r!N$C+_8L+k.1Z+I;G/x??

8、?通常根據(jù)研究重點(diǎn)的不同，對于原始信號以及實(shí)際接收信號的位置會有不同的定義。對于波束賦形技術(shù)，一般其研究的范圍從發(fā)送端擴(kuò)譜與調(diào)制單元的輸出端，到接收端解擴(kuò)與解調(diào)單元的輸入端，而研究過程中又常將信號分配單元輸出端到信號組合單元輸入端之間的部分合并，統(tǒng)稱為無線移動信道，由于無線移動通信環(huán)境的極度復(fù)雜，無法得到其輸入輸出關(guān)系的確切描述，一般采用大量測量和理論研究相結(jié)合的方法，使用有限的參數(shù)描述該信道。采用這種方法后，就可以得到受干擾有噪信號與原始信號的關(guān)系，并據(jù)此在一定程度上恢復(fù)信號。因此，波束賦形的