智能天线技术new

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1、BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter北邮信息理论与技术教研中心第十一章智能天线技术主讲人:牛凯BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter§11.1智能天线的基本原理•智能天线技术的主要任务就是研究如何获取和利用接收信号中包含的空间方向信息，并通过阵列信号处理技术改善接收信号的质量，从而提高系统的性能。•典型的智能天线系统示意图y()t控制部分0接收/下行转换A/Dw0y()t1接收/下行转换A/Dw1rt()∑解

2、调产生误差接收/下行转换ytM−1()信号dt()A/DwM−1自适应算法天线阵列波束成型网络2BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter•11.1.1波达方向(DOA)•波达方向是指无线电波到达天线阵列的方向。z均θO匀y∆x直φy线x∆dx=∆cosφsinθ阵φφφφx列阵元0O阵元1阵元m阵元M-1示w0w1⋯⋯wm⋯⋯wM−1意∑zt()接收机3BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter•11.1.2阵列响应

3、向量•当满足天线传输窄带条件(信号带宽小于信号在天线阵中传输时间的倒数)，且阵列采用特性相同的全向阵元时，对同一入射信号，各阵元输出响应之间将只有相位差异而没有幅度差异，这一差异可以用阵列响应向量充分描述，阵列响应向量的一般形式为：T⎡−+2(πφyx00sincosφ)−+2(πφyx11sincosφ)−2π(yMM−−1sinφ+x1cosφ)⎤jjja()=⎢eeλλ,,?,eλ⎥φ⎣⎥⎦4BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter•对均匀直线阵列有：T−−2cπφdmos2π(

4、−1)dcosφ⎡jj⎤a()=⎢1,eeλλ,?,⎥φline⎣⎦•由aaline()φ=line(−φ)可知，均匀线阵存在前后向不可分的缺点，故均匀直线阵经常应用于扇区系统，这可通过使用方向性阵元来实现。•阵列响应向量表明了阵列对入射信号的响应，由于天线阵列具有确定的拓扑形状，因此在阵列响应向量中包含了入射信号的方向信息。5BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter•11.1.3阵列加权向量•在每个天线阵元后端，有一个加权系数，所有的加权系数合在一起构成的向量即为阵列加权T向量，加权

5、向量由w=()ww01,,?,wM-1表示。阵列加权向量是与信号到达方向有关的一个向量，天线阵列各阵元的信号通过加权，可以调整天线的接收方向图，因此可以认为阵列加权向量是移动台位置的函数。自适应天线阵列的核心就是设计、控制和调整阵列加权向量。控制部分是智能天线系统的核心，其功能是依据信号环境、按某种准则和算法选择或计算阵列加权向量。6BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenter•11.1.4波束成型与空域滤波a•假设一个从ϕ0=60入射的信号，则阵列接收信号可以表示为：ya()ts=(ϕ)

6、()t0•阵列加权向量记为w()φ，经过阵列加权后的输出信号可以表示为：Hrt()=wa(φϕ)()s()t0•天线阵列的接收方向图由阵列成型因子确定，阵列成型因子可以表示为：Hf()φ=wa()φϕ()0•每确定一个φ，就可以得到一个阵列成型因子的值。7BUPTInformationTheory&TechnologyEducation&ResearchCenteraa•令φ由0~360变化，得到的阵列接收方向图90120601503018002103302403002708BUPTInformationTheory&TechnologyEducation

7、&ResearchCenter•只有当阵列加权向量与阵列响应向量匹配的时候，阵列形成的增益最高，此时阵列响应向量由波达方向ϕ0确定。当阵列加权向量与阵列响应向量相差较大角度的时候，阵列成型因子(信号增益)较低。由此可以得到一个比较直观的概念，即波束成型(Beamforming)：在阵列方向图上，对波达方向形成指向性波束，而对其它方向形成较低增益。•阵列成型因子的作用相当于一个滤波器，即只有在特定入射方向的信号被放大，而其它方向入射的信号被衰减掉了。这种与空间方向有关的选择性接收作用常称为空域滤波。•波束成型和空域滤波的作用是通过阵列的加权合并完成的，如前所

8、述，这一部分的处理功能通常在基带部分由数字信号处理器完成。因此在有