基于软件无线电的智能天线技术研究

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1、基于软件无线电的智能天线技术研究摘　要:针对无线通信领域中存在的多种通信体系共存,各种标准竞争激烈等问题提出基于软件无线电的智能天线技术。简述了目前软件无线电的研究状况及无线电的关键技术之一——智能天线,采用软件无线电和智能天线融合的方法研究,较好地解决了体系共存和频带资源使用问题。基于软件无线电技术的智能天线采用开放式结构，系统可重构，通过同时对信号在时间和空间上进行采样和处理，可以更充分地开发信号中蕴含的有用信息。关键词:软件无线电;智能天线1.引言智能天线是一种用于个人移动通信，能够根据所处的电磁环境智能地调节自身参数，从而使通信系统保持最佳性能的阵列天线，它通过

2、调节各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列的方向图形状，从而对干扰信号进行抑制，提高所需信号的信噪比，改善整个通信系统的性能。2.智能天线的基本特点2.1智能天线与通常的自适应天线的不同点1）首先，两者的应用目的不同。自适应天线阵是采用迭代自适应算法，应用于军事抗干扰通信的阵列天线，主要用于雷达系统的目标跟踪和干扰抵消;而发展智能天线的初衷是通过抑制干扰和抵抗衰落来增加移动系统的容量，提高频谱利用率，进而实现SDMA。2）常规自适应天线阵一般接收到的干扰信号具有很强的功率电平，并且干扰源数目与天线阵列单元数相当。而在无线通信系统中，由于多用户通信以及多径传播环境，使得到达

3、天线阵列的干扰数目远大于天线阵列单元数，同时其功率电平一般都小于直射信号。3）自适应天线只是从干扰中捕获一个源的期望信号，而智能天线是多用户系统，需要从同一信道中提取出各个用户的信号，不仅包括智能化接收，还包括多用户多波束智能化发射。考虑到用户的移动将带来信道的时变性，因此智能天线实现起来更复杂，技术要求更高。2.2.智能天线应用于移动通信具有以下优势:1）可以大大减少电波传播中的多径衰落。由于无线通信系统的性能很大程度上取决于衰落的深度和速度，因此，降低信号在传播中的变化可以提高通信系统的性能。2）可以大大提高系统容量。采用智能天线可以提高信号干扰比SlR，而系统容量

4、取决于SIR，SIR的提高意味着容量的增加。3）可以延长移动台电池的使用寿命。天线波束赋形的结果等效于提高天线的增益，因此移动台的发射功率也可以相应降低。4）采用智能天线较全向天线具有更大的覆盖区。智能天线可以提高天线的增益，这等效于同时提高了天线阵列的接收灵敏度或增加了基站发射机的等效全向辐射功率(EIRP)。在同等条件下，天线方向增益增加9dB等效于增加通信距离50%(按4次方律衰落计算)。5）可以放松对功率控制的要求。CDMA系统是一自干扰系统，它必须通过功率控制来克服远近效应和抑制系统的干扰。而在实际系统中，信号的实时衰落特性是未知的，信号不仅经受阴影衰落，还要

5、经受瑞利衰落，因此，系统必须严格进行功率控制，采用智能天线可以放松这一要求。3.智能天线的功能结构与主要技术智能天线利用用户空间位置差异，通过上行空域滤波和下行选择性发送来提高系统容量。主要途径有:1)利用智能天线的波束形成和自适应测向跟踪能力，实时地形成窄的主波束对准期望信号，在其它方向尽量压低付瓣增益，从而降低同信道干扰(CCI)以及因多径引起的衰落和码间串扰(ISI)来提高接收信号的信干噪比、提高系统容量。2)把智能天线等效为空域滤波器，实现空分多址传输(SDMA)。在SDMA中，各用户可以共享同一常规信道(频道、时隙、码道)，但各用户信号是经历了不同的空间路径到

6、达基站阵列的，即具有不同的“空间信道”，因此能使通信容量得到成倍提高。3.1智能天线的系统实现框图。智能天线的关键技术包括智能化接收和智能化发射两个方面。系统实现框图如图3-1所示。图3-1智能天线的系统实现框图3.2智能化接收智能化接收的研究可以分为两种类型，一类是空域处理，主要关心阵列输出，不涉及具体的接收机技术;另一类属于空时二维信号处理，即将接收机时域处理与空域处理相结合进行研究。在智能天线系统中，由于各用户占用同一信道，信道共享带来的CCI和多径信道带来的ISI将会使到达基站的用户信号发生畸变，因此必须采用一些自适应算法、利用信道估计和均衡技术将各用户精确分离

7、和恢复。完成智能化接收的方法主要分为盲算法和非盲算法。非盲算法使用训练序列或导引信号，占用了一定的信息资源，所以，目前盲算法倍受重视。在盲算法中，波束形成以及多用户分离是一种全盲的辨识过程，整个上行信道等效为一个“多重单输入多输出系统”(MSIMO系统)，唯一可以利用的是信号的时域信息和先验特征，这些特征包括:a.恒模特性在移动通信中，许多传输波形具有恒定的包络。1980年Godard提出了一种无需借助训练序列的自适应恒模算法，其基本思想是:恒模信号在经历多径衰落或受到干扰时会产生幅度扰动，因此可定义一种“恒模准则”控制权矢量迭代，使自适