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1、第29卷第6期孝感学院学报VOL.29NO.62009年11月JOURNALOFXIAOGANUNIVERSITYNOV.2009基于MATLAB的智能天线波束方向图仿真1,21,31汪睿,王振宫,曾庆栋(1.孝感学院物理与电子信息工程学院,湖北孝感432000;2.咸宁职业技术学院电子信息工程系,湖北咸宁437100;3.湖北职业技术学院应用技术分院,湖北孝感432000)摘要:结合一种直线阵智能天线模型,对其工作原理进行了研究,并在MATLAB软件下对其波束方向图进行了仿真,结果表明,通过调整加权因子,可以使天
2、线主波束在平面内指向任何用户方向。关键词:智能天线;加权因子;方向图;MATLAB中图分类号:TN911.72文献标识码:A文章编号:1671-2544(2009)06-0056-03随着移动通信技术的发展,与日俱增的移动加权相加,其中的加权系数为复数。自适应处理用户数量和日益丰富的移动增值服务,使无线通器是智能天线的核心,其功能是根据一定的算法信的业务量迅速增加,给系统带来了容量压力,如和优化准则主动地适应周围电磁环境的变化。何高效率的利用无线频谱受到了广泛的重视,为了适应通信技术的发展,迫切需要新技术的出现来解
3、决这些问题。这样智能天线技术就应运而生了。智能天线为解决频谱资源不足、提高移动通信系统容量和系统服务质量提供了一个有效的解决途径,被认为是目前进一步提高频谱利用率的[1-4]最有效的方法之一。1智能天线原理图1智能天线系统结构图智能天线是一种多天线技术,根据外界用户2智能天线的信号模型信号波达方向的变化,通过信号处理技术和自适天线阵元的排列方式可以是任意的,目前,智应滤波算法对这些波束加权因子的幅度和相位自[7-8]能天线的阵元排列分为四种情况:线状排列、适应调整,使发射和接收方向图动态的跟踪用户,圆周排列、面状排
4、列和立体结构排列。这4种情使波束准确的指向用户。智能天线具有增加通信况又可分为均匀排列和非均匀排列。直线形天线容量和速率、减少电磁干扰、减少手机和基站发射[5,6]阵可以用在水平方向平面波在0-π扇区的方位功率,并具有定位功能的优点。[7]角φ估计和波束形成;由于均匀直线排列天线智能天线由天线阵列、模数转换器、波束成形的结构和信号处理量相对简单,且能普遍满足移网络和自适应处理器等4部分构成(见图1)。其动通信系统的应用要求。图2为均匀直线阵列的中天线阵列是由按某种规律排列的天线阵元构成平面模型。的。波束成形网络则将
5、来自每个天线阵元的信号收稿日期:2009-09-25作者简介:汪睿(1967—),男,湖北咸宁人,咸宁职业技术学院电子信息工程系教师。王振宫(1981—),男,山东烟台人,湖北职业技术学院应用技术分院教师。通讯作者:曾庆栋(1982—),男,湖北广水人,孝感学院物理与电子信息工程学院教师。—56—基于MATLAB的智能天线波束方向图仿真N-1=∑sk(t)exp(-βjmdcosΦk)(4)k=1则阵列的输出可以表示为:My(t)=∑wmumm=1MN=∑∑wmsk(t)exp(-βjmdcosΦk)m=1k=1=
6、sk(t)f(θ,φ)(5)这里(θ,φ)称为接收平面波的波达方向(DirectionOfArrival,DOA),除非特别说明,我0图2智能天线二维原理图们都认为多经分量以水平面方向θ=0到达基在距离信号源足够远的空间里,可以将到达站,因此由方位角Φ就可以完全确定波达方向[9,10]的电磁波视为平面波。对于均匀直线阵,由DOA。于调制在载波上的基带信号码元宽度与波束的乘f(θ,Φ)称为阵列因子(arrayfactor),阵列因积远大于天线阵列的尺寸,因此到达各个天线阵子是波达方向(θ,Φ)的函数,通过调整权集元上
7、的信号幅度可以视为不变,而到达它们的载{Wm},可以将阵列因子的最大主瓣对准任意方向波存在相位差,且相位差取决于各个阵元的空间(θ0,Φ0)。在阵列的输出端接收到的功率为位置,尺寸,波长和波达方向(仰角θ,方位角Φ)。P12122(6)r=
8、y(t)
9、=
10、s(t)
11、=
12、f(θ,φ)
13、22其中从远场的信号源来说,仰角θ=л/2。调整权集{Wm},令第m个权因子为如图2所示是智能天线的原理图。图中有M-βjmdcosθWm=e0(7)个阵元,均匀排列于x轴,从0到M-1。假设第k于是阵列因子为:个信号以仰角θk(与z轴
14、的夹角),方位角Φk(与xM-1-βjmd(sinθcosΦ-sinθ轴的夹角)入射到阵列0号参考阵元上的信号为f(θ,Φ)=∑e0)m=0Sk(t);第m个阵元上接收的信号为umk,它与0号Mβdsin[(sinθcosΦ-sinθ0)]阵元的波程差为:2=·βd△mk=mdsinθkcosΦk,(1)sin[(sinθcosΦ-sinθ0)]2对于远场θ
