智能天线阵列的误差分析建模与校准算法

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1、万方数据2014年1月25日第31卷第1期通馋电源技术TelecomPowerTechnologyJan．25，2014，V01．31No．1文章编号：1009—3664(2014)01一0102—02智能天线阵列的误差分析建模与校准算法j：i遣鬻镰链I田怡(武汉工程大学电气信息学院，湖北武汉43()073)摘要：分析了智能天线阵列的工作原理，在智能天线实验平台上对阵列误差的校正算法进行了实验验证。通过与方位无关的校正矩阵校正之后，各阵元通道的复增益趋于一致，波达方向(DOA)估计精度也在误差允许范围之内。结果表明，这种阵列误

2、差校正方法是行之有效的。关键词：智能天线；误差；校准中图分类号：TN821文献标识码：ASmartAntennaArrayErrorAnalysisModelingandCalibrationAlgorithmTIANYi(SchoolofElectricalInformation，WuhanInstituteofTechnology，Wuhan430073，China)Abstract：Thispaperanalyzedtheworkingprincipleofsmartantennaarray，andtestedinthe

3、experimentalplatformofthesmartantennatOcarryontheconfirmationtothearrayerrorcalibrationalgorithm．Throughcorrectionbythecalibra—tionmatrixwhichhasnothingtOdowiththeposition，complexgainofeacharrayelementchanneltendstOconsistency；es—timationaccuracy0fDOAisalsowithinthe

4、scopeofallowableerror．Theresultsshowthatthismethodiseffectiveforer—rorcorrectionofarray．Keywords：smartantenna；error；calibration1概述2波束控制理论智能天线是由阵列天线构成的。其基本结构由天线阵列、波束形成网络、A／D或D／A转换三个部分构成。基本原理是采用基带数字信号处理的方法，接收时根据天线接收准则能自动调整天线的阵元，使其幅度和相位加权，从而产生空间定向波束。对于空间响应而言，自适应天线阵列相当于

5、一个空间滤波器，调整天线主波束即为最大增益点对准用户信号的到达方向，而旁瓣或零陷则对准干扰信号的到达方向。这样，有用的信号能够得到最大增益，而干扰有效减少，减少了通信系统中多径效应的影响。智能天线结构如图1所示。图1智能天线模型收稿日期：2013-08—20作者简介：田怡，(1978一)，女，硕士，武汉工程大学电气信息学院讲师．研究方向为电路与系统。波速成形理论已成为广泛研究的热点，目前主要是通过自适应算法进行波束控制，算法准则主要包括：最小均方误差准则(MMSE)、最大信噪比准则(MSNR)、最小方差准则(MV)。3误差分析

6、与建模本文在波束成形理论的基础上，研究阵列误差问题。阵列误差一般可分为时变误差和非时变误差。时变误差形成的原因是阵列硬件构成问题，阵元通道的构成有放大器、滤波器，它们的幅度和相位特性会随着温度变化或者器件的老化现象而发生变化。非时变误差则是由于阵元的构成问题形成，主要有阵元通道的幅度和相位误差以及阵元间的互耦，阵元方向图误差和阵元位置误差。时变误差必须在系统工作时实时在线校正，非时变误差可以离线校正。具体校正阵列误差的方法分为三类。第一类为自校正，这种方法通过非线性优化算法，计算量大，通过迭代算法实现波达方向(DOA)和误差的

7、同时估计；不利于实现，有可能碰到收敛到局部极小点情况。第二类方法为先测量实际的阵列流型，相对前者，这种方法较为可靠，但由于测量数据多，必须有大量的空间存储器，既要提高DOA精度，又可以使用阵列流型内插的方法。由于误差，实际使用中的阵列流型会丧失特殊的阵列结构特性，这会使得DOA估计受到限制，原因万方数据CiL馋电．冻技术2{】14年1月25日第31卷第1期田怡：智能天线阵列的误差分析建模与校准算法TeleeomPower’FechnologyJan．25，2014，v01．31No．1正是这种特殊的阵列结构构成的算法造成。第三

8、类方法是通过测量出的误差建立模型，从而使实际的阵列流型和理想流型之间通过模型的数学处理方法恢复理想情况。4天线校准除了误差分析，还采用天线校准的方法，比如智能天线应用于TD—LTE系统中，信令的发送是通过高层发送而来的，可先由MAC层通知物理层进行天线校准。天线校准的目的是补