波束赋形技术在同频干扰抑制上的应用.pdf

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1、2014年第6期信息通信20l4(总第138期)INFoRMAT10N&C0MMUNICAT10NS(Sum．No138)波束赋形技术在同频干扰抑制上的应用王晓燕，吴小康(1．太原铁路局，山西太原0300001；2．兰州交通大学，甘肃兰州730070)摘要：文章首先简单介绍了几种特定的天线模式，接着对系统同频干扰进行了分析，在此基础上提出了一种宏蜂窝天线模式下的同频干扰抑制方法，即宏蜂窝波束赋形技术，使得高速铁路专网的接收相对吞吐量得到一定的提升。关键词：波束赋形；同频干扰；SINR吞吐量中图分类号

2、：TN911．7文献标识码：A文章编号：1673．1131(2014)06．0040．02高速铁路通信专网易受沿途所部署的宏蜂窝网络干扰，而射模式下，就是要使得期望用户接收的信号功率达到最大，同引起高铁通信专网的性能损失。这些干扰有同频干扰和邻频干时对窄波束范围以外的非期望用户干扰最小；而在接收模式下，扰等。由于高速铁路通信系统在网络规划阶段进行了良好的频就是要使得接收的非期望用户信号得到抑制。率规划，因此邻频干扰几乎不会对系统造成什么影响，而同频干2．2波束赋形分类扰则能够在一定程度上影响到系统的

3、吞吐量。因此，本文采用按照波束赋形的不同应用模式，人们通常将其分为两种类型：宏蜂窝波束赋形技术来抑制同频干扰，提高系统的相对吞吐量。(1)固定波束赋形。固定波束赋形包含有有限个固定预设1天线模式模式的相位阵列系统，是一种交换控制系统。预先设定小区的波束群，使得多个固定波束并行覆盖整个小区，且每个波束的天线模式有很多种，本节主要介绍两种特定的天线模式，方向固定，它们的发射功率相等并且覆盖一个确定区域。小区即宏蜂窝基站的波束赋形模式、车载接收天线空间分集模式。的面积一定，阵列数能够确定波束宽度大小。随着

4、用户在小区1．1宏蜂窝波束赋形模式中的移动，小区可以在预设的波束群中按照某个准则进行选择和切换，使用户接收到的信号是系统最优化的安排。假如用户移动时跨越到这些固定的波束范围之外，信号的抖动可能致使连接中断。换句话说，如果用户行走在波束的边缘而干扰信号处于波束的中央时，接收信号的效果最差；如果用户沿着波束中心行走时，接收信号的效果最佳。(2)自适应波束赋形。自适应波束赋形包含有无数个能够根据情况实时地调整模式的自适应阵列系统，是一种控制反馈图1宏蜂窝波束赋形天线模式图1所示为波束赋形某时刻天线发射的方

5、向，其原理是采用系统，它依据某一种准则使用数字基带处理技术来识别期望用时间分集技术，天线每隔一个时隙改变一次窄波束发射方向，将三户信号的方向，同时让旁瓣或者零陷来对准干扰信号的到达方向。它不是无意识的随机选择，而是有规则的随机。它能够在扇区(65。)发射天线改变为三扇区(共6个窄波束方向)发射天线。期望用户信号的方向形成空间定向波束，使其对准期望用户信1．2车载接收天线空间分集模式号的方向，从而使期望信号增益最大，有效减少了多径影响，进空间分集技术分为开环空间分集和闭环空间分集。开环一步达到将干扰信

6、号抑制的目的。空间分集适合于终端高速移动情况；闭环空间分集适合于信道条件较好的场合，用于提供高数据率传输。车载接收天线3基于最大输出信噪比的SINR估计空间分集原理是：在列车长度不变的情况下，初始的车载天线设MIMO为2*2阶系统，S为发送信号，r为接收信号，n为数量为n，那么采用空间分集技术后的车载天线数量则为2n。白噪声，h．和为信道传输分矩阵，则2波束赋形技术r=l+2+(1)2．1波束赋形原理MMSE检测算法可以最大化输出信噪比。根据MMSE得波束赋形技术能够根据通信的实时情况调整各天线单元

7、S．的估计为的信号加权幅度相位，形成自适应方向图。它可以采用领先的=(口r+厂(1+2+n1)(2)自适应空间数字处理技术从而产生可控波束方向图，使得干扰则S的后处理S1NR为方向形成波束零点，以最大限度放大有用信号、抑制干扰信号，同时使天线主波束对准期望用户信号的到达方向。波束赋形SINR,=I+『_(3)的基本思想是：首先利用空间分集天线技术，来区分各用户信同理可得S的估计和后处理S1NR为：号之间的差异，然后依据某个接收准则自动调整各天线阵列的~2=(ar+厂(l+2+，z2)(4)加权向量，

8、使得在同一信道上接收和发送多个用户的信号而不相互干扰，也就是说在一定程度上达到了消除同频干扰的目的。。={I+Jizl广(5)从信号处理角度看，波束赋形就是将天线阵列上接收到的4实验结果分析高频信号变换到基带信号，然后进行相应的空间谱处理，获得该信号在各个天线阵列的加权矢量，产生多个高增益的动态窄图2中蓝色曲线代表宏蜂窝基站发射天线窄波束方向随波束来跟踪多个期望用户。波束赋形技术的最终目的就是要机取值时列车天线接收宏蜂窝干扰功率的大小。因为仿真结果从信号、干扰和噪声混