基于M精編B的智能天線及仿真

基于M精編B的智能天線及仿真摘要隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，與日俱增的移動用戶數(shù)量和日趨豐富的移動增值服務(wù)，使無線通信的業(yè)務(wù)量迅速增加，無限電波有限的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了通信業(yè)務(wù)需求的增長。另一方面，由于移動通信系統(tǒng)中的同頻干擾和多址干擾的影響嚴(yán)重，更影響了無線電波帶寬的利用率。并且無線環(huán)境的多變性和復(fù)雜性，使信號在無線傳輸過程中產(chǎn)生多徑衰落和損耗。這些因素嚴(yán)重地限制了移動通信系統(tǒng)的容量和性能。因此為了適應(yīng)通信技術(shù)的發(fā)展，迫切需要新技術(shù)的出現(xiàn)來解決這些問題。這樣智能天線技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生。智能天線是近年來移動通信領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一，應(yīng)用智能天線技術(shù)可以很好地解決頻率資源匱乏問鍵技術(shù)研究對于智能天線在移動通信中的應(yīng)用有著重要的理論和實(shí)際意義。天線的波達(dá)方向以及波束形成，闡述了music和capon兩種求來波方向估計的方法，并對這兩種算法進(jìn)行了計算機(jī)仿真和算法性能分析;AbstractWithdevelopmentofmobilecommunicationtechnology，mobileusersandcommunication，incrementserviceareincreasing，thismakewirelessservicesincreasesothatbandwidthofwirelesswaveisunfitfordevelopmentofcommunication，Ontheotherhand，muchseriousCo-ChannelInterruptionandtheMultipleAddressinterruptioneffectutilizerateofwirelesswave’sbandwidthsothetransportedsignalsaredeclinedandweardown，Allthishasstrongbadeffectonthecapacityandperformanceofquestionandbefitforthedevelopmentofcommunication，sosmartantennaariseSmartAntenna，whichisconsideredtobeasolutiontotheproblemoflackingfrequency,becomesahotspotintheMobileCommunicationarea．Withthistechnology,CapacityofMobileCommunicationsystemcanbeincreasedeffectivelyandthequalityofservicecanbeimprovedatthesametime.TostudySmartAntennaanditskeytechnologiesisimportantbothintheoryandinpractice。AlloftheresearchworkofthispaperisbasedontheMATLABsoftwareenvironmentFirstinthispaper，wemakeanintroductionontheappearancebackgroundoftheSmartAntennatechnologyanditsrelativetheoryandconceptInadditionsomeproblemsaboutitsrealizationsuchasmodesofitsrealizationrulesofitsperformance,adaptivealgorithmsareanalyzed.capononthemusicfortwotowavethedirectionoftheestimatedmethod.Inordertodecreasecalculatingtimeandcomplexityofthealgorithm,aruleofmaximumreceivedsignalispresentedNextseveralproblemsaboutrealizationofthealgorithmarediscussedKeyWords:SmartAntenna；MobileCommunication；AdaptivealgorithmectionOfArrivalCyclicMUSICarithmetic論通話質(zhì)量要求的不斷提高，要求移動通信網(wǎng)在要求相對，目前移動隨著移動用戶的增多，頻譜資源日益匾乏；第二，由于號在到達(dá)天線接收端前會經(jīng)歷衰減、衰落和時延擴(kuò)展，另外要矛盾，也是推動移動通信技術(shù)發(fā)展的原動力。必須并提高服務(wù)質(zhì)量。為了解決系統(tǒng)容量問題，第二代數(shù)字蜂窩(TDMA)和碼分多址(CDMA)兩種多址方式;為了提高系統(tǒng)通信質(zhì)泛采用了調(diào)制、信道編碼、均衡(TDMA系統(tǒng))、RAKE接收(CDMA系統(tǒng))在樣本和干擾信號往往具有不同的到達(dá)角(DOA)和空間信號結(jié)構(gòu)，利更應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)基站的智能天線技術(shù)正是充分利用了信項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并越來越受到人們:在國際電聯(lián)2000年3月份的會議上，更是提出要重視在CDMA系統(tǒng)中使00年8月份的會議上正式討論了在CDMA系統(tǒng)中使用智能天線的問SmartAntennaIntelligentAntenna。號處理，早期應(yīng)用集中于雷達(dá)和聲納信號處理領(lǐng)域，七十年而應(yīng)用于民用蜂窩移動通信則是近十兒年的事情。一般而移動通信中的自適應(yīng)天線陣列(這里的移動通信系統(tǒng)主要指數(shù)字?jǐn)?shù)字信號處理技術(shù)產(chǎn)生空間定向波束，使天線的主波束跟蹤有干擾信號的目的。在移動通信的基站中使用具有全向收發(fā)功戶提供一個窄的定向波束，使信號在有限的方向區(qū)域內(nèi)發(fā)送信號發(fā)射功率，降低信號全向發(fā)射帶來的電磁干擾與相互干何由信道復(fù)用和各種調(diào)制技術(shù)所達(dá)到的水平。onMultipleAccess高據(jù)信號的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使窄SDMASpaceDivisionMultipleAccess寫，移動通信中應(yīng)用智信道增容方式。它不同于傳統(tǒng)的頻分多址(FDMA),時分多址TDMACDMA也同地址碼的情況下，仍然可以根據(jù)信號不同的空間傳可以與其他多址方式完全兼容，從而可實(shí)現(xiàn)組合的多SD-CDMA)、空分—時分多址(SD-TDMA)等，這樣可以成倍地ISIInterSymbolInterference通信系統(tǒng)中除噪聲干擾之外最主性噪聲干擾不同，是一種乘性干擾。信道的衰減和時延失真ISI，只要傳輸信道的頻帶是有限的就不可避免地帶來一定的ISI.理想信道的影響表現(xiàn)為各碼元波形持續(xù)時間拖長，從而使相起判決錯誤，當(dāng)這種線性失真嚴(yán)重時，碼間干擾顯得尤為突rence窩移動通信中，同信道干擾主要指使用相同頻率的小區(qū)間的ltipleAccessInterference該點(diǎn)場強(qiáng)保持不變的情況下，此時功率與采用定向天線時所需的輸入功率之比稱為天G。前正處于確立第三代移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之時，國外如歐術(shù)在未來移動通信方案中的地位與作用，己經(jīng)開展了大了一些技術(shù)試驗(yàn)平臺。究，稱之為TSUNAMI(TheTechnologyinSmartantennasforUniversalAdvancedMobileInfrastructure)，德環(huán)形和平面形三種。模型用數(shù)字波束形成方法實(shí)現(xiàn)智能天線，采用ERA集成電路芯片DBF1108完成波束形成，系統(tǒng)評估了識別信號到達(dá)方識別分類算法(MUSIC)，采用的自適應(yīng)算法有歸一化最小均方算法(NLMS)BER?，F(xiàn)場測試結(jié)果表明，圓形和平面形天線適用于室內(nèi)通信環(huán)境，而市區(qū)環(huán)境則采用簡單的直線陣更合適。ATR研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局面方陣，工作頻率為.陣元接收信號先經(jīng)過模數(shù)變換，然后進(jìn)行整塊電路板大小為*(CM)。野外移動試系統(tǒng)性能的主要因素(如噪聲、同信道干擾或符號間干束道干擾是主要因素時則使用多波束恒模算法:而要抵消符號間干大似然連續(xù)估計算法(MLSE)，以此提供算法分集。3.美國世界領(lǐng)先地位，并且許多電信設(shè)備生產(chǎn)商紛紛代表性的是愛瑞通信公司(ArrayComm)，它是一家擁有成熟的自通信技術(shù)公司，在這一領(lǐng)域擁有多項(xiàng)專利技術(shù)，居世界領(lǐng)先戶提供高質(zhì)量的無線寬帶(WirelessBandwidth)服務(wù)。這一技術(shù)支GIMTWCDMACDMA00,TD-SCDMA)，在容量、數(shù)SDMA驗(yàn)環(huán)境，并著手理論研究以及McMasterI天線，并進(jìn)行了恒模(CMAConstantModuleWLI線系統(tǒng)，信威公司的智能天線采用8陣元環(huán)形自適應(yīng)陣MHz0ms，接收機(jī)靈敏度最大可提高dB環(huán)路中，并對用戶位置、移動速率有一定的要求。學(xué)、西安電子科技郵電大學(xué)、電信科學(xué)技術(shù)研究院等相繼開展了智能天線的理論企業(yè)如大唐電信、華為、中興科技等也投入了很多的人力物力了大量的人力物力對該技術(shù)進(jìn)行術(shù)試驗(yàn)平臺，并且在一定的條件下(從目前情況來看，智能天線正逐步應(yīng)用在固定無線接入系統(tǒng)中，即用戶固定無線傳播環(huán)境不斷變化的情況)實(shí)現(xiàn)了智能天線技術(shù)，驗(yàn)證了智能，并提出了一些智能天線的性能度量準(zhǔn)則和G題，如：智能天線的校準(zhǔn)、智能關(guān)；MATLAB方向估計以及天線陣的波束形成進(jìn)線移動通信系統(tǒng)中的智能天線是一種具有上行接收和，它能夠有效提高天線系統(tǒng)的可靠性與靈活性，增加通信系將對這一技術(shù)展開研究，前半部分介紹智能天線系統(tǒng)原理及線的應(yīng)用環(huán)境、信道模型、工作原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用;后半部分主要型移動通信系統(tǒng)都有著復(fù)雜的電磁波傳播環(huán)境，從某種意義上說，智能天線的工作原理可以理解為根據(jù)用戶信號的不同空間傳播方向調(diào)節(jié)用戶信道參數(shù)，從而減少干擾對系統(tǒng)的影響。因此，了解移動通信的環(huán)境以及復(fù)雜移動通信環(huán)境所引起的干擾，建立可以有效而精確地預(yù)測無線系統(tǒng)的信道模型，對于智能天線技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)有著十分重要的意義。波傳輸?shù)牟焕绊?。影響移動通信中信號傳輸?shù)闹饕蛩赜?通信信道的特點(diǎn)、電磁波傳播方式、傳輸損耗及傳輸效應(yīng)，下面分別予以介紹。點(diǎn)2)接收地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性，有城市中心繁華區(qū)近郊小城鎮(zhèn)農(nóng)村及遠(yuǎn)郊區(qū)。2.電磁波是無線信號傳輸?shù)慕橘|(zhì)，移動通信下的電磁波傳播方式有:。。筑物繞射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號，其強(qiáng)度與3.電磁波在傳輸過程中是有損的，移動通信電磁波傳輸可能會有下面三種不同的損耗:它反映了傳播在是由于電磁波在傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰生的損耗。它反應(yīng)了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，它反應(yīng)微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長。動性，移動用戶與基站間的距離也是隨機(jī)地變么到達(dá)基站的信號強(qiáng)弱不同，離基站近信號強(qiáng)，離基性則進(jìn)一步加重，出現(xiàn)前者更前，弱者更弱和以強(qiáng)壓弱的復(fù)雜的環(huán)境中，在智能天線的算法設(shè)計和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無線移動通信的空間信道，指將信號分配單元輸出端到信號組合單元輸入端之間的部估計是智能天線技術(shù)的基礎(chǔ)，無論是算法描述還是算法的性能分析以及仿真都必須依賴這一基石。而且，根據(jù)無線傳播理論和對各種通信環(huán)境的實(shí)際測量建立合理的無線移動信道準(zhǔn)則自動地調(diào)節(jié)天線陣元的幅度和和發(fā)射。從空間響應(yīng)來看，智能天線是一個空間濾波器，它本原理。假設(shè)滿足天線傳輸窄帶條件，即某一在各天線單元的響應(yīng)輸出只有相位差異而沒有幅度變化，這些相位差異由入射信面波(只有一個入射方向)，則這由載波波長、入射角度、天線位置分布唯一確定。給定一組加權(quán)值，一定的入射作原理可用下圖說明:α…W1…Xy…N自α方向入射，陣元間距為d，接收信號功率為P，以第1個W值的變化而變化，它不同于全向(omni-)天線(directional)天線的方向圖，即有主瓣(mainlobe).sidelobe能天線通常有較窄的主瓣，較靈活的主，副瓣大無線術(shù)語，天線的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是最強(qiáng)大力向的增益定天線的最大區(qū)別是：不同的權(quán)值對應(yīng)著不同的力向變而動態(tài)變化的，智能天線正是通過自適應(yīng)調(diào)整權(quán)采樣的天線陣;對各陣元輸出進(jìn)行加權(quán)權(quán)值的控制部分，其基本結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。環(huán)境，本文的討論都是以直線陣為例。天線陣元數(shù)一般取4到數(shù)越多，系統(tǒng)增益也就越高；但另一方面陣元數(shù)的增加會使射頻本上升過大，所以智能天線的天線數(shù)不能過大。陣元間距一果陣元間距過大，接收信號的彼此相關(guān)程度會降低;間距過小，會必要的柵瓣(有較大甚至和主瓣高度相同的旁瓣)。分主要完成數(shù)模轉(zhuǎn)換和天線方向圖的自適應(yīng)調(diào)整。每個天線陣陣元上ADCUAC收到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將待發(fā)射的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信擬信號和數(shù)字信號的相互轉(zhuǎn)換。所有收發(fā)數(shù)字信號都通過一組高速數(shù)字總線和號處理器連接。天線方向圖的調(diào)整是根據(jù)控制部分得到的權(quán)值調(diào)節(jié)天線輸出來算法，選擇或計算權(quán)值。。括如下:。優(yōu)勢；移動通信系統(tǒng)依據(jù)多址方式和實(shí)現(xiàn)方法的不同可以分為不同的類別，智信系統(tǒng)中的應(yīng)用情況又是怎么樣呢?這一節(jié)里主要介紹這兩個方面用的強(qiáng)大優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個面:化，信號瞬時值及延遲失真的變化非常迅速，且不規(guī)則，造成信號衰落。采用大。如果采用智能天線控制接收方向，天線自適應(yīng)地構(gòu)成波束的方向性，使得小，從而可以大大減小信號衰落的影響。。電波通過不同路徑到達(dá)接收天線，其方向角各不多副指向不同的自適應(yīng)接收天線，將這些分量隔離開，然后再合成處理，即可替現(xiàn)有FDMA和TDMA基站的天線。與傳統(tǒng)天線用于CDMA基站，可減少移動臺對基站的干擾，改善系統(tǒng)性能?？垢蓴_應(yīng)用的實(shí)質(zhì)是空間域?yàn)V波。智能天線波束具有方向性，可區(qū)別不同入射角的無線電波，可調(diào)整控制天線陣單元的激勵“權(quán)值”，其調(diào)整方式與具有時域?yàn)V波特性的自適應(yīng)均衡器類似，可以自適應(yīng)電波為了滿足移動通信業(yè)務(wù)的巨大需求，應(yīng)盡量擴(kuò)大現(xiàn)有基站容量和覆蓋范圍。要盡量減可按需分配信道，保證呼叫阻塞嚴(yán)重的地區(qū)獲得較多信道資源，等效于增加了此類地區(qū)的動通信中，如果基站采用智能天線陣，一旦收到信號，即對每個天線元所連接收響應(yīng)作相應(yīng)處理，獲得該信號的空間特征矢量及矩陣，由此獲得信號的功率估值向，即用戶終端的方位。通過此方法，用兩個基站就可將用戶終端定位到一個較MATLAB向研究以及波束形成MATLAB是一種交互式的、以矩陣為基礎(chǔ)的軟件開發(fā)環(huán)境,它用于科學(xué)和工程的計算與MATLAB程功能簡單,并且很容易擴(kuò)展和創(chuàng)造新的命令與函數(shù)。應(yīng)用MATLAB數(shù)值計算問題。MATLAB具有強(qiáng)大的Simulink動態(tài)仿真環(huán)境,可以實(shí)現(xiàn)工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。Simulink支持連續(xù)、離散及兩者混合的統(tǒng),也支持多種采樣速率的多速率系統(tǒng)；Simulink為用戶提供了用方框圖用戶可以在MATLAB和Simulink兩種環(huán)境下對自己的模型進(jìn)行仿真、分析和MATLAB信領(lǐng)域中計算、研究模擬發(fā)展、系統(tǒng)設(shè)MATLAB是MathWorks公司開發(fā)的一種跨平臺的,用于矩陣數(shù)值計算的簡單高效的數(shù)學(xué)B句更力日接近數(shù)學(xué)描述,可讀性好,其強(qiáng)大的圖形功能和可視化數(shù)MATLAB常規(guī)計算機(jī)編程的繁瑣，讓人們能夠?qū)⒋蟛糠志ν妒走x的共同語言。在國內(nèi)外許多著名學(xué)術(shù)期刊上登統(tǒng)上安裝了MATLAB平臺)。MATLAB程序不依賴于計算機(jī)類專業(yè)數(shù)學(xué)家和工程學(xué)者多年的勞動結(jié)晶。使用MATLAB和語言。這使得MATLAB成為了進(jìn)行科學(xué)研究和數(shù)值計、以非常直觀地表現(xiàn)抽象的數(shù)值結(jié)果。這也是MATLAB廣為流行的重要原因之一。物仿真的夢想得以輕語言，當(dāng)然如果對執(zhí)行效率有特別要求，可以采用C語言編射電有力的更多的信號能量，若天線在空間足夠分離或極化各異，則多收，并抑制多徑傳輸引起的衰落。這些好處可以擴(kuò)大基站的加區(qū)別地接收,降低了通信質(zhì)量。定點(diǎn)元多移動用戶的公眾通信網(wǎng)基站和變的天線(智能天線),可以使移動通信的通信質(zhì)量是合適的。在距離通信源足夠視為平面波。對于等距離直線陣天線,由于調(diào)制在載波上于天線陣列的尺寸,因此多個天線陣元上的信號的?？驁D。天線接收的元線電信號中有許多成分,其中有我們關(guān)心號和Y中的S成分具有最大輸出。用S信號作為基準(zhǔn)信號,反饋控波束形狀,達(dá)到對有用信號進(jìn)行提升和對無用信號進(jìn)行抑達(dá)為UUww0P=1AH(0)R-1A(0) V=[vv…v]nn+1n+2M(v是R相應(yīng)的噪聲特征矢量)nUUnAH(0)A(0)(0)n1A(0) 線形天線陣的波達(dá)方向估計q=1*pi/4;q2=pi/3;q3=pi/6;q4=3*pi/4;陣元的間距中心波長入信號的方向qlmadcosqlmadcosqlmadcosqlman;v%四信號的頻率v;v;v;d=[*(v1*n);1*sin(v2*n);1*sin(v3*n);1*sin(v4*n)];%輸入信號矢量U=A*d;ccovUU);Vns:7]);ipipiAla=[exp(-2*pi*j*1*[]入信號入信號的協(xié)方差矩陣方差矩陣的特征矢量與零特征值對應(yīng)的特征矢量Tnqlan;Pabs(Pmusic);PabsPcap);TPT1=T*180/pi;PgridTPT1=T*180/pi;繪出應(yīng)用MUSIC法估計的波達(dá)方向圖繪出應(yīng)用MUSIC法估計的波達(dá)方向圖繪出應(yīng)用Capon法估計的波達(dá)方向圖繪出應(yīng)用Capon法估計的波達(dá)方向圖(3—9)(3—9)三kkkkkkKkA=[A,A,...,A]HKK1K2MX=[x(n),x(n),...,x(n),]H(n)01n一1k12NM 為了求得多個信號到達(dá)的方向(波達(dá)方向)，可以采用上述的Capon、MUSIC兩方程組(3—10)描述了上述需求的約束條件(四個信號輸入中，第一個信號是我們關(guān)心的，其余的信號是需要抑制的)。X1M1代入式(3—9)可以得到陣列輸出的方向特性。由上面分析的多組用戶自適應(yīng)抑制干擾的波束形成的建模方案以及等距離圓線