畢業(yè)論文--智能天線在移動通信中的應用

1、<p><b>　　本科生畢業(yè)論文</b></p><p>　　智能天線在移動通信中的應用</p><p>　　院 系 電氣信息工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 物理學 </p><p>　　班 級 08 物

2、理學本科1班 </p><p>　　學 號 0601080103 </p><p>　　學 生 姓 名 宋艷菊 </p><p>　　聯(lián) 系 方 式 　　 15137461446 </p><p>　　指 導 教 師 馮團輝 職 稱 副教

3、授 </p><p><b>　　2012年5月</b></p><p><b>　　獨 創(chuàng) 性 聲 明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文是本人在指導老師指導下取得的研究成果。除了文中特別加以注釋和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果。與本研究成果相關的所有人所做出的任何貢獻均

4、已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。</p><p>　　簽名： 　</p><p>　　年　　 月　 日</p><p><b>　　授 權 聲 明</b></p><p>　　本人完全了解許昌學院有關保留、使用本科生畢業(yè)論文的規(guī)定，即：有權保留并向國家有關部門或機構送交畢業(yè)論文的復

5、印件和磁盤，允許畢業(yè)論文被查閱和借閱。本人授權許昌學院可以將畢業(yè)論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編論文。</p><p>　　本人論文中有原創(chuàng)性數(shù)據(jù)需要保密的部分為： </p><p>　　簽名： </p><p><b>　　年　　月　　日</b>

6、</p><p>　　指導教師簽名： </p><p><b>　　年　　 月　　日</b></p><p>　　智能天線在移動通信中的應用</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　天線作為移動通信的最主要元素，是輻射和接收電磁波的

7、部件。天線性能的優(yōu)劣，對移動通信的總體性能起著非常重要的作用。由于用戶需求的增加，移動通信系統(tǒng)對天線的要求越來越高。本文首先介紹天線的電磁波理論及天線的一些重要參數(shù)；然后詳細闡述智能天線系統(tǒng)，它是由一個天線陣列、一組波束形成的網(wǎng)絡以及算法組成的；最后介紹智能天線在處理移動通信問題的優(yōu)勢，和傳統(tǒng)天線的天線相比，它具有信號間彼此無干擾、減少外界干擾和噪聲的影響、提高信號的覆蓋率等特點。智能天線技術無疑將為未來的移動通信提供最優(yōu)質的服務。&l

8、t;/p><p>　　關鍵詞：智能天線；移動通信；天線陣列；波束形成網(wǎng)絡</p><p>　　The Application of the smart Antenna in mobile Communication</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　As a key element o

9、f the mobile communication, the antenna is radiation and receives electromagnetic wave components. The performance of the antenna to the overall performance of mobile communication plays a very important role. Due to the

10、 needs of the user increases, the mobile communication system to the requirements of the antenna has improved. This paper first introduces the theory of electromagnetic wave antenna and some important parameters .then t

11、describes the smart antenna system. it is </p><p>　　Key words: the smart antenna; the mobile communication; Antenna array; Beam form a network </p><p><b>　　目 錄</b></p><p

12、><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 國內外對智能天線的研究1</p><p>　　1.2 移動通信及其面臨的問題1</p><p>　　2 天線的電磁波理論2</p><p>　　2.1 電磁波輻射2</p><p>　　2.2 時變場的滯后位2<

13、/p><p>　　2.3 電偶極子的近區(qū)場和遠區(qū)場4</p><p>　　3 天線的電參數(shù)4</p><p>　　3.1 天線方向圖4</p><p>　　3.2 天線方向系數(shù)6</p><p>　　3.3 天線增益6</p><p>　　3.4 天線的噪聲溫度7</p>

14、<p><b>　　4 智能天線7</b></p><p>　　4.1 智能天線原理7</p><p>　　4.2 智能天線系統(tǒng)8</p><p>　　4.3 智能天線在實際中的應用及不足12</p><p><b>　　總結13</b></p><p>

15、<b>　　參考文獻14</b></p><p><b>　　致 謝15</b></p><p>　　智能天線在移動通信中的應用</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　現(xiàn)代信息技術的諸多領域幾乎全部涉及到電磁場和電磁波理論。天線就是一種能按規(guī)定

16、方向有效地輻射電磁波的裝置。移動通信無疑是與人們的生活關系最密切的領域之一，而天線是移動通信中最關鍵的部分。隨著移動用戶和移動業(yè)務需求量的增加，如用戶需求從簡單的語言通信發(fā)展到短信息、網(wǎng)頁瀏覽甚至視屏和在線游戲等，這些業(yè)務對傳輸量要求越來越高，通信信道的不足和干擾問題則是移動通信所面臨的嚴重問題。智能天線技術給移動通信帶來了福音，它最初應用于軍事、雷達等方面，它是一種具有波束形成能力的天線陣列，能夠產(chǎn)生空間的定向波束，這樣可以使天線的主

17、波束即主瓣對準期望用戶信號到達方向，同時也能使旁瓣或零陷對準干擾信號到達的方向，以此使智能天線具有充分利用移動用戶信號，而且能夠有效的抑制或刪除干擾信號的性能。</p><p>　　1.1 國內外對智能天線的研究</p><p>　　20世紀90年代由于CDMA成為第三代移動通信的主流技術，在移動通信中引入了“智能天線”技術，學術上稱為波束賦形技術。由于多波束天線技術應用范圍廣泛，目前智能

18、天線已經(jīng)成為移動通信領域的一個研究熱點，許多大學和研究機構都開展智能天線方面的研究開發(fā)，如美國斯坦福大學、瑞典皇家工學院以及索愛、諾基亞公司等。</p><p>　　因為智能天線中的自適應數(shù)字多波束形成技術能夠適用于移動通信CDMA系統(tǒng)，所以歐州委員的信息社會技術計劃和ACTC計劃對智能天線技術都有支持。隨著無線電技術的迅速發(fā)展和提高以及信息處理技術的互相聯(lián)合，使得多波束自適應算法的改進將是今后的研究課題，也是其

19、核心技術。</p><p>　　國內有關研究所也積極從事這方面的研究。大唐電信信威公司研究開發(fā)的TD-SCDMA系統(tǒng)將智能天線應用于時分雙工(TDD)方式的WLL系統(tǒng)中，是國際上第一個使用智能天線系統(tǒng)的公司。[1]</p><p>　　1.2 移動通信及其面臨的問題</p><p>　　移動通信是指通信雙方至少有一方在移動中或是臨時停在某一個非預定的位置上進行信息的

20、傳輸和交換，包括移動體和移動體之間、移動體和非移動體之間的通信。按照移動通信的設備分類，包括蜂窩狀移動電話、公用無繩電話、移動通信衛(wèi)星、移動數(shù)據(jù)通信、無線局域網(wǎng)、藍牙傳遞信息等。</p><p>　　通信技術的發(fā)展極大地影響著人類社會的進步，高效、便捷、精準的通信技術對于加快運行的效率以及方便人們的生活意義重大，移動通信市場的高速增長有力地推動了移動通信技術的發(fā)展，同時也對通信技術提出了更高的要求。一方面要通信盲

21、區(qū)不斷的縮減 ，電磁波的傳播過程中由于多方面的原因如地形復雜造成了通信中信道的衰落，如路徑損耗、陰影衰落等是通信質量受到嚴重的影響。另一方面也要求通信質量以及通信涵蓋范圍有大幅上升，移動通信可以利用的頻譜資源非常有限，但是移動通信業(yè)務量的需求卻與日俱增,越來越多的新型通信技術開始規(guī)?；貞玫揭苿油ㄐ胖小鹘y(tǒng)的天線-蜂窩系統(tǒng)的性能和容量已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代通信的需求，其主要原因是由于信號的干擾所造成的，而最通常的干擾有同信道干擾和相鄰信道

22、干擾，如在同一小區(qū)內用戶數(shù)的中增加意味著每一個移動用戶的同信道干擾的增加和 信干比的下降。</p><p>　　在這方面智能天線能夠有效的解決這一問題，研究智能天線的性能和智能天線系統(tǒng)的實現(xiàn)成為我們的當務之急，同時智能天線也是一種隨著時間發(fā)展不斷加入新技術的不斷跟新的技術。</p><p>　　2 天線的電磁波理論</p><p><b>　　2.1 電磁

23、波輻射</b></p><p>　　電磁波輻射是一種攜帶能量的電磁波向遠處傳播出去而不再返回波源的現(xiàn)象。當振蕩源的頻率提高到時變電磁場的波長和天線的尺寸可以比擬的時候，就會產(chǎn)生顯著地輻射。電磁波輻射系統(tǒng)最簡單的形式電偶極子和磁偶極子。電偶極子是長度非常短的直流電流元，它遠小于波長，以至于可以認為其上各點的電流是等幅等相的。由于電偶極子是一端孤立的電流元，隨著電流的流動性在其兩端必然出現(xiàn)等值異性的電荷，

24、一端為+q，另一端則為-q，其電荷量的大小及正負都隨時間變化，而實際的天線看作是無數(shù)的這種電偶極子的連接。</p><p>　　如果求出了電偶極子所產(chǎn)生的電場、磁場，同時又知道了某天線上的電流分布規(guī)律，就可以根據(jù)場的疊加原理，利用積分的方法，求出天線所產(chǎn)生的場。</p><p>　　2.2 時變場的滯后位</p><p>　　動態(tài)場中引入的標量位和矢量位是滯后位，即

25、它們的值是由此時刻以前的源決定的，滯后的時間是電磁波傳播從源點到場點所需的時間。利用滯后位可計算電流元的輻射場，由此可作出它的方向圖并計算其輻射功率，輻射電阻，方向向系數(shù)及增益等參量。下面給出滯后位給出簡單的推導。</p><p>　　點電荷在周圍產(chǎn)生的場就有球對稱性，標量電位只與徑向r有關，滿足的方程為</p><p><b>　?。?-1）</b></p&g

26、t;<p><b>　　設,則上式變?yōu)?lt;/b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　則此式為一維波動方程，其通解為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　于是是瞬時值表達式為</p>&l

27、t;p>　?。ㄆ渲?、為待定系數(shù)） （2-4）</p><p><b>　　假設僅是的函數(shù)，則</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　位于坐標原點的靜止電荷產(chǎn)生的標量電位為</p><p><b>　?。?-6）</b></p

28、><p>　　由于靜態(tài)場是時變場的特殊情況，則時變場的標量位應為</p><p><b>　　（2-7）</b></p><p>　　則體積內部分布電荷產(chǎn)生的標量位為</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　上式表明在點處時刻的標量電位不是由時刻體積內

29、的電荷密度決定，而是由時刻的電荷密度決定，觀察點的位場變化滯后于源的變化，滯后的時間是源的變動以速度傳播距離到觀察點所需要的時間。[1]</p><p>　　2.3 電偶極子的近區(qū)場和遠區(qū)場</p><p><b>　　2.3.1 近區(qū)場</b></p><p>　　近區(qū)場是指從源點到場點的距離r遠遠小于波長，即，。其電場、磁場的表示式為<

30、;/p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　（2-11）</b></p><p>　　近場區(qū)明顯的特點是電場強度與磁場強度有的時間相位差。即、與相差一個因子。這就意味著以及由所形成的功率密度的平均值等

31、于零。近區(qū)場形成的坡印廷矢量的平均值等于零，即近區(qū)場只存在能量的交換而無能量的傳播，亦為感應場。</p><p><b>　　2.3.2 遠區(qū)場</b></p><p>　　遠區(qū)場指源點到場點的距離遠遠大于波長，即，。其電場、磁場的表示式為</p><p><b>　　（2-12）</b></p><p

32、><b>　?。?-13）</b></p><p>　　遠區(qū)場明顯的特點是電場強度與磁場強度的時間相位相同。它們形成了功率密度，即遠區(qū)場形成向傳播的能量，亦遠區(qū)場又稱為輻射場。</p><p><b>　　3 天線的電參數(shù)</b></p><p>　　天線的作用是發(fā)射或接收電磁波。為了評價一副天線技術性能的優(yōu)劣，必須

33、規(guī)定一些能表征其性能的參數(shù)。根據(jù)互易原理，同一副天線用作發(fā)射和接收時，其特性參數(shù)是相同的，只是具體含義有所不同。則下面只選擇其中的一項來定義各參數(shù)。[2]</p><p><b>　　3.1 天線方向圖</b></p><p>　　有關天線的很多特性如輻射場的振幅、相位、極化等都是與方向有關的，天線的方向性主要是指場振幅隨方向的變化。方向性函數(shù)是描述天線輻射場的大小與

34、方向之間關系的函數(shù)，為了便于作圖和比較不同天線的方向性，往往采用歸一化方向圖。</p><p>　　將天線置于球坐標系中，由于天線的定向輻射（接收）作用，它在距離r的球面上各點的輻射（接收）強度是不相同的，即是角坐標的函數(shù)，可寫為，其中A為比例系數(shù)。</p><p><b>　　將其歸一化得</b></p><p><b>　?。?-

35、1）</b></p><p>　　其中為方向性函數(shù)的最大值。[3]</p><p>　　根據(jù)方向性函數(shù)所描繪出的圖形稱為天線的方向圖；表示輻射（或接收）場強振幅方向特性的稱為場強振幅方向圖；表示輻射（或接收）功率方向特性的稱為相位方向圖，表示極化特性的稱為極化方向圖。</p><p>　　工程上為了方便表示，常采用E平面和H平面這兩個相互正交主平面上的剖

36、面圖來描述天線的方向性，亦可采用直角坐標或極坐標。</p><p><b>　　圖3-1天線方向圖</b></p><p>　　3.1.1 主瓣寬度</p><p>　　主瓣寬度是強方向性天線最重要的參數(shù)之一，一般是指半功率主瓣寬度（3dB寬度）。即方向圖主瓣上兩個半功率電平點之間的夾角(即場強從最大值降到倍處之間的夾角)。如圖3-1所示，主瓣

37、寬度越小說明天線輻射能量越集中（或接收能力越強），定向作用或方向性越強。</p><p>　　3.1.2 旁瓣電平</p><p>　　沒有一種天線能夠把所有的能量都輻射在一個期望的方向上，一些能量不可避免地向其他方向上輻射。如圖3-1所示，這些能量電平低于主瓣，即天線方向圖主瓣兩旁的小波瓣叫做旁瓣，也叫副瓣。旁瓣電平也是天線最主要的指標之一，旁瓣不僅損失能量降低系統(tǒng)效率，還是干擾源之一。

38、所以通信系統(tǒng)為了獲得良好的性能需要對旁瓣的峰值加以限制。通常用分貝表示為</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　因為副瓣方向通常是不需要輻射（或接收）能量的方向，因此天線的副瓣電平越低，表示天線在不需要的方向上輻射的能量越弱，或可以說這些方向上對雜散來波的抑制能力越強。</p><p>　　如圖3-1所示的天線的方

39、向圖，智能天線系統(tǒng)的主要目的是使用戶期望的信號盡最大可能到達主瓣上，并使主瓣寬度盡量小，使干擾的信號盡量到達副瓣上。</p><p>　　3.2 天線方向系數(shù)</p><p>　　對于發(fā)射天線來說，方向性系數(shù)是表征天線輻射能量在空間分布的集中程度的量，其定義式為</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p&

40、gt;　　其中為輻射強度，為平均輻射強度。</p><p>　　對于接收天線來說，方向性系數(shù)表征天線從空間接收電磁能量的能力，其定義式為</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　其中為天線在某方向接收時向負載輸出的功率，為點源天線在該方向向負載輸出的功率。</p><p><b>　

41、　3.3 天線增益</b></p><p>　　天線增益是表征天線輻射能量集束程度和能量轉換效率的參量,且天線增益與很多參數(shù)有關，如輸入天線的功率、觀察點方向和輻射場的極化都會影響天線的增益。</p><p>　　一般情況下，在方向上的天線的全極化增益表示為</p><p><b>　　(3-5)</b></p>&l

42、t;p>　　在實際應用中，一般采用峰值增益的定義，即以為自變量，的最大值稱為峰值增益。則全極化的峰值增益為</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　　3.4 天線的噪聲溫度</p><p>　　天線在接收和處理有用信號時，不可避免地接收的某些干擾信號。天線周圍介質，都會產(chǎn)生熱輻射。熱輻射波被天線接收輸入接收機，成

43、為熱起伏噪聲干擾，成為天線噪聲。</p><p>　　對于一個高分辨的天線，影響它發(fā)現(xiàn)較弱信號的主要因素是天線噪聲。將終端的噪聲功率記為，則和天線的噪聲溫度之間的關系為</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　其中為玻耳茲曼常數(shù)，為接收系統(tǒng)的帶寬。[3]</p><p>　　當天線用做接收天線

44、時，天線的品質因數(shù)定義為</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p><b>　　4 智能天線</b></p><p>　　4.1 智能天線原理</p><p>　　圖4-1智能天線下的信號工作波束</p><p>　　智能天線，顧名思義它是一種智能化的天

45、線形式，它的智能化體現(xiàn)在自適應上，這種自適應的天線陣列由多個天線單元組成，每一個天線后都接一個加權器，而智能的真正含義是指這些加權系數(shù)可以適當?shù)母淖?、自適應調整。</p><p>　　如圖4-1所示為智能天線下的信號工作波束。智能天線是具有自適應能力的天線陣列，利用數(shù)字信號從而進行處理，產(chǎn)生空間定向的波束，使天線的主波束即主瓣對準期望用戶的方向，使旁瓣對準干擾信號到達方向；從而能夠充分利用移動用戶信號，也能夠達到

46、刪除或抑制干擾信號的目的。</p><p>　　智能天線可以自動的測量出用戶的方向，從而使主波束即主瓣指向用戶，以此來實現(xiàn)波束跟隨期望用戶的移動而移動。這樣既可以提高天線的增益，又可以減少信號發(fā)射的功率，從而能夠大大的提高基站的覆蓋率。所以說，智能天線是一種天線和周圍的傳播環(huán)境與用戶的最佳空間匹配通信。[4]</p><p>　　4.2 智能天線系統(tǒng)</p><p>

47、;　　一個典型的智能天線接收系統(tǒng)主要包括實現(xiàn)空間信號采樣的天線陣、對各個陣元進行加權合并的波束成型網(wǎng)絡、更新合并權值的控制部分。概括的講，智能天線系統(tǒng)由三個部分組成，即天線陣、波束形成網(wǎng)絡以及波束形成的算法。</p><p>　　下圖4-2所示為一個典型的智能天線接收系統(tǒng)。</p><p>　　圖4-2智能天線接收系統(tǒng)</p><p>　　4.2.1 天線陣列<

48、;/p><p>　　智能天線陣列是由多個天線單元排列成一定形狀的，把具有相同極化特性、各向同性及增益相同的天線陣元，按一定的方式排列構成的天線陣列。天線陣列的組陣方式多種多樣，典型的陣列形狀可以分為：線陣、面陣、圓陣等，而在實際應用中，還可以根據(jù)不同的需要組成三角陣、不規(guī)則陣等。直線陣列和平面陣列容易實現(xiàn)基站的定向覆蓋，而且基站選址更為靈活，直線陣列和平面陣列可以很容易安置于建筑的側面或桿狀建筑物上。構成陣列的陣元可

49、按任意方式排列，各天線陣元間距一般取半個波長，并且取向相同；因為陣元間距過大會是接收信號彼此相關程度降低，大小則會在方向圖上形成不必要的旁瓣。則陣列的組陣方式按用戶需求選用。</p><p>　　由于遠方傳來的電磁波（可視為平面波），到達各個陣元時所走的距離不同，從而帶來不同的相位差。在各個陣元上形成了與參考點具有不同相位差的信號。為了能夠調節(jié)天線方向圖以滿足工作的需要，所以要在每一個天線陣元的輸出端加上權因子控

50、制器,因為用它可以調節(jié)每個陣元輸出信號的幅度和相位，所以能夠實現(xiàn)改天線陣的方向圖的目的。 </p><p>　　智能天線系統(tǒng)的天線陣列可以根據(jù)不同的需要來同時識別或跟蹤來自四面八方的信號。天線陣列信號的組合也能夠把某些特定方向上的信號加重，但是陣列聚焦的方向與天線陣列的方位無關，采用不同的數(shù)據(jù)方法可以對天線陣列信號得到各種的加權和，以此可以把很多個方向的用戶所期望的信號同時提取。[5]

51、 </p><p>　　那么，智能天線陣列就可以使不同的信號能夠同時在不同方向上得到運用，以此提高了天線系統(tǒng)的容量。</p><p>　　圖4-3智能天線接收信號的原理</p><p>　　如圖4-3所示 ，智能天線上的每個天線陣元的輸出端都加上了一個加權因子控制器，產(chǎn)生加權系數(shù)，得到的所有的加權系數(shù)整合在一起構成了陣列加權矢量。其中加權矢量由表示,而陣列加權矢量

52、是一個與信號到達方向有關的矢量，通過對天線陣列的各個陣元的信號進行加權，以此來達到調整天線的接收方向圖的目的。這樣則可以知道這個陣列加權矢量是整個移動臺位置的函數(shù)，因此我們可以說設計和控制、調整好天線陣列的加權矢量就是自適應天線陣列的核心。</p><p>　　可以得到天線陣元的主瓣最大值指向時,第個陣元收信電流的相位為:</p><p><b>　　(4-1) </b&

53、gt;</p><p>　　其中, 取，， =</p><p><b>　　則有</b></p><p>　　(4-2) 當表示智能天線接收處在與基站為方向的移動臺發(fā)信號時, 第個陣元電流的內在或固有相位,當存在多個方向的接收信號時,則有多個。[6]</p>

54、<p>　　改變外接移相器組中、、…、的值,當?shù)闹档扔?時,則可使各路接收信號載波在M處同相迭加,可定義為期望收信號載波相位的同相分集接收,此時能取得智能天線的分集接收增益.智能天線可以通過調整權值來實現(xiàn)得到最佳天線方向圖的目的，它對在特定方向入射的信號具有高增益，而對其它方向入射的信號具有衰減作用。</p><p>　　4.2.2 波束成形網(wǎng)絡 </p><p>　　智能天線

55、能否實現(xiàn)是由波束形成技術決定的。波束形成是把天線陣列接收到的信號換到基帶，接著進行與之相對應的空間譜處理，從而得到該信號的空間特征矢量和矩陣以及信號的功率估值和波達方向（DOA）估值。</p><p>　　智能天線主要是利用各陣元接收信號之間的相關性與來波信號空間特征的關系進行信號的接收或發(fā)送。因此，其中一個重要的過程就是利用各陣元接收信號獲得來波方向估計（DOA），即以此抑制來波信號的角度。</p>

56、<p>　　對于一個遠場信號，信號到達不同陣元會有一個波程差，這會使各接收陣元的接收信號之間存在一個相位差，可以利用這個相位差可以求出入射信號的方位角等參數(shù)。</p><p>　　通過來波角度估計進行無線定位是具有智能天線的移動通信系統(tǒng)的特色之一。對于一般的移動通信系統(tǒng)，其無線定位方案主要是小區(qū)定位，通過不同基站觀測時間差進行定位。則這個方法可以和智能天線方法結合使用。DOA估計方法包括簡答易實現(xiàn)的

57、Bartlett譜估計方法，即利用陣列形式響應矢量對來波功率譜進行掃描，也可以用Capon譜，MUSIC譜等。其中Bartlett譜估計方法交易實現(xiàn)。我們暫時考慮二維情況。</p><p>　　是方向的陣列相應矢量，是終端的空間協(xié)方差矩陣,是角度估計的范圍：</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　這種方法簡單有效，

58、計算量也不大，雖然MUSIC算法是比較高度的算法，但是對于通信系統(tǒng)來說沒有太大的必要，移動通信系統(tǒng)來波的空間譜由于多徑信道的影響是復雜的，DOA估計只關注主徑的方向或主要的幾條徑的方向。[7]</p><p>　　對于具有可估計不同時延分量的系統(tǒng)，可以估計不同時延分量的DOA。</p><p>　　獲得波達方向的估計以后，波束形成是智能天線工作的重要內容。則只要知道了空間陣元間的相位差，就

59、可以求出入射信號的方位角和俯仰角等參數(shù)。波束形成的任務是希望在接收信號到來的方向形成盡量高的增益；最大限度的抑制干擾信號。</p><p>　　4.2.3 波束形成的算法</p><p>　　波束自適應信號處理是智能天線體現(xiàn)的一個重要方面，它以自適應算法為核心，主要體現(xiàn)在算法控制器上，其功能就是依據(jù)信號環(huán)境、按某種準則和算法選擇或計算陣列加權矢量，自適應算法決定瞬時響應速率和電路實現(xiàn)的復雜

60、程度，因此最重要的是選擇較好的算法來達到對波束的智能控制，目前針對自適應陣列天線所提出的各類自適應算法很多，按照是否需要利用系統(tǒng)的導頻信息可以將算法分為兩類：非盲算法、盲算法。[8]</p><p>　　對于某一個自適應算法，首先要衡量其各方面的性能。衡量各自適應算法的因素有一下幾個方面：</p><p>　　收斂速度。指在靜態(tài)的環(huán)境下，其算法收斂于最優(yōu)解需要的迭代次數(shù)。</p>

61、;<p>　　跟蹤性能。指在信道發(fā)生變化條件下，自適應跟蹤信道的能力。</p><p>　　穩(wěn)健性。當輸入病態(tài)的情況下算法能否正常的工作，或者是算法在哪種條件下可以收斂。</p><p>　　計算復雜度。這是個非常實際的衡量標準，指算法所需要的乘加運算數(shù)量，這方面的性能決定了算法的實現(xiàn)成本和硬件性能要求。</p><p>　　非盲算法和盲算法各自有其優(yōu)

62、劣點，盲算法更多的利用了所需信號，而非算法比盲算法擁有更好的性能，包括更好的收斂速度、更簡單的計算復雜程度等。但是非盲算法也有其明顯的局限性，即需要發(fā)送一些訓練序列，而訓練序列占用了寶貴的信道資源，因此研究不需要訓練序列的盲算法更具有實際意義。</p><p>　　我們采用盲算法中最優(yōu)的一種算法，最小二乘法。定義所有的數(shù)據(jù)塊為X=（x(1),x(2)……,x(N）），N為數(shù)據(jù)塊的大?。坏诖蔚傻臋嘀禐?，其相應

63、的輸出序列為，其表達式如下：</p><p><b>　　(4-5)</b></p><p>　　則第次迭代的生成權值，即，則其函數(shù)的最小化：</p><p><b>　　(4-6)</b></p><p><b>　　其中為訓練序列，</b></p><p

64、>　　對上式求導數(shù)，并令其為零，可得</p><p><b>　　(4-7)</b></p><p><b>　　其中,</b></p><p>　　則以上式構成了最小二乘恒模算法的迭代公式。[9]</p><p>　　從公式中可以得到權值和訓練序列之間相互交替更新的機理。即每進行一次新的迭代

65、，都更新一次數(shù)據(jù)塊，則體現(xiàn)了其收斂速度快的優(yōu)點。</p><p>　　4.3 智能天線在實際中的應用及不足</p><p>　　在移動通信技術的發(fā)展中，以自適應陣列天線為代表的智能天線已經(jīng)成為最活躍的領域之一，智能天線技術對移動通信系統(tǒng)所帶來的優(yōu)勢是目前任何技術所難以替代的。</p><p>　　目前世界各國對此高度重視，并投入大量的人力物力進行研究和開發(fā)工作，且已

66、經(jīng)有各類產(chǎn)品研發(fā)成功并投入使用， 如Array Comm公司把智能天線技術應用于WLL(無線本地環(huán)路)系統(tǒng)，并采用了可變的陣元配置，其中有12元和4元的環(huán)形狀自適應陣列以適用于不同的環(huán)境．其在日本進行的現(xiàn)場實驗，實驗表明在PHS基站采用該技術可以使系統(tǒng)的容量增加3倍。[11]</p><p>　　英國研究人員最新發(fā)明一種智能天線，天線的外形就像一把雨傘，可以改變形狀。它由一塊附在彈性金屬架上的鋁箔及16根起著固定

67、作用的鎳鈦諾組成的。通過控制通電的情況來改變天線的形狀，來達到接收特定的無線電信號的最優(yōu)狀態(tài)。</p><p>　　同時隨著軟件無線電技術的發(fā)展，智能天線也已經(jīng)可以在軟件無線電平臺實現(xiàn)，現(xiàn)在的軟件無線電設備質量提供了對智能天線技術的支持。</p><p>　　現(xiàn)代科技發(fā)展的越來越快，功能強大的便攜式計算機、個人數(shù)字助理以及多媒體終端的廣泛應用，無線局域網(wǎng)應運而生。為了解決頻率資源匱乏，必需

68、將依靠智能天線來提高系統(tǒng)容量和通信質量。</p><p>　　智能天線技術對CDMA移動通信系統(tǒng)的性能提高和成本下降都有很大的作用，但是智能天線應用于CDMA系統(tǒng)時，也同時帶來了相應的新問題。如：智能天線的校準，波束賦形的速度問題，設備的復雜性的考慮等。但是自適應過程實現(xiàn)中影響因素復雜，因此到目前為止，智能天線技術還沒有完全實現(xiàn)在產(chǎn)品設計上，需要做出進一步的努力。[11]</p><p>

69、<b>　　總結 </b></p><p>　　隨著移動通信的迅猛發(fā)展，以及通信業(yè)務從窄帶語音通信向寬帶高速數(shù)據(jù)通信發(fā)展的趨勢，未來3G網(wǎng)絡建設中也需要考慮天線的問題。不能只依靠增加基站，無論從成本還是性能表現(xiàn)方面都不是最好的選擇。</p><p>　　智能天線技術近年備受關注,智能天線的研究也涉及到多個領域，如天線陣、電波傳輸、數(shù)字信號處理等。而智能天線技術的引入，

70、在更高的層次上提高系統(tǒng)對于無線頻譜的利用率，成了當前研究和應用的熱點之一。</p><p>　　智能天線可以發(fā)射多路信號，且在大多情況下都假設信號為窄帶信號，可以跟隨用戶移動，既可以降低輻射，也可以使移動通信終端使用時間變得更長。在智能天線的作用下，可以大大的提高了通信的精確性，串頻、串線等現(xiàn)象大幅下降。</p><p>　　同時智能天線的引入，為無線定位提供了新的解決途徑，也可以用于求助

71、電話服務，被盜車的跟蹤系統(tǒng)、移動電子商務等多方面，應用前景廣泛。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]張昕.電磁場與電磁波[M].哈爾濱工程大學出版社，2008：36-43</p><p>　　[2]劉英.移動通信系統(tǒng)中的天線[M].電子工業(yè)出版社，2011：15-27</p><p>

72、;　　[3]劉鳴.智能天線技術與應用[M].機械工業(yè)出版社，2007：167-171</p><p>　　[4]梁燦彬.電磁學[M].高等教育出版社，2008：243-249</p><p>　　[5]張寶育.智能天線系統(tǒng)設計及其自適應算法的研究，學位論文.2005：1-4 </p><p>　　[6]康行建.天線原理與設計[M].北京國防工業(yè)出版社. 1

73、995：309-320 </p><p>　　[7]金粱,殷勤業(yè).時空DOA矩陣方法[J]．電子學報，2000：2-8</p><p>　　[8]吳偉陵.移動通信中的關鍵技術[M].北京郵電大學出版社.2000：77-83</p><p>　　[9]沈建鋒,王宗欣.智能天線中新的波束形成方法[J].電子學報, 2000（3）: 373-376. </p>

74、<p>　　[10]吳立早.智能天線的現(xiàn)狀及其相關技術綜述.期刊論文，2005：28-35 </p><p>　　[11]李小強,胡健棟.未來移動通信中的智能天線技術[J].1999：2-8</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　美好而又短暫的大學時光轉眼間就要結束了，而我的畢業(yè)論文也將完成告一段落了。

75、在編寫論文的過程中我遇到了許多的困難，老師和同學們一如既往的幫助和支持讓我受益匪淺。</p><p>　　在這里，我要特別的感謝我的導師馮團輝副教授，馮老師在我寫作過程中給予很多的幫助和啟迪，讓我慢慢的保質保量的完成我的論文，馮老師兢兢業(yè)業(yè)的工作精神，平易近人的學者風范以及誨人不倦的教導讓我在這段時間有了很大的進步和成長。</p><p>　　同時也要感謝我熱心的共同學習的同學們，尤其是楊

76、佳俊同學，是你們的鼓勵讓我的大學生活充滿了激情和活力，特別在論文的寫作過程中，讓我克服了一個個困難和疑問，最終得以順利完成。</p><p>　　感謝我的家人對我學業(yè)的支持和培養(yǎng)，也是你們在迷茫和困惑的時候給我勇氣和信心，讓我能夠堅強的面對挫折。</p><p>　　感謝許昌學院對我的栽培，感謝曾教過我的所有老師，有你們的支持與鼓勵，我的大學生活才如此精彩。</p><