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南京信息职业技术学院毕业论文作者赵超学号50732p系部通信工程系专业通信技术题目智能天线在通信系统中的研究指导教师曾庆珠评阅教师完成时间：2010年5月1日---2010年5月10日南京信息职业技术学院毕业论文通信技术1目录目录摘要第一章绪论第二章智能天线的发展2.1发展历程2.2国内外研究现状2.3智能天线的发展趋势第三章智能天线的概述3.1智能天线的定义3.2智能天线的基本原理3.3天线分类3.4技术优点第四章自适应算法及实现4.1引言4.2重复迭代自适应智能天线算法4.3仿真结果4.4结束语结论致谢参考文献南京信息职业技术学院毕业论文通信技术1智能天线在移动通信中的研究摘要通信系统中，尤其是移动通信系统，面临着一个严峻的问题就频率资源的限制。随着现在移动通信业务的增多，用户数量的聚增，无线频带的拥挤现象日益严重；而且由于用户的增加，减低了通信的质量。因此，如何对有限的频率资源进行有效的利用，进而提高通信服务质量，这些方面的研究日益受到重视。智能天线技术由于其具有可以有效抑制干扰的能力，并能提高移动系统容量的手段。智能天线以是TD-SCDMA的关键技术之一，随着TD-SCDMA系统大规模的安装，TD对智能天线的需求在不断的改变和提高，并且逐步多样化，有必要继续进行一些研究智能天线在移动通信系统中的算法和性能变化。在实际的移动通信系统中，由于无线信道的复杂性以及算法的不完整，会导致智能天线系统出现一定程度的误差。本文通过对智能天线在移动通信系统中的研究背景、目的、意义和智能天线定义，特点、分类、结构及原理，通过对国内外研究的现状进行调研。提出一些算法，理论和仿真。研究结果表明智能天线对系统的改善有很大帮助，它在各种性能方面都优于全向天线，尤其在多径数目较少的时候优势更加明显。关键词：移动通信，智能天线，模阵第一章绪论随着移动通信产业的高速发展及相关用户的飞速增长，市场对移动通信技术的不断改进和更新提出了更高的要求。而如何提高无线频谱的使用效率则是近些年来各种新技术所面临解决的核心问题。尤其是当我国全面进入ＷＴＯ后，移动通信产业随着同世界全面接轨，将面临新的挑战。南京信息职业技术学院毕业论文通信技术1目前，频率资源的投入已成为全球各运营商资金投入成本的重要组成部分。可以预言，在我国，频率资源不再无偿使用的日子已为期不远了。因此，如何采取新技术提高有限频率资源的使用效率已成为人们日益关注的课题。近些年来，随着微电子技术的高速发展，智能天线技术作为有效解决这一问题的新技术已成功应用于移动通信系统，并通过对无线数字信号的高速时空处理，极大的改善了无线信号的传输，成倍地提高了系统的容量和覆盖范围，从而极大的改善了频谱的使用效率。第二章智能天线的发展2.1发展历程９０年代以来，阵列处理技术引入移动通信领域，很快形成了一个新的研究热点－智能天线（ＳｍａｒｔＡｎｔｅｎｎａｓ）?智能天线应用广泛，它在提高系统通信质量、缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾、以及降低系统整体造价和改善系统管理等方面，都具有独特的优点。最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、军事抗干扰通信，用来完成空间滤波和定位等。近年来，随着移动通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐深入，现代数字信号处理技术发展迅速，数字信号处理芯片处理能力不断提高，利用数字技术在基带形成天线波束成为可能，提高了天线系统的可靠性与灵活程度。智能天线技术因此用于具有复杂电波传播环境的移动通信。此外，随着移动通信用户数迅速增长和人们对通话质量要求的不断提高，要求移动通信网在大容量下仍具有较高的话音质量。经研究发现，智能天线可将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向ＤＯＡ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｒｉｎａｌ），旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。同时，利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。实际上它使通信资源不再局限于时间域（ＴＤＭＡ）、频率域（ＦＤＭＡ）或码域（ＣＤＭＡ）而拓展到了空间域，属于空分多址（ＳＤＭＡ）体制。南京信息职业技术学院毕业论文通信技术12.2国内外研究现状国内外一些大学、公司和研究所将智能天线应用于实践中，取得了一定的成果。下面举例说明。１美国美国在智能天线技术方面较其他国家更加成熟，已开始投入实际应用中。美国的ＡｒｒａｙＣｏｍｍ公司发展了针对ＧＳＭ标准和日本ＰＨＳ标准的智能天线系统。该公司已将智能天线应用于基于ＰＨＳ标准的无线本地环路中，并投入商业运行。该方案采用可变振元配置，有１２阵元、８阵元环形自适应阵列可供不同的环境选用。现场试验表明，在ＰＨＳ基站采用智能天线技术可使系统容量增加４倍。美国Ｕ．ＳＷＥＳＴＮｅｗＶｅｃｔｏｒＧｒｏｕｐ公司１２波束、２４波束的切换波束智能天线系统在密集城区和较稀疏的郊区进行了场外试验。试验结果对多波束智能天线的实用提供了很多有意义的参数选择。２４波束对传统的蜂窝小区能提供至少５ｄＢ的信号增强。２欧洲欧洲通信委员会在ＲＡＣＥ（ＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｏＡｄｖａｎｃｅｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎＥｕｒｏｐｅ）计划中实施了第一阶段的智能天线技术研究，称之为ＴＳＵＮＡＭＴ。这个计划由德国、英国、丹麦和西班牙合作完成，它采用ＤＥＣＴ标准，天线由８个阵元组成，射频工作于１．８９ＧＨｚ采用ＴＤＤ双向工作方式。硬件主要包括ＡＳＩＣ专用芯片ＤＢＦ１１０８和ＴＭＳ３２０Ｃ４０，软件采用的自适应算法包括ＭＵＳＩＣ算法、ＮＬＭＳ算法和ＲＬＳ算法。试验表明系统的比特误码率优于０．００１，系统能有效跟踪的方向分辨率大约为１５°。３日本ＡＴＲ光电通信研究所研制基于加预处理的自适应波束形成处理方式的智能天线。系统采用１６阵元平面方阵方式，阵元间距为半波长，射频工作频率１．５４５ＧＨｚ。阵元接受信号在数模转换后，先进行快速傅立叶预处理，形成正交波束后采用恒模算法或最大比值合并分集算法，天线数字信号处理部分由１０片ＦＰＧＡ芯片完成。４我国及其他国家南京信息职业技术学院毕业论文通信技术1我国信息产业部电信科学研究院所属的信威公司已成功开发出用于ＷＬＬ的ＴＤＤ方式Ｓ－ＣＤＭＡ产品，并应用于我国提出的ＴＤ－ＳＣＤＭＡ方案中。该智能天线采用８阵元的环形自适应阵列，射频频率工作于１．７８５－１．８０５ＧＨｚ，收发间隔为１０ｍｓ接受灵敏度最大可提高９ｄＢ。此外，爱立信公司和德国运营商也将智能天线应用在了ＧＳＭ基站上。韩国和加拿大等国也开展了智能天线方面的研究。2.3智能天线的发展趋势智能天线的发展呈现以下四个主要趋势1.天线向多样化发展。第三代移动通信有更多的标准，不同的标准对天线的要求有所不同。2.天线向集成化发展。由于目前移动通通信有多种制式，往往在一个区就有多家运营商，致天线林立、影响环境、浪费资源。这就要求我们必须把多制的天线集成在一起。3.天线向电调化发展。随着通信的发展，容量的增加，对网优的便捷性提出了更高要求，加上集成化的要求，必须要让天线的下倾角能够用电调整。4.天线美化方向发展。随着经济水平的提高，人们对居住环境的要求越来越高，而林立的天线影响环境的美观。必须对天线的外观和安装方式进行融入环境的设计。综上所诉，在第三代通信系统中，大部分运营商都已采用智能天线技术来提高系统的性能和容量，有充分的理由相信，智能天线必将出现一个美好的明天。第三章智能天线的概述3.1智能天线的定义智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA(DirectionofArrinal)，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。同时，智能天线技术利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵南京信息职业技术学院毕业论文通信技术1列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。3.2智能天线的基本原理智能天线的发展最早可追溯到４０年代的自适应天线组合技术，它使用锁相环进行天线跟踪。自适应阵列信号处理的重要开端是由Ｈｏｗｅｌｌｓ于１９６５年实现的，当时他提出了自适应陷波的旁瓣对消器。Ｇａｂｒｉｅｌ则是对自适应波束提出“智能天线”（ＳｍａｒｔＡｒｒａｙ）术语的第一人。早在１９７８年，军用通信系统中已使用了自适应天线，主要用于雷达和声纳技术。但在民用的蜂窝式通信中使用智能天线却是在１９９０年才提出的，而且技术远不及军事上成熟。这主要是因为应用的具体环境和条件有较大的改变。智能天线技术利用信号传输的空间特性抑制干扰，从空间入射角度区分所需信号和干扰信号。在抗干扰的处理过程中，智能天线利用干扰来自不同方向，控制天线方向阵的方向图，使它在所需方向上保持高增益，而在干扰方向上形成零陷，达到增强所需信号抑制干扰信号的目的。同时它还可以根据所需信号的干扰入射角度的变化，自动调整天线阵的方向图，实现变化智能跟踪环境的目的，达到最佳接收。智能天线通过反馈控制去自动调整自身波束的自适应天线，它是一种其他抗干扰方法不能取代的有效空域抗干扰措施，只要干扰与期望信号的来向不同，智能天线就能有效地发挥作用。智能天线可分为３类：（１）自适应调零智能天线以自适应天线为基础，采用自适应天线技术、自适应算法形成方向图；（２）等旁瓣针状波束智能天线是以自适应天线技术为基础，但与自适应智能天线不同之处在于它的天线方向图是等旁瓣方向图，且方向图的加权值是预先设置好的；（３）数字波束形成智能天线是运用数字波束形成技术，将其波束自适应天线阵与数字信号处理技术相结合。自适应天线的最重要应用包括：南京信息职业技术学院毕业论文通信技术1（１）信源定位：确定天线到信源的仰角、方位角、距离；（２）信道估计：确定信源与阵列之间传输信号的参数；（３）信源分离：确定各个信源发射的信号波形。3.3天线分类智能天线分为三类：空间分集接收、多波束智能天线系统和自适应阵列智能系统智能天线技术有两个主要分支。波束转换技术?ｓｗｉｔｃｈｅｄｂｅａｍｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）和自适应空间数字处理技术（ａｄａｐｔｉｖｅｓｐａｔｉａｌｄｉｇｉｔａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），或简称波束转换天线和自适应天线阵。天线以多个高增益的动态窄波束分别跟踪多个期望信号，来自窄波束以外的信号被抑制。但智能天线的波束跟踪并不意味着一定要将高增益的窄波束指向期望用户的物理方向，事实上，在随机多径信道上，移动用户的物理方向是难以确定的，特别是在发射台至接收机的直射路径上存在阻挡物时，用户的物理方向并不一定是理想的波束方向。智能天线波束跟踪的真正含义是在最佳路径方向形成高增益窄波束并跟踪最佳路径的变化，充分利用信号的有效的发送功率以减小电磁干扰。１．波束转换天线波束转换天线具有有限数目的、固定的、预定义的方向图，通过阵列天线技术在同一信道中利用多个波束同时给多个用户发送不同的信号，它从几个预定义的、固定波束中选择其一，检测信号强度，当移动台越过扇区时，从一个波束切换到另一个波束。在特定的方向上提高灵敏度，从而提高通信容量和质量。为保证波束转换天线共享同一信道的各移动用户只接收到发给自己的信号而不发生串话，要求基站天线阵产生多个波束来分别照射不同用户，特别地，在每个波束中发送的信息不同而且要互不干扰。每个波束的方向是固定的，并且其宽度随着天线阵元数而变化。对于移动用户，基站选择不同的对应波束，使接收的信号强度最大。但用户信号未必在固定波束中心，当使用者是在波束边缘，干扰信号在波束的中央，接收效果最差。因此