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智能天线算法综述 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。智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA(Direction of Arrinal，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。智能天线可以分为两种类型：交换波束天线和适应阵列。交换波束使用许多窄波束天线，每个指向一个微有不同的方向，以此覆盖整个120度扇区。当扇区内的移动用户移动时，系统内的智能天线从一个天线变换到另一个天线。适应阵列使用一个阵列天线和成熟的数字信号处理来从一个位置到下一个位置转换天线束。TD-SCDMA 系统工作于TDD 方式，其上、下行信道使用同一载频，可以认为同一用户的上下行信道是完全对称的，从而有利于智能天线技术的使用。 智能天线原理 智能天线技术的原理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励，利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图。如果使用数字信号处理方法在基带进行处理，使得辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向，就能达到提高信号的载干比，降低发射功率，提高系统覆盖范围的目的。 ⑴ 智能天线的阵元通常是按直线等距、圆周或平面等距排列。每个阵元为全向天线。 ⑵ 当移动台距天线足够远，实际信号入射角的均值和方差满足一定条件时，可以近似地认为信号来自一个方向。 智能天线子系统主要包括以下组成部分： ① 智能天线阵； ② 射频前端模块（包括线性功率放大器、低噪放和监测控制电路）; ③ 射频带通滤波器； ④ 电缆系统（射频电缆、控制电缆以及射频防雷模块、低频防雷电路）。 参见下图，设以M 元直线等距天线阵列为例：（第m 个阵元） 则空域上入射波距离相差为：?d = m ? ?x ? cosθ 时域上入射波相位相差为：(2π/λ ? ?d 。 图1 智能天线结构示意图 图2 智能天线阵元波束接收 可见，空间上距离的差别导致了各个阵元上接收信号相位的不同。经过加权后阵列输出端的信号为： z (t =∑w m u m (t =A ?s (t ?∑w m e m =0m =0M -1M -1-j 2πλm ?x cos θ 其中，A 为增益常数，s (t 是复包络信号，w m 是阵列的权因子。 根据正弦波的叠加效果，假设第m 个阵元的加权因子：w m =e z (t =A ?s (t ?∑e m =0M -1-j 2πj 2πλm ?x cos ?0，则 λm ?x (cosθ-cos ?0 。 选择不同的Φ0，将改变波束所对的角度，所以可以通过改变权值来选择合适的方向。 下面我们来研究来自多个用户终端的信号。此上行信号是有多址干扰、衰落、多径传播和多普勒频移等效应，并存在其它干扰和白噪声的。通过解扩和相应数字信号处理，可以获得对 每个码道的接收数据。如果以x ji (∫ 表示第i 个接收机第j 码道的第∫个符号的数据，则在基带进行上行波束赋形（合成）后，将获得智能天线的总接收数据为： N X j (? =∑x ji (? w ij (? 。 i =1 式中，W 为上行波束赋形矩阵，其矩阵元素为w ij (∫ 。 智能天线的下一步是实现其下行波束赋形。将向此用户在第j 码道发射的第∫个符号表示为Y j (∫ 。而通过智能天线的下行波束赋形（调整基站中各个发射机所发射信号的幅度和相位），在第i 个天线阵元所发射的信号可表示为： y ij (? =∑Y j (? u ji (? i =1N 其中，U 为元素u ji (∫ 的下行波束赋形矩阵。 显然，为了获得最佳接收效果，就必须找到一种好的上行波束成形算法，即求得W 矩阵的方法；而为了让此用户获得最好的信号，就必须找到一种好的下行波束成形算法，即求U 矩阵的方法。必须说明的是，在求此波束赋形矩阵时，已知的仅仅是天线阵的几何结构和各接收机所接收到的信号。对此，学术界已作了大量的工作，有多种算法可以采用，其主要限制在基带处理器的处理能力和实时工作的要求。 在TDD 方式工用的系统中，若组成智能天线系统的各射频收发信机是全同的，由于其上下行电波传播条件相同，则可以直接将此上行波束赋形矩阵使用于下行，即令：U=W。 智能天线在FDD 方式和TDD 方式中的情况对比： ⑴ FDD 方式：由于上、下行链路信号传播的无线环境受频率选择性衰落影响不相同，所以根据上行链路计算得到的权值不能直接应用于下行链路。 ⑵ TDD 方式：上、下行链路使用相同频率传输信号，且间隔时间短，链路无线传播环境差异不大，可以使用相同权值。 TDD 方式 图3 TDD 方式更能体现智能天线的优势 FDD 方式 发展