无线通讯中的智能天线技术综述

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------无线通讯中的智能天线技术综述无线通信中的智能天线技术综述摘要：近年来，智能天线技术已成为移动通信领域中最具有吸引力的技术之一。本文对智能天线的产生背景、基本概念、基本原理和分类进行了综合论述，并讨论了其应用范围，最后对智能天线所面临的挑战和发展方向发表了看法。关键词：智能天线；移动通信；自适应算法；波束形成；0、引言随着当今社会信息量的逐渐增加，全球的通信事业飞速发展，个人移动通信迅速普

2、及。移动通信业务需求量的增长和有限的频谱资源的矛盾日益突出。在不远的将来，用户的需求将超越现有的技术所能提供的信道资源。因此，如何更为有效地复用无线资源成为无线移动通信系统发展的首要问题。智能天线技术研究了无线资源的空域可分性能，是进一步提高系统容量的有效途径。智能天线最初用于雷达、声纳及军用通信领域。近年来，随着现代数字信号处理技术发展迅速，DSP芯片处理能力的不断提高和芯片价格的不断下降，使得利用数字技术在基带形成天线波束成为可行，促使智能天线技术开始在无线通信中的广泛应用。由于智能天线能显著提高系统的性能和容量，并增加了天线系统的灵活性，未来几乎所有先进的移动通信系统都

3、将采用该技术[1]。1、智能天线的基本概念、基本原理和分类——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------1.1智能天线的基本概念智能天线（SmartAntenna）是一种具有侧向和波束形成能力的天线阵列，它利用各用户信号空间特性的差异，根据某个接收准则自动调节各天线阵元的加权向量，使无线主波束对准期望用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到最佳

4、接收和发射。实际上，智能天线利用了天线阵列中各单元间的位置关系，即利用了信号间的相位关系，这是与传统分集技术的本质区别。现有的频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)分别是在频域、时域和码组上实现用户的多址接入，而智能天线采用了第四维多址——空分多址(SDMA)技术。智能天线能识别信号的来波方向（DOA)，从而实现在相同频率、时间和码组上用户量的扩展[2]。1.2智能天线的基本原理简单说，智能天线的基本原理就是根据一定的接收准则自动地调节天线阵元的幅度和相位加权值，以实现最优接收和发射。从空间响应来看，智能天线是一个空间滤波器，它在信号入射方向上增益最

5、大，在干扰信号入射方向上形成零陷或低陷。下面以直线阵为例，说明智能天线的基本原理。假设满足天线传输窄带条件，即某一入射信号在各天线单元的响应输出只有相位差异而没有幅度变化，这些相位差异由入射信号到达各天线所走路线的长度差来决定。若入射信号为平面波(只有一个入射方向)，则这些相位差由载波波长、入射角度、天线位置分布唯一确定。给定一组加权值，一定的入射信号强度，不同入射角度的信号由于在天线间的相位差不——————————————————————————————————————-----------------------------------------------------

6、-------------------------------------------同，合并后的输出信号强度也会不同。智能天线的工作原理可用图1说明:图1智能天线的工作原理对于N元天线阵列，设信号自a方向入射，阵元间距为d，接收信号功率为P，以第1个天线单元为参考，则第i个天线单元的相位延迟为???(i?1)dcos(?)，其中??2?/?，?为电磁波波长。天线阵列接收信号可以用下面的矢量表示：ST(t)?jwtj(wt??dcos(?)),???j(wt??(N?1)dcos(?))]?jwt?VT(?)式中VT(?)为天线阵在?方向上的响应矢量。设Vd,Vj分别表示有用

7、信号、干扰信号的天线阵响应矢量，Sd(t),Sj(t)分别为有用信号和干扰信号矢量，M为干扰信号个数，N(t)为噪声矢量。则经过加权的天线阵输出X(t)可表示为下式：X(t)?W?Sd(t)?W?(N(t)?TT?S(t))jj?1M智能天线的目的就是确定最佳权值矢量W，己达到提取有用信号，抑制干扰信号滤除噪声信号的目的。智能天线的方向图是随着权值的改变而动态变化的，智能天线正是通过自适应调整权值的来抑制干扰、提高信噪比，进而提高移动通信系统性能。1.3智能天线的分类根据不同的复杂度和结构，智能天线可分