阵列信号处理 ARRAY.ppt

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1、通信信号处理阵列信号处理January19,2005SchoolofCommunicationandInformationEngineering总述概述阵列的基本知识（阵列流形）波束形成文献分析什么是阵列信号处理阵列信号处理：将一组传感器在空间的不同位置按一定的规则布置形成的传感器阵列，用传感器阵列发射能量和接收空间信号，获得信号源的观测数据并加以处理。为什么要进行阵列信号处理阵列信号处理的目的：从这些观测数据中提取信号场的有用特征，获取信号源的属性等信息。改善蜂窝和个人通信服务系统质量、覆盖范围和容量的强有力的工具。研究兴趣：将接收天线阵列用于反向连

2、接（客户到基站）来看两个阵列在天线方面的应用智能天线阵分布多天线阵智能天线阵分布多天线阵阵列信号处理的系统分类有源系统具有发射传感器阵的系统无源系统不具有发射传感器阵的系统超分辨在传感器阵列的物理孔径一定的条件下，通过信号处理，获得比常规的波束形成器处理方法高得多的空间分辨率。自适应如何能在复杂的干扰背景下最优地检测信号。阵列信号处理主要研究什么平面波与阵列天线应具有方向性——定向发射和接收采用阵列天线——易于控制波束阵列处理的对象——空间信号自适应天线天线同时形成多个波束波束的指向可以控制发射和接收的波束指向对应的用户阵列天线在空间分开布置一系列的阵

3、元对接收到的信号进行加权组合改变权值，使波束形状随之变化智能天线技术波束成形天线单元之间的间距小于半个波长发射机和接收机必须预知方向在蜂窝系统中通过形成的，窄波束减少干扰从而增加复用系数，增加系统容量通过天线增益，降低发射功率通过空间滤波抑制可分离的空间干扰，抑制时延扩展、减少瑞利衰落，对于衰落没有分集增益。阵列流形（１）信号的载波为以平面波形式在空间沿波数向量Ｋ的方向传播基准点处的信号为则距离基准点r处的阵元接收的信号为延迟时间滞后相位阵列流形（２）阵列信号总是变换到基带再进行处理的将阵列信号用向量形式表示方向向量方向向量与空间角向量有关，记作：阵列

4、流形（３）当有多个信源时，到达波的方向向量分别用　　　表示，i=1,2,3,…..p阵列的方向矩阵（表示信源的方向）为阵列流形阵列流形A与频率相关，代表了相对空间结构，有助于方向向量的确定。移动通信系统面临的问题频谱资源紧张、远近效应、共信道干扰、多径衰落、越区切换以及移动台电池容量问题带来的功率受限等。波束形成波束形成——从传感器阵列重构源信号实现方式：增加期望信源的贡献来实现通过抑制干扰源来实现——阵列信号处理在统计数学模型基础上的具体问题波束形成的实质从信号处理角度看，波束形成实质上是一个多输入多输出(MIMO)问题。简单地说，波束形成就是将天线

5、阵列上接收到的信号变换到基带，然后进行相应的空间谱处理，获得该信号的空间特征矢量和矩阵以及信号的功率估值和DOA估值。在此基础上，依据一定的准则，计算信号在各个天线阵元的加权矢量，生成多个高增益的动态窄波束来跟踪多个期望用户。一种空间滤波方法波束形成的目的目的是从信号、干扰和噪声混在一起的输人信号中提取期望信号。在接收模式下，使得来自窄波束之外的信号被抑制，而在发射模式下，能使期望用户接收的信号功率最大，同时使窄波束范围以外的非期望用户受到的干扰最小。波束形成的优点在智能天线中，波束形成是关键技术之一，是提高信噪比、增加用户容量的保证，能够成倍地提高通

6、信系统的容量，有效地抑制各种干扰，并改善通信质量。波束形成问题研究的方法经典方法：需要观测方向的知识（期望信源的方向）盲方法：没有期望信源方向信息的情况下恢复信源波束形成的最佳权向量波束形成技术的基本思想：通过将各阵元输出进行加权求和，在一时间内将天线阵列波束“导向”到一个方向上，对期望信号得到最大输出功率的导向位置即给出波达方向估计。盲波束形成早期的盲波束形成技术依赖方向估计方向估计分为参数化方法和非参数化方法两大类非参数化方法是基于谱的方法——以空间角为自变量分析到达波的空间分布（空间谱）多天线系统的信道容量（1）全向单天线系统：在收、发两个全向天

7、线之间只存在一条信道，这时的容量由香农公式得到：其中：SNRomni——接收机入口处的信噪比C——信道容量：bpsB——接收机带宽：Hz波束成形天线示意图发送波束成形接收波束成形天线阵的各个单元间距小于/2多天线系统的信道容量（2）波束成形天线系统：将发射功率相等的分配到M个全向发射天线上，M个全向收、发天线采用相位波束成形技术，则信道容量为：MIMO天线系统示意图独立信道天线阵天线阵2多天线系统的信道容量（3）如果发射功率分散到M个独立的信道中，并且各个信道具有相同的路径损耗，则信道容量为：多天线系统的信道容量比较传输环境对天线系统的影响空间复用利

8、用空间散射信道，在各个收发天线对之间形成多路独立的传输信道。传输相同数据可以提高传输可靠性传输