基于M精编B的智能天线及仿真

基于M精编B的智能天线及仿真摘要随着移动通信技术的发展，与日俱增的移动用户数量和日趋丰富的移动增值服务，使无线通信的业务量迅速增加，无限电波有限的带宽远远满足不了通信业务需求的增长。另一方面，由于移动通信系统中的同频干扰和多址干扰的影响严重，更影响了无线电波带宽的利用率。并且无线环境的多变性和复杂性，使信号在无线传输过程中产生多径衰落和损耗。这些因素严重地限制了移动通信系统的容量和性能。因此为了适应通信技术的发展，迫切需要新技术的出现来解决这些问题。这样智能天线技术就应运而生。智能天线是近年来移动通信领域中的研究热点之一，应用智能天线技术可以很好地解决频率资源匮乏问键技术研究对于智能天线在移动通信中的应用有着重要的理论和实际意义。天线的波达方向以及波束形成，阐述了music和capon两种求来波方向估计的方法，并对这两种算法进行了计算机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论通话质量要求的不断提高，要求移动通信网在要求相对，目前移动随着移动用户的增多，频谱资源日益匾乏；第二，由于号在到达天线接收端前会经历衰减、衰落和时延扩展，另外要矛盾，也是推动移动通信技术发展的原动力。必须并提高服务质量。为了解决系统容量问题，第二代数字蜂窝(TDMA)和码分多址(CDMA)两种多址方式;为了提高系统通信质泛采用了调制、信道编码、均衡(TDMA系统)、RAKE接收(CDMA系统)在样本和干扰信号往往具有不同的到达角(DOA)和空间信号结构，利更应用于无线通信系统基站的智能天线技术正是充分利用了信项关键技术，并越来越受到人们:在国际电联2000年3月份的会议上，更是提出要重视在CDMA系统中使00年8月份的会议上正式讨论了在CDMA系统中使用智能天线的问SmartAntennaIntelligentAntenna。号处理，早期应用集中于雷达和声纳信号处理领域，七十年而应用于民用蜂窝移动通信则是近十儿年的事情。一般而移动通信中的自适应天线阵列(这里的移动通信系统主要指数字数字信号处理技术产生空间定向波束，使天线的主波束跟踪有干扰信号的目的。在移动通信的基站中使用具有全向收发功户提供一个窄的定向波束，使信号在有限的方向区域内发送信号发射功率，降低信号全向发射带来的电磁干扰与相互干何由信道复用和各种调制技术所达到的水平。onMultipleAccess高据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使窄SDMASpaceDivisionMultipleAccess写，移动通信中应用智信道增容方式。它不同于传统的频分多址(FDMA),时分多址TDMACDMA也同地址码的情况下，仍然可以根据信号不同的空间传可以与其他多址方式完全兼容，从而可实现组合的多SD-CDMA)、空分—时分多址(SD-TDMA)等，这样可以成倍地ISIInterSymbolInterference通信系统中除噪声干扰之外最主性噪声干扰不同，是一种乘性干扰。信道的衰减和时延失真ISI，只要传输信道的频带是有限的就不可避免地带来一定的ISI.理想信道的影响表现为各码元波形持续时间拖长，从而使相起判决错误，当这种线性失真严重时，码间干扰显得尤为突rence窝移动通信中，同信道干扰主要指使用相同频率的小区间的ltipleAccessInterference该点场强保持不变的情况下，此时功率与采用定向天线时所需的输入功率之比称为天G。前正处于确立第三代移动通信技术标准之时，国外如欧术在未来移动通信方案中的地位与作用，己经开展了大了一些技术试验平台。究，称之为TSUNAMI(TheTechnologyinSmartantennasforUniversalAdvancedMobileInfrastructure)，德环形和平面形三种。模型用数字波束形成方法实现智能天线，采用ERA集成电路芯片DBF1108完成波束形成，系统评估了识别信号到达方识别分类算法(MUSIC)，采用的自适应算法有归一化最小均方算法(NLMS)BER。现场测试结果表明，圆形和平面形天线适用于室内通信环境，而市区环境则采用简单的直线阵更合适。ATR研究所研制了基于波束空间处理方式的多波束智能天线。天线阵元布局面方阵，工作频率为.阵元接收信号先经过模数变换，然后进行整块电路板大小为*(CM)。野外移动试系统性能的主要因素(如噪声、同信道干扰或符号间干束道干扰是主要因素时则使用多波束恒模算法:而要抵消符号间干大似然连续估计算法(MLSE)，以此提供算法分集。3.美国世界领先地位，并且许多电信设备生产商纷纷代表性的是爱瑞通信公司(ArrayComm)，它是一家拥有成熟的自通信技术公司，在这一领域拥有多项专利技术，居世界领先户提供高质量的无线宽带(WirelessBandwidth)服务。这一技术支GIMTWCDMACDMA00,TD-SCDMA)，在容量、数SDMA验环境，并着手理论研究以及McMasterI天线，并进行了恒模(CMAConstantModuleWLI线系统，信威公司的智能天线采用8阵元环形自适应阵MHz0ms，接收机灵敏度最大可提高dB环路中，并对用户位置、移动速率有一定的要求。学、西安电子科技邮电大学、电信科学技术研究院等相继开展了智能天线的理论企业如大唐电信、华为、中兴科技等也投入了很多的人力物力了大量的人力物力对该技术进行术试验平台，并且在一定的条件下(从目前情况来看，智能天线正逐步应用在固定无线接入系统中，即用户固定无线传播环境不断变化的情况)实现了智能天线技术，验证了智能，并提出了一些智能天线的性能度量准则和G题，如：智能天线的校准、智能关；MATLAB方向估计以及天线阵的波束形成进线移动通信系统中的智能天线是一种具有上行接收和，它能够有效提高天线系统的可靠性与灵活性，增加通信系将对这一技术展开研究，前半部分介绍智能天线系统原理及线的应用环境、信道模型、工作原理、结构、应用;后半部分主要型移动通信系统都有着复杂的电磁波传播环境，从某种意义上说，智能天线的工作原理可以理解为根据用户信号的不同空间传播方向调节用户信道参数，从而减少干扰对系统的影响。因此，了解移动通信的环境以及复杂移动通信环境所引起的干扰，建立可以有效而精确地预测无线系统的信道模型，对于智能天线技术的研究和实现有着十分重要的意义。波传输的不利影响。影响移动通信中信号传输的主要因素有:通信信道的特点、电磁波传播方式、传输损耗及传输效应，下面分别予以介绍。点2)接收地理环境的复杂性与多样性，有城市中心繁华区近郊小城镇农村及远郊区。2.电磁波是无线信号传输的介质，移动通信下的电磁波传播方式有:。。筑物绕射后到达接收点的传播信号，其强度与3.电磁波在传输过程中是有损的，移动通信电磁波传输可能会有下面三种不同的损耗:它反映了传播在是由于电磁波在传播路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴生的损耗。它反应了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损由于多径传播而产生的衰落，它反应微观小范围内数十波长。动性，移动用户与基站间的距离也是随机地变么到达基站的信号强弱不同，离基站近信号强，离基性则进一步加重，出现前者更前，弱者更弱和以强压弱的复杂的环境中，在智能天线的算法设计和系统实现无线移动通信的空间信道，指将信号分配单元输出端到信号组合单元输入端之间的部估计是智能天线技术的基础，无论是算法描述还是算法的性能分析以及仿真都必须依赖这一基石。而且，根据无线传播理论和对各种通信环境的实际测量建立合理的无线移动信道准则自动地调节天线阵元的幅度和和发射。从空间响应来看，智能天线是一个空间滤波器，它本原理。假设满足天线传输窄带条件，即某一在各天线单元的响应输出只有相位差异而没有幅度变化，这些相位差异由入射信面波(只有一个入射方向)，则这由载波波长、入射角度、天线位置分布唯一确定。给定一组加权值，一定的入射作原理可用下图说明:α…W1…Xy…N自α方向入射，阵元间距为d，接收信号功率为P，以第1个W值的变化而变化，它不同于全向(omni-)天线(directional)天线的方向图，即有主瓣(mainlobe).sidelobe能天线通常有较窄的主瓣，较灵活的主，副瓣大无线术语，天线的一项重要指标，是最强大力向的增益定天线的最大区别是：不同的权值对应着不同的力向变而动态变化的，智能天线正是通过自适应调整权采样的天线阵;对各阵元输出进行加权权值的控制部分，其基本结构如图2-3所示。环境，本文的讨论都是以直线阵为例。天线阵元数一般取4到数越多，系统增益也就越高；但另一方面阵元数的增加会使射频本上升过大，所以智能天线的天线数不能过大。阵元间距一果阵元间距过大，接收信号的彼此相关程度会降低;间距过小，会必要的栅瓣(有较大甚至和主瓣高度相同的旁瓣)。分主要完成数模转换和天线方向图的自适应调整。每个天线阵阵元上ADCUAC收到的模拟信号转换为数字信号，将待发射的数字信号转换为模拟信拟信号和数字信号的相互转换。所有收发数字信号都通过一组高速数字总线和号处理器连接。天线方向图的调整是根据控制部分得到的权值调节天线输出来算法，选择或计算权值。。括如下:。优势；移动通信系统依据多址方式和实现方法的不同可以分为不同的类别，智信系统中的应用情况又是怎么样呢?这一节里主要介绍这两个方面用的强大优势主要表现在以下几个面:化，信号瞬时值及延迟失真的变化非常迅速，且不规则，造成信号衰落。采用大。如果采用智能天线控制接收方向，天线自适应地构成波束的方向性，使得小，从而可以大大减小信号衰落的影响。。电波通过不同路径到达接收天线，其方向角各不多副指向不同的自适应接收天线，将这些分量隔离开，然后再合成处理，即可替现有FDMA和TDMA基站的天线。与传统天线用于CDMA基站，可减少移动台对基站的干扰，改善系统性能。抗干扰应用的实质是空间域滤波。智能天线波束具有方向性，可区别不同入射角的无线电波，可调整控制天线阵单元的激励“权值”，其调整方式与具有时域滤波特性的自适应均衡器类似，可以自适应电波为了满足移动通信业务的巨大需求，应尽量扩大现有基站容量和覆盖范围。要尽量减可按需分配信道，保证呼叫阻塞严重的地区获得较多信道资源，等效于增加了此类地区的动通信中，如果基站采用智能天线阵，一旦收到信号，即对每个天线元所连接收响应作相应处理，获得该信号的空间特征矢量及矩阵，由此获得信号的功率估值向，即用户终端的方位。通过此方法，用两个基站就可将用户终端定位到一个较MATLAB向研究以及波束形成MATLAB是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境,它用于科学和工程的计算与MATLAB程功能简单,并且很容易扩展和创造新的命令与函数。应用MATLAB数值计算问题。MATLAB具有强大的Simulink动态仿真环境,可以实现工作环境间文件互用和数据交换。Simulink支持连续、离散及两者混合的统,也支持多种采样速率的多速率系统；Simulink为用户提供了用方框图用户可以在MATLAB和Simulink两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和MATLAB信领域中计算、研究模拟发展、系统设MATLAB是MathWorks公司开发的一种跨平台的,用于矩阵数值计算的简单高效的数学B句更力日接近数学描述,可读性好,其强大的图形功能和可视化数MATLAB常规计算机编程的繁琐，让人们能够将大部分精力投首选的共同语言。在国内外许多着名学术期刊上登统上安装了MATLAB平台)。MATLAB程序不依赖于计算机类专业数学家和工程学者多年的劳动结晶。使用MATLAB和语言。这使得MATLAB成为了进行科学研究和数值计、以非常直观地表现抽象的数值结果。这也是MATLAB广为流行的重要原因之一。物仿真的梦想得以轻语言，当然如果对执行效率有特别要求，可以采用C语言编射电有力的更多的信号能量，若天线在空间足够分离或极化各异，则多收，并抑制多径传输引起的衰落。这些好处可以扩大基站的加区别地接收,降低了通信质量。定点元多移动用户的公众通信网基站和变的天线(智能天线),可以使移动通信的通信质量是合适的。在距离通信源足够视为平面波。对于等距离直线阵天线,由于调制在载波上于天线阵列的尺寸,因此多个天线阵元上的信号的。框图。天线接收的元线电信号中有许多成分,其中有我们关心号和Y中的S成分具有最大输出。用S信号作为基准信号,反馈控波束形状,达到对有用信号进行提升和对无用信号进行抑达为UUww0P=1AH(0)R-1A(0) V=[vv…v]nn+1n+2M(v是R相应的噪声特征矢量)nUUnAH(0)A(0)(0)n1A(0) 线形天线阵的波达方向估计q=1*pi/4;q2=pi/3;q3=pi/6;q4=3*pi/4;阵元的间距中心波长入信号的方向qlmadcosqlmadcosqlmadcosqlman;v%四信号的频率v;v;v;d=[*(v1*n);1*sin(v2*n);1*sin(v3*n);1*sin(v4*n)];%输入信号矢量U=A*d;ccovUU);Vns:7]);ipipiAla=[exp(-2*pi*j*1*[]入信号入信号的协方差矩阵方差矩阵的特征矢量与零特征值对应的特征矢量Tnqlan;Pabs(Pmusic);PabsPcap);TPT1=T*180/pi;PgridTPT1=T*180/pi;绘出应用MUSIC法估计的波达方向图绘出应用MUSIC法估计的波达方向图绘出应用Capon法估计的波达方向图绘出应用Capon法估计的波达方向图(3—9)(3—9)三kkkkkkKkA=[A,A,...,A]HKK1K2MX=[x(n),x(n),...,x(n),]H(n)01n一1k12NM 为了求得多个信号到达的方向(波达方向)，可以采用上述的Capon、MUSIC两方程组(3—10)描述了上述需求的约束条件(四个信号输入中，第一个信号是我们关心的，其余的信号是需要抑制的)。X1M1代入式(3—9)可以得到阵列输出的方向特性。由上面分析的多组用户自适应抑制干扰的波束形成的建模方案以及等距离圆线