智能天线技术的研究

摘 要：经济的快速发展及电子技术的进步使得通信技术相较于以往取得了长足的发展，尤其是智能天线在移动通信系统中的应用使得移动网络在语音通信、数据传输方面都得取得良好的应用效果。智能天线技术是新一代移动通信系统中最为重要也是最为核心的环节。通过智能天线的应用能够有效地增大移动通信系统的容纳量，其通过对频谱资源进行合理的利用，从而使得移动通信系统能够发挥出更好的效果。智能天线得以发挥良好应用效果的核心主要是由于自适应波束形额成器在其中的应用。自适应波束形额成器在使用时通过对用于信号的来波方向进行分析，从而将通信的主波束对准所期望的方向，自适应波束形额成器中的旁瓣或是零陷则对准干扰信号的来向。从而最大限度地提高通信的质量。文章在分析智能天线特点的基础上智能天线的应用原理进行分析阐述。

关键词：智能天线；自适应波束形额成器；研究

1 智能天线阵元模型简述

在智能天线的阵元模型中根据单元所布置形式的不同可以将其分为直线阵列、圆形阵列以及方形阵列等多种类型。直线阵列是一种在智能天线阵元布置中采用较多的一种布阵方式，在这一形式中通过将多个互相分离的单元的中心按照一条直线进行排列，在排列中采用较多的是均匀排列的方式。采用此种振元分布方式，各分布单元的电流、相位等都呈现出等差级数分布的特点，且各单元都会依次超前或滞后一个相同的角度α。圆形阵列也是在智能天线中采用较多的振元排布方式，其多应用于相控阵雷达、无线电定位、声纳等的系统中，当采用圆形的智能天线振元排布方式时由于其是平面阵列，因此其能够对周边进行360°全方位角的覆盖，此外，采用此种方式还能够通过对收集到的数据进行分析的基础上对信号源的俯仰角进行相应的估算。此外，采用此种振元排布形式其在进行平面旋转时波束形状能够较为稳定的进行工作，且圆环阵既能形成的360°全方向的方向图也能形成单向波束因此能够在扫描领域体现出较强的优势。通过在智能天线中沿着X、Y方向分别布设（M×N）个无方向性阵元从而构成方形阵列，令阵元均为各向同性阵元。第（m，n）阵元的坐标为（（m-1）dx，（n-1）dy），其中dx表示x轴方向上各振元之间的间隔，dy所表示的意义与dx相同表示的是y轴方向上各振元之间的间隔.x，y轴方向上所组成的阵列的参考点位于原点。

2 智能天线基本工作原理分析

智能天线主要工作模式分为波束形成系统和自适应波束形成系统两种实现形式。其工作原理如图1所示。

切换波束形成系统通过利用多个预定义的并行波束实现整个区域用户的全覆盖，各并行波束所指向的方向和宽度都是预先设定且相对固定的。当进行移动通信时，如通信的信号在信号覆盖范围内进行移动为确保取得良好的通信质量，切换波束阵列系统会通过计算选择最优信号接收方式，通过在在预定义的并行波束中选择能够使接收信号电平最强的波束。通过所选用并行波束同时实现以移动通信信号的传输，从而获取良好的通信质量。采用此系统来进行通信的优点在于通过预定义的固定波束来实现各波束之间的最优切换，这一模式的采用实现的成本较低且技术易于实现，能够与现有基站进行较为方便的连接，不足之处则是无法对移动通信信号进行自适应跟踪。

自适应波束形成系统主要由前端天线阵列和中央信号处理器所组成，两者之间形成一个闭环形式的反馈系统。反馈控制模块通过依靠某种判决准则（代价函数）动态地调整天线阵列的权值来调整天线的方向图，从而确保用户在通信时能够将方向图的最大增益方向对准期望用户，从而确保最佳通信质量。简单来说就是在智能天线通信的过程中会包含有多种成分，既包含有期望振元所接收到的电磁信号也包含有其他因振元位置差异而存在的相角超前或是滞后及相位差，为实现信号的良好通信在经过计算后对相应振元的相角和相位进行一系列的调整，而反馈单元主要实现的是通过输出与期望信号的误差来实现对于控制加权参数的调节，以此来将智能天线的输出信号调整为最佳接收模式。

3 智能天线LMS算法

根据上述两种通信模式的不同可以将智能天线的通信算法分为传统自适应算法与基于波源方向 （DOA）和空间特征检测的控制算法两大类，其中传统自适应控制算法主要是通过对阵列输出和信号特征 （如信干比SIR、信包络、信号强度、与参考信号的误差等）进行相应的检测，并通过算法来对其中某些不达标的信号特征进行相应的调节。为实现对于信号的调节可以通过采用最小均方算法（（LMS），递归最小平方算法（（RLS）和恒模算法（CMA）等的调整方案。一般来说，通过先期测量来对本地参考信号进行一定的设定来实现对于阵列权矢量的调整从而将阵列输出与参考信号的误差均方值降至最低。

4 结束语

智能天线是移动通信的核心，通过提高频谱的利用率，能够有效的环节频谱资源匮乏所带来的通信不足缺陷，并同时提升移动通信系统的系统容量和通信质量。本文在分析智能天线特点的基础上对LMS算法进行了分析介绍，并通过计算机仿真的方式对其通信性能进行了验证。

参考文献

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