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1、摘要智能天线是近年来移动通信领域中的研究热点之一，应用智能天线技术可以很好地解决频率资源匮乏问题，可以有效地提高移动通信系统容量和服务质量。开展智能天线技术以及其中的一些关键技术研究对于智能天线在移动通信中的应用有着重要的理论和实际意义。但当天线接收信号存在主瓣干扰时，利用自适应波束形成技术抑制干扰会暴露出两个缺陷：一是副瓣电平增高；二是主波束变形且峰值偏移。当存在主瓣干扰且有期望信号混入情况下，用常规自适应波束形成方法进行自适应干扰对消，不但会引起主瓣变形，而且期望信号也会被抑制，从而影响对消性能。本文提出一种新的阻塞矩阵方法，对接收数据进行预处理，消除它们对计算数据协方差阵的影响，再用其它
2、方法确定自适应权值。理论分析和计算机仿真表明，用阻塞矩阵方法可以获得较大的性能提升。关键词智能天线；主瓣干扰；自适应波束形成；阵列信号处理AbstractIn recent years，Smart Antenna，which is considered to be a solution to the problem of lacking frequency，becomes a hotspot in the Mobile Communication area. With this technology，Capacity of Mobile Communication system can be
3、increased effectively and the quality of service can be improved at the same time. To study Smart Antenna and its key technologies is important both in theory and in practice. There are two disadvantages in adaptive beam forming in the presence of main lobe interference， one is heightening of side-l
4、obe level， the other is distortion and peak offset of main beam.When target signal is in the sample data， the performance of adaptive digital beam former (ADBF) will be degraded. If the interference falls into main lobe， the main beam will be distorted with conventional ADBF. A new block matrix (NBM
5、) method is proposed which preprocesses the sample data via a block matrix so that the influence of signal-of-interest (SOI) and main lobe jamming is diminished. This method avoids main lobe distortion and has the better performance of interference cancelling than the direct sample matrix inversion
6、(SMI) method. The results of simulation support the theoretical predictions.Key wordsSmart antenna; Adaptive beam forming; Main lobe interference canceling; Array signal processing 目录摘要Abstract第1章 绪论11.1背景介绍11.2主要概念21.3智能天线技术的应用需求31.4国内外研究现状41.4.1国外研究现状41.4.2国内研究现状51.5智能天线的发展前景61.6本章小结7第2章 智能天线82.1概
7、述82.2智能天线的分类82.3智能天线的基本原理与结构92.3.1智能天线的基本原理92.3.2智能天线系统的基本结构102.4 自适应波束形成算法12第3章 基于阻塞矩阵的主瓣干扰抑制算法143.1常规的自适应波束形成算法143.2基于等距线阵的统计模型153.3主瓣干扰对算法的影响163.4基于阻塞矩阵的主瓣干扰抑制173.4.1阻塞矩阵预处理173.4.2波束形成183.5仿真实验及结果分析19结论22参考文献23致谢25第一章 绪论1.1背景介绍移动通信作为未来个人通信的主要手段，在全球通信业务中占据越来越重要的地位。随着移动通信用户数的迅速增长以及人们对通话质量要求的不断提高，要求
8、移动通信网在大容量下仍保持较高的服务质量。而与此要求相对，目前移动通信中主要存在两大问题：第一，随着移动用户的增多，频谱资源日益匮乏；第二，由于信道传输条件较恶劣，所需信号在到达天线接收端前会经历衰减、衰落和时延扩展，另外还有来自其他用户的干扰，极大地限制了系统通信质量的提高。这两大问题是移动通信技术发展中的主要矛盾，也是推动移动通信技术发展的原动力。必须采取有效方法对系统进行扩容并提高服务质量。为了解决系统容量问题，第二代数字蜂窝系统中主要采用时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）两种多址方式;为了提高系统通信质量，在第二代系统中广泛采用了调制、信道编码、均衡（TDMA系统）、RAKE接
9、收（CDMA系统）等时、频域信号处理技术以及分集天线、扇形天线等简单空间处理技术。这些解决方法在发挥各自功效的同时，有着共同的不足，即无法对空域资源进行有效利用。智能天线技术正是在这样的背景下被引入到移动通信中来的。理论研究和实测数据均表明：有用信号、其延时样本和干扰信号往往具有不同的到达角（DOA）和空间信号结构，利用这种空域信息我们可以获得附加的信号处理自由度，从而能提高系统容量，并且能够更有效地对抗衰落和抑制干扰。应用于无线通信系统基站的智能天线技术正是充分利用了信号的空域信息，它能有效地扩充系统的容量，大幅度提高系统的通信质量。智能天线技术己经被公认为第三代移动通信系统的一项关键技术，
10、并越来越受到人们的关注。在提交国际电联ITU所有的3GRTT标准中，几乎都附有一条：如果有可能，本建议将采用智能天线技术：在国际电联2000年3月份的会议上，更是提出要重视在CDMA系统中使用智能天线技术，并在2000年8月份的会议上正式讨论了在CDMA系统中使用智能天线的问题。可以预见，智能天线技术将在未来的移动通信体制中占据非常重要的地位。目前，对智能天线技术的研究尚未达到实用化阶段，这主要是因为移动通信中电磁波传播环境复杂且用户是移动的，智能天线的自适应过程往往很难动态地捕获并跟踪用户信号。1.2 主要概念智能天线又称为自适应天线阵列，英文名为Smart Antenna或intellig
11、ent Antenna。智能天线技术的核心是阵列信号处理，早期应用集中于雷达和声纳信号处理领域，七十年代后期被引入到军事通信中，而应用于民用蜂窝移动通信则是近十几年的事情。一般而言，智能天线是专指用于移动通信中的自适应天线阵列（这里的移动通信系统主要指数字蜂窝移动通信系统），它利用数字信号处理技术产生空间定向波束，使天线的主波束跟踪所需用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准不希望的干扰信号到达方向，达到充分分离和有效利用用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。在移动通信的基站中使用具有全向收发功能的智能天线，可以为每个用户提供一个窄的定向波束，使信号在有限的方向区域内发送和接收，这样就可以充分利用信号发
12、射功率，降低信号全向发射带来的电磁干扰与相互干扰。智能天线是提高无线电数据通信，包括蜂窝通信、个人通信和第三代宽带CDMA等系统容量的最佳选择，它超越了任何由信道复用和各种调制技术所达到的水平。CDMA（Code Division Multiple Access）是码分多址的英文缩写，它是在数字技术的分支扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换
13、成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。SDMA（Space Division Multiple Access）是空分多址的英文缩写，移动通信中应用智能天线技术就产生了这种新的信道增容方式。它不同于传统的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）或码分多址（CDMA），这种多址方式是利用用户空间位置的不同来区分不同用户，也就是说，在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下，仍然可以根据信号不同的空间传播路径而区分不同的信号。空分多址可以与其他多址方式完全兼容，从而可实现组合的多址方式，例如空分码分多址（SD-CDMA）、空分时分多址（SD-TDMA）等，这样可以成倍地增长系统容量。码间干扰
14、（Inter-Symbol Interference，简称ISI）是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的千扰，它与高斯分布的加性噪声干扰不同，是一种乘性干扰。信道的衰减和时延失真等都可能引起ISI，实际上，只要传输信道的频带是有限的就不可避免地带来一定的ISI。以一定速度传送的波形受到非理想信道的影响表现为各码元波形持续时间拖长，从而使相邻码元波形产生重叠，从而引起判决错误，当这种线性失真严重时，码间干扰显得尤为突出。同信道干扰（Common Channel Interference，简称CCI），又叫同频干扰，它是指使用相同频率的信道之间的干扰。在蜂窝移动通信中，同信道干扰主要指使用相同频率
15、的小区间的干扰。多址干扰（ Multiple Access Interference，简称MAI），是在码分多址蜂窝移动通信中出现的一种干扰。由于在同一个小区内同时通信的用户是多个，多个用户均占同一时隙、同一频率，所不同的是选取的地址码不一样，而实际选用的地址码间的互相关函数不可能全为零，这样多个用户同时通信时必然会产生多址干扰。天线增益，取定向天线主射方向上的某一点，在该点场强保持不变的情况下，此时用无方向性天线发射时天线所需的输入功率与采用定向天线时所需的输入功率之比称为天线增益，常用“G”表示，天线增益可以用来描述天线往某一方向发射的能力。天线方向图是智能天线中一个重要概念，它是指以天线为中心，在相同的距离上，天线辐射或接收的电磁波强度随方位角或仰角变化的分布图，亦称天线波瓣图或辐射方向图。在天线方向图中，如果令空间方向最大值等于1，就叫做归一化方向图。天线方向图可以通过计算得出，也可以通过实际测量得出。利用微机可以得到方向图的三维模型。为了方便，常采用通过天线最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图。平面方向图多用直角坐标系或极坐标系表示。常用的平面方向图有：（1）水平平面方向图。它是当仰角和距离为常数时，场强或功率方位角变化的图形。（2）铅垂平面方向图。它是当方位角和距离为常数时，场强或功率随仰角变化的图形。1.3智能天线技术的应用需求移动通信系统中引入智能天线技术后
