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了解什么是智能天线

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了解什么是智能天线

发布日期:2014-08-06 00:00 来源:http://www.szgdtrf.com 点击:

智能天线又称自适应天线阵列、可变天线阵列、多天线。智能天线指的是带有可以判定信号的空间信息(比如传播方向)和跟踪、定位信号源的智能算法,并且可以根据此信息,进行空域滤波的天线阵列。

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。

智能天线采用空分复用(SDMA)方式,利用信号在传播路径方向上的差别,将时延扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰的影响降低,将同频率、同时隙信号区别开来,和其他复用技术相结合,最大限度地有效利用频谱资源。早期应用集中于雷达和声呐信号处理领域,20世纪70年代后被引入军事通信中。随着移动通信技术的发展,阵列处理技术被引入到移动通信领域,很快就形成了智能天线的研究领域。

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在移动通信技术的发展中,以自适应阵列天线为代表的智能天线已成为最活跃的研究领域之一,应用领域包括声音处理、跟踪扫描雷达、射电天文学、射电望远镜和3G手机网络。


智能天线由三部分组成:实现信号空间过采样的天线阵;对各阵元输出进行加权合并的波束成型网络;重新合并权值的控制部分。在移动通信应用中为便于分析、旁瓣控制和DOA(到达方向)估计,天线阵多采用均匀线阵或均匀圆阵。控制部分(即算法部分)是智能天线的核心,其功能是依据信号环境,选择某种准则和算法计算权值。

在移动通信环境条件下,复杂的地形、建筑物的结构都会对电波的传播产生影响,大量用户间的相互作用也会产生时延扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰等,从而会使通信质量受到影响。采用智能天线可以有效地解决这些问题。智能天线采用空分多址技术,利用信号在传输方向上的差别,将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来,最大限度地利用有限的信道资源。

智能天线的核心在数字信号处理部分,它根据一定的准则,使天线阵产生定向波束指向用户,并自动地调整权重系数以实现所需的空间滤波。智能天线需要解决的两个关键问题是辨识信号的方向和自适应赋形的实现。辨识信号到达方向,代表的算法有MUSIC(MUltipleSIgnalClassification)算法、ESPRIT(EstimationofSignalParametersviaRotationalInvarianceTechniques)算法、最大似然法等。自适应波束赋形的目的是通过自适应算法得到最佳加权系数。采用何种算法首先需要考虑自适应准则,主要有最大信噪比(SNR)、最小均方误差(MMSE,MinimumMeanSquareError)、最小方差、最大似然等。常用的自适应算法有DMI(DirectMatrixInverse,直接抽样协方差矩阵求逆)算法、LMS(LeastMeanSquare,最小均方)算法、RLS(RecursiveLeastSquares,递归最小二乘)算法、CMA(ConstantModulusAlgorithm,恒模算法)等。


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