智能天線的原理,自適應(yīng)波束形成算法的研究進(jìn)展與應(yīng)用

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1、國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào)第23卷第6期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVol.23No.62001文章編號(hào)：1001-2486（2001）06-0083-07!智能天線的原理、自適應(yīng)波束形成算法的研究進(jìn)展與應(yīng)用桑懷勝，李崢嶸（國(guó)防科技大學(xué)ATR國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙410073）摘要：智能天線是當(dāng)前通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)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(duì)自適應(yīng)波束形成算法進(jìn)行了分類，較為詳細(xì)地討論了各種算法的特點(diǎn)，介紹了智能天線的研究進(jìn)展?fàn)顩r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)波束形成算

2、法中圖分類號(hào)：TN821+.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ATheprinciple，AdaptivebeamformingAlgorithms，StudyStatusandApplicationsofSmartAntennasSANGHuai-Sheng，LIzheng-Rong（ATRStateKeyLab.，NationalUniv.ofDefenseTechnology，Changsha410073，China）Abstract：Smartantennasreceivemuchattentionrecentlyinthecommunicationfield.Thebasicprincipleofsm

3、artantennasisfirstexpounded.Thentheuplinknarrowbandadaptivebeamformingalgorithmsareintroduced.Theadaptivebeamformingalgorithmsareclassified，andthecharacteristicofeachalgorithmisdiscussedindetail.Thestudystatusandapplicationsofsmartantennasaredescribedintheend.Keywords：smartantennas；adaptiveantennaar

4、ray；adaptivebeamformingalgorithm隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，移動(dòng)用戶數(shù)目迅速增加，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)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(lái)，智能天線［1，2］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［3］和陣列信號(hào)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。20世紀(jì)90年代初，隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，陣列信號(hào)處理技術(shù)被引入移動(dòng)通信領(lǐng)域，形成了智能天線這個(gè)新的研究領(lǐng)域。許多大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)和通信公司都對(duì)智能天線表現(xiàn)出了濃厚的興趣，做了大量的研究。在未來(lái)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，智能天線將發(fā)揮重要的作用，我國(guó)提出的第三

5、代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA［4］把智能天線列為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。智能天線的基本思想是利用各用戶信號(hào)空間特征的差異，采用陣列天線技術(shù)，根據(jù)某個(gè)接收準(zhǔn)則自動(dòng)調(diào)節(jié)各天線陣元的加權(quán)向量，達(dá)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(gè)用戶的信號(hào)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(hào)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(wú)意干擾，提高信號(hào)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(lái)的無(wú)線通信系統(tǒng)中應(yīng)用前景廣闊。智能天線根據(jù)信號(hào)的空間特性差異區(qū)分信號(hào)，它在傳統(tǒng)的時(shí)分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）和碼分多址（CDMA）之外引入了

6、第四種多址方式：空分多址［5，6（］SDMA）。智能天線分為兩大類［1］：多波束天線和自適應(yīng)天線。多波束天線采用多個(gè)波束覆蓋整個(gè)用戶區(qū)，每個(gè)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(hào)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(zhǔn)則，采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)形成天線陣列的加權(quán)向量，通過(guò)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合并，在有用信號(hào)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(hào)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：2001-08-27基金項(xiàng)目：國(guó)家部委預(yù)研項(xiàng)目資助作者簡(jiǎn)介：桑懷勝（1970-），男，博士生

7、。86國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào)2001年第6期的討論只針對(duì)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(jiàn)，下面的討論基于等間距線天線陣，如圖1所示。首先建立智能天線的信號(hào)模型［2，7］。設(shè)等間距線天線陣的陣元個(gè)數(shù)為L(zhǎng)，陣元間距d，以第1個(gè)陣元作為參考陣元，信號(hào)S（t）的入射方向與天線陣法線方向的夾角為!。S（t）到達(dá)第i個(gè)陣元與到達(dá)參考