智能天线及其应用分析.pdf

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1、第23卷第3期机电产品开崖与纠新V01．23，No．3兰Q!Q主曼旦里!：!!!!竺!兰苎!!!!!!!!!!兰翌竺竺!!!苎!!竺!璺!型!!型!!竺坚呈Y：!兰Q!Q文章编号：1002—6673(2010)03—072-02智能天线及其应用分析刘建楠(天津工业大学机械电子学院，天津300160)摘要：全面地阐述了智能天线的概念、特点、实现方案和应用前景，同时分析了智能天线的概况。并给出了智能天线的最新发展动态。关键词：智能天线；无线通信；应用中图分类号：TN82文献标识码：Adoi：lO．3969／j．issn．1002-6673．2010．03．028SmartA

2、ntennaandItsApplicationAnalysisLIUJim-Nan(SchoolofMechanicalandElectromc，TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300160，China)Abstract：Thispapergivesacomprehensiveoverviewofthesmal．tantennaconcept，features，implementatiomandappficadonprospects，whileanalysisofanoverviewofsmartantenIla，sInarta】

3、ntennaalso孚vesthelatestdevelopmen船．Keywords：smartantenna；wirelesscommunications；appficafionsO引言智能天线系统致力于提高移动通信系统的系统容量，这在无线电频谱资源日益拥挤的今天，具有十分重要的现实意义。同时智能天线系统还能提高移动通信系统的通信质量．是一种具有良好的应用前景．但还没有被人们充分开发的新的技术方案。相对其它技术方案而言．具有投资省、见效快等优点。近年来。蜂窝移动通信的发展十分迅速，用户量呈指数律上升。但是随着用户量的大幅度地增长，目前的通信系统正面临着许多亟待解决的

4、问题。尤其突出的是：信道容量的限制、多径衰落、远近效应、同频道干扰、越区切换、移动台由于电池容量的功率受限等等。这就迫切需要一种能够提高系统容量和通信质量的新技术。这就是智能天线得以提出和发展的客观环境。1智能天线与传统技术的比较首先，我们给出智能天线的典型结构如图1所示。智能天线由以下三部分构成：天线阵列。信号合成通道和自适应控制单元。其中．天线阵列是由按某种规律排列的单元天线构成的。常用的阵列形式有直线阵列与圆收稿日期：2010-04—04作者简介：刘建楠(1987一)。技术与仪器061班。72天津蓟县人．研究方向：测控形阵列。信号合成通道则将来自每个单元天线的空间

5、感应信号加权相加．其中的权系数为复数。也就是说，每路信号的幅度与相位均可改变。自适应控制单元是智能天线的核心。该单元的功能是根据一定算法和优化准则主动地去适应周围电磁环境的变化。W图l智能天线的典型结构示蕙图进一步地，我们来推导窄带假设条件下(信号带宽的倒数远小于电磁波波前跨越天线阵列的时间)智能天线的矢量模型。对由ITl个阵元构成的阵列天线，信号在第i个阵元的响应可表示如下：I．x；(t)=乞＆(od嘶)u(t—下1)(1)l=l其中：L_多径信号的数目；gi(01)一以0，角度入射到天线阵列的第Z径信号在第i个阵元上的响应。a』t)'可分别为第Z径信号的复包络和时延

6、。u(·)表示经过调制后的信源。定义m维复矢量x(t)和a(oj)：m丫舶丫．≮㈤丫x卜Kl2＼0～n·产品与市场·x(t)=【x-(t)，x20)，⋯，xm(t)】1‘(2)猷oJ=【野(od，92(od，．．．，“o胛(3)I因此天线阵列的输出响应可以表示为：占x(t)：上缸od“t)u(t1)(4)I“1其中：嘶)遵从Rayleigh或Rician分布；a(o)被定义为阵列综合因子，该参数由阵列的几何结构、各单元的方向图、单元之间的互耦、邻近散射体对阵列天线的影响等诸多因素共同决定。u(t)代表发射信号的瞬时结构，在GMSK调制制式中，该函数有如下的表达式：u(t

7、)=e删(5)式中：‘P(t)为MSK信号通过Gaussian滤波器后的相位函数。当考虑同波道干扰和热噪声时，天线阵列接收到的信号表示如下：LQTx(t)：∑al(01)oq(t)u(t1)+∑∑a(ood。(t)啪飞)+n(t)‘21q；1。21上式第二项为Q—1个干扰源产生的同波道干扰。第三项为零均值加性高斯白噪声。智能天线的算法直接影响着智能天线的性能。一般地，智能天线的算法可分为单用户算法和多用户算法两大类。在单用户算法中，把其他用户产生的干扰等效为加性高斯噪声。而在多用户算法中．则需要同时分辨出其他用户产生的同波道信·号．因此多