對智能天線介紹

對智能天線介紹第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/32智能天線技術(shù)引言智能天線的形式智能天線的結(jié)構(gòu)智能天線的信號模型智能天線的賦形智能天線在3G中的應(yīng)用智能天線的現(xiàn)狀及展望第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/33引言智能天線的基本思想；空分多址的概念；智能天線和自適應(yīng)天線的區(qū)別。第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/34智能天線的基本思想天線以多個(gè)高增益窄帶波束動態(tài)地跟蹤多個(gè)期望用戶；接收模式下，來自窄帶波束以外地信號被抑制；發(fā)射模式下，能使期望用戶接收的信號功率最大，同時(shí)使窄帶波束照射范圍以外的非期望用戶受到的干擾最小；第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/35

第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/36空分多址的概念與傳統(tǒng)的頻分多址（FDMA）、十分多址（TDMA）和碼分多址不同，智能天線引入空分多址（SDMA），利用用戶空間位置的不同來區(qū)分不同用戶；在相同時(shí)隙，相同頻率或相同地址碼的情況下，仍然可以根據(jù)信號不同的傳播路徑來區(qū)分；第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/37空分多址的概念SDMA是一種信道增容方式，與其他多址方式完全兼容，從而可實(shí)現(xiàn)組合的多址方式，例如空時(shí)－碼分多址（SD-CDMA）；智能天線與傳統(tǒng)天線在概念上的區(qū)別，智能天線理論支撐是信號統(tǒng)計(jì)檢測與估計(jì)理論，信號處理及最優(yōu)控制理論，其技術(shù)基礎(chǔ)是自適應(yīng)天線和高分辨陣列信號處理。第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/38智能天線和自適應(yīng)天線的不同智能天線以自適應(yīng)天線為基礎(chǔ)的新一代天線系統(tǒng)，其目標(biāo)是通過抑制干擾和對抗衰落來增加系統(tǒng)容量，進(jìn)而提高頻譜利用率，不僅涉及智能接收，還包括智能發(fā)射；智能天線與自適應(yīng)天線有著本質(zhì)的區(qū)別，后者只能對功率方向圖進(jìn)行調(diào)整，而前者還可以獨(dú)立的對信道方向圖進(jìn)行調(diào)整。智能天線的最大魅力在于，它可以利用信號方向的不同，將不同信號分開，從而對傳統(tǒng)信道空分復(fù)用，增加系統(tǒng)容量。第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/39智能天線的形式根據(jù)工作方式的不同：欲多波束或切換波束系統(tǒng)；自適應(yīng)陣列系統(tǒng)；根據(jù)波束形成的不同：陣元空間處理方式；波束空間處理方式；第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/310切換波束系統(tǒng)

第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/311自適應(yīng)陣列系統(tǒng)

第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/312陣元空間處理方式陣元空間處理方式直接對各陣元按接收信號采樣進(jìn)行加權(quán)求和處理后，形成陣列輸出，使陣列方向圖主瓣對準(zhǔn)用戶信號到達(dá)方向。由于各種陣元均參與自適應(yīng)加權(quán)調(diào)整，這種方式屬于全自適應(yīng)陣列處理。第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/313波束空間處理方式包含兩級處理過程，第一級對各陣元信號進(jìn)行固定加權(quán)求和，形成多個(gè)指向不同方向的波束；第二級對第一級的波束輸出進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)調(diào)整后合成得到陣列輸出，此方案不是對全部陣元是從整天計(jì)算最優(yōu)的加權(quán)系數(shù)作自適應(yīng)處理，而是僅對其中的部分陣元作自適應(yīng)處理，因此，屬于部分自適應(yīng)陣列處理；計(jì)算量小，收斂快，且具有良好的波束保形性能，是當(dāng)前自適應(yīng)陣列處理技術(shù)的發(fā)展方向。第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/314智能天線的結(jié)構(gòu)典型陣列；結(jié)構(gòu)原理；系統(tǒng)組成。第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/315典型陣列均勻線陣；隨機(jī)分步線陣；十字陣；圓陣；面陣，等。第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/316結(jié)構(gòu)原理圖

第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/317智能天線的系統(tǒng)組成天線陣列：天線陣元數(shù)量與天線陣元的配置方式，對智能天線的性能有著重要的影響；模數(shù)轉(zhuǎn)換：接收鏈路：模擬信號→數(shù)字信號發(fā)射鏈路：數(shù)字信號→模擬信號智能處理：天線波束在一定范圍內(nèi)能根據(jù)用戶的需要和天線傳播環(huán)境的變化而自適應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整，包括：以數(shù)字信號處理器和自適應(yīng)算法為核心的自適應(yīng)數(shù)字信號處理器，用來產(chǎn)生自適應(yīng)的最優(yōu)權(quán)值系數(shù)：以動態(tài)自適應(yīng)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成自適應(yīng)波束形成網(wǎng)絡(luò)第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/318智能天線的信號模型

第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/319智能天線的信號模型

在多用戶情況下，K：系統(tǒng)中的用戶數(shù)；M：天線陣元個(gè)數(shù)；則在頻率選擇性衰落情況下，接收到的第k個(gè)用戶的信號矢量為：（其中Lk表示第k個(gè)用戶的多徑數(shù)，表示第k個(gè)用戶第l徑的復(fù)信道增益）則在平坦衰落情況下，接收到的第k個(gè)用戶的信號矢量為：第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/320智能天線的賦形波束形成技術(shù)：使陣列天線方向圖的主瓣指向所需的方向，提高陣列輸出所需信號的強(qiáng)度；零點(diǎn)技術(shù)：使陣列天線方向圖的零點(diǎn)對準(zhǔn)干擾方向，減少干擾信號的強(qiáng)度；空間譜估計(jì)技術(shù)：處理帶寬內(nèi)信號的到達(dá)方向DOA（DirectionofArrival）的問題；第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/321

第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/322智能天線的常用準(zhǔn)則最大信干噪比準(zhǔn)則：最佳加權(quán)使得陣列輸出信號的信號干擾噪聲比最大；最小均方誤差準(zhǔn)則：最佳加權(quán)使得陣列輸出和有用信號的均方誤差最??；最小方差準(zhǔn)則：最佳加權(quán)使得陣列輸出噪聲的方差最??；最大似然準(zhǔn)則：經(jīng)過空時(shí)加權(quán)后的估計(jì)信號與期望信號有最大可能的相似；第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/323智能天線在3G中的應(yīng)用歐洲歐洲通信委員會(CEC)在RACE(ResearchintoAdvancedCommunicationinEurope)計(jì)劃中實(shí)施了第一階段智能天線技術(shù)研究，1995年初開始現(xiàn)場試驗(yàn)。天線由八個(gè)陣元組成，射頻工作頻率為1.89GHz，陣元間距可調(diào)，陣元分布分別有直線型、圓環(huán)型和平面型三種形式。

日本ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長的16陣元平面方陣，射頻工作頻率是1.545GHz。

中國ArrayComm公司和中國郵電電信科學(xué)研究院信威公司研制出應(yīng)用于無線本地環(huán)路(WLL)智能天線系統(tǒng)。中國的TD-SCDMA是3G中比較明確使用智能天線的方案第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日2023/2/324智能天線的發(fā)展?fàn)顩r我國已將智能天線技術(shù)列入國家863-317通信技術(shù)主課題研究中的個(gè)人通信技術(shù)分項(xiàng)；我國的第三代移動通信系統(tǒng)基于同步碼分多址技術(shù)，廣泛采用了智能天線和軟件無線電技術(shù)作為系統(tǒng)根基的SCDMA-WLL的現(xiàn)場運(yùn)行結(jié)果，足以證明基于TD-SCDMA技術(shù)的第三代移動通信系統(tǒng)是可行和成熟的美