自适应天线 电子科大5.0.

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1、1第五章第五章 自适应天线的应用自适应天线的应用 5.1 无线移动通信系统中的自适应天线无线移动通信系统中的自适应天线 5.2 智能天线智能天线 (Smart Antenna) 5.3 MIMO天线技术天线技术 5.4 自适应天线在雷达中的应用自适应天线在雷达中的应用21 龚耀寰龚耀寰, 自适应滤波自适应滤波第第11、12、13章，电子工业出版章，电子工业出版社，社，2003. 2 J.C. Liberti, T.S.Rappaport, Smart Antennas for Wireless Communications , Pearson Education, 2002。(中译中译本：无线

2、通信中的智能天线，机械工业出版社本：无线通信中的智能天线，机械工业出版社)3 刘鸣刘鸣, 袁超伟等袁超伟等智能天线技术与应用智能天线技术与应用，机械工业出版，机械工业出版社，社，2007. 4 IEEE上相关文献资料。上相关文献资料。 References35.1.1 概述概述5.1 无线移动通信系统中的自适应天线无线移动通信系统中的自适应天线无线移动通信的发展进程：无线移动通信的发展进程：TD-SCDMA452G系统主要性能：系统主要性能：6不同代的主要功能：不同代的主要功能：789 双工方式双工方式 多址方式多址方式10 多径、多址信道；多径、多址信道； 存在着信号衰落，时延扩展，多普勒频

3、率扩展，共道干存在着信号衰落，时延扩展，多普勒频率扩展，共道干扰，多址干扰等问题扰，多址干扰等问题； 已采用的办法：已采用的办法：调制解调，信道编码，均衡，普通分集调制解调，信道编码，均衡，普通分集联合等技术；日益成熟；联合等技术；日益成熟； 但进一步解决上述问题的能力有限；但进一步解决上述问题的能力有限； 自适应天线技术智能天线：自适应天线技术智能天线：The Last Frontier。 由于在无线移动通信频段内的频谱资源非常有限，如何由于在无线移动通信频段内的频谱资源非常有限，如何在有限的可用频谱范围尽可能提高频谱利用率（每在有限的可用频谱范围尽可能提高频谱利用率（每Hz带宽带宽可能传输

4、的比特率，可能传输的比特率，bps/Hz）就成为目前无线移动通信的）就成为目前无线移动通信的基本任务。基本任务。无线移动通信信道的特点：无线移动通信信道的特点：1112 智能天线采用指向期望用户的定向波束，增加了有用信智能天线采用指向期望用户的定向波束，增加了有用信号功率；号功率； 窄定向波束降低了主波束外的干扰；窄定向波束降低了主波束外的干扰； 自适应波束零点指向强干扰用户；自适应波束零点指向强干扰用户； 上述措施均使上述措施均使SINR增加，从而扩展了系统容量，提高了增加，从而扩展了系统容量，提高了频谱利用率。频谱利用率。5.1.2 采用智能天线后无线通信系统的性能改善采用智能天线后无线通

5、信系统的性能改善 增加信号对干扰噪音比增加信号对干扰噪音比 (SINR)1. 1. 提高频谱利用率和系统容量，降低误码率及出界概率提高频谱利用率和系统容量，降低误码率及出界概率13 减轻时延扩展及多径衰落减轻时延扩展及多径衰落 能实现空分多址能实现空分多址(SDMA) 传统多址技术：传统多址技术： FDMA、 TDMA、 CDMA ； 智能天线采用多个固定波束或自适应波束对服务空间进行智能天线采用多个固定波束或自适应波束对服务空间进行划分划分-空分多址空分多址(SDMA)； SDMA能够在不增加所用频带的条件下用多波束创造更多能够在不增加所用频带的条件下用多波束创造更多信道，从而大大提高频率利

6、用率和系统容量。信道，从而大大提高频率利用率和系统容量。 多径效应是形成时延扩展及衰落的原因，也是造成码间多径效应是形成时延扩展及衰落的原因，也是造成码间干扰干扰(ISI)的主要原因；的主要原因； 采用智能天线可以大大减轻时延扩展及多径衰落对接收采用智能天线可以大大减轻时延扩展及多径衰落对接收信号的影响；信号的影响； 智能天线也提供了除空间分集、极化分集之外的另一种智能天线也提供了除空间分集、极化分集之外的另一种分集分集-角度分集。角度分集。 14 减少发射功率和空间电磁干扰；减少发射功率和空间电磁干扰； 增加发射效率；增加发射效率； 在同样的最大发射功率情况下，可以扩大了基站小区的覆在同样的

7、最大发射功率情况下，可以扩大了基站小区的覆盖范围，从而减少基站数目；盖范围，从而减少基站数目； 减少切换率；减少切换率； 大大降低系统对功率控制精度的要求。大大降低系统对功率控制精度的要求。 2. 2. 改善蜂窝通信系统功能改善蜂窝通信系统功能 多发多收天线多发多收天线(MTMRA)， 也称作多入多出也称作多入多出(MIMO)技术；技术； 将信道编码、调制与智能天线相结合，能实现最优的分集处将信道编码、调制与智能天线相结合，能实现最优的分集处理；理； 系统容量与收发最小天线数成线性关系，极大地提高频谱利系统容量与收发最小天线数成线性关系，极大地提高频谱利用率。用率。 3.3.实现更完善的空间分

8、集和实现更完善的空间分集和MIMO15 将空间分成扇区已在传统蜂窝系统中应用。原理：将空将空间分成扇区已在传统蜂窝系统中应用。原理：将空间分成扇区，通常采用间分成扇区，通常采用120度扇区，在蜂窝系统中用度扇区，在蜂窝系统中用3个扇个扇区覆盖区覆盖360度。度。5.2 智能天线智能天线切换波束方式切换波束方式 (Switched Beam) 智能天线切换波束采用智能天线切换波束采用更窄波束，进一步将宏扇区更窄波束，进一步将宏扇区分成几个微扇区。当用户进分成几个微扇区。当用户进入某个扇区时，切换波束系入某个扇区时，切换波束系统选择一个最强波束对准该统选择一个最强波束对准该用户。用户。5.21 智

9、能天线的工作方式智能天线的工作方式16相对于全向或相对于全向或120度扇区波束系统，能提供更大的度扇区波束系统，能提供更大的SINR，更大的覆盖范围或更小的发射功率；更大的覆盖范围或更小的发射功率； 结构简单，工程造价低；结构简单，工程造价低； 易于与现有基站系统连接；易于与现有基站系统连接； 只需检测信号强度以确定所用波束，无需进行只需检测信号强度以确定所用波束，无需进行DOA (Direction of Arrival)估计。估计。 实现快速跟踪。实现快速跟踪。 当用户信号在波束边缘，干扰信号在波束中央时接收效当用户信号在波束边缘，干扰信号在波束中央时接收效果差；果差； 不能实现自适应干扰

10、置零，干扰抑制差；不能实现自适应干扰置零，干扰抑制差； 不能对多径分量进行相干分集联合；不能对多径分量进行相干分集联合； 扇贝现象扇贝现象(Scalloping)。 切换切换波束波束方式的优点方式的优点 切换切换波束波束方式的缺点方式的缺点17自适应阵自适应阵的工作方式见右图。的工作方式见右图。自适应阵方式自适应阵方式 通过指向波束提高期望用户的增通过指向波束提高期望用户的增益，降低噪声与干扰的影响，益，降低噪声与干扰的影响，SINR的改善优于切换波束，从而的改善优于切换波束，从而大大增加了信道容量和频谱利用率；大大增加了信道容量和频谱利用率； 可在更复杂的干扰环境下工作；可在更复杂的干扰环境

11、下工作； 自适应阵列自适应阵列方式的优点方式的优点 能对期望用户的多径信号进行合成，利用路径分集；能对期望用户的多径信号进行合成，利用路径分集； 能够根据用户到来角度的变化不断改变波束形状，使波束主能够根据用户到来角度的变化不断改变波束形状，使波束主瓣对准期望用户，零点对准干扰用户；瓣对准期望用户，零点对准干扰用户； 能实现动态小区，减少切换率。能实现动态小区，减少切换率。18 实现难度及系统造价较切换波束系统大；实现难度及系统造价较切换波束系统大； 与现有基站结合比切换波束系统困难。与现有基站结合比切换波束系统困难。 自适应阵列自适应阵列方式的缺点方式的缺点1.M. Chryssomalli