智能天線演算法演算法

㈠ 什麼是最小均方(LMS)演算法

全稱 Least mean square 演算法。中文是最小均方演算法。
感知器和自適應線性元件在歷史上幾乎是同時提出的，並且兩者在對權值的調整的演算法非常相似。它們都是基於糾錯學習規則的學習演算法。感知器演算法存在如下問題：不能推廣到一般的前向網路中；函數不是線性可分時，得不出任何結果。而由美國斯坦福大學的Widrow和Hoff在研究自適應理論時提出的LMS演算法，由於其容易實現而很快得到了廣泛應用，成為自適應濾波的標准演算法。
LMS演算法步驟：
1,、設置變數和參量：
X(n)為輸入向量，或稱為訓練樣本
W(n)為權值向量
b(n)為偏差
d(n)為期望輸出
y(n)為實際輸出
η為學習速率
n為迭代次數
2、初始化，賦給w(0)各一個較小的隨機非零值，令n=0
3、對於一組輸入樣本x(n)和對應的期望輸出d，計算
e(n)=d(n)-X^T(n)W(n)
W(n+1)=W(n)+ηX(n)e(n)
4、判斷是否滿足條件，若滿足演算法結束，若否n增加1，轉入第3步繼續執行。

㈡ 智能天線的實現原理

智能天線技術前身是一種波束成形（Beamforming）技術。波束成形技術是發送方在獲取一定的當前帶指時刻當前位置發送方和接收方之間的信道信息，調整信號發送的參數，使得射頻能量向接收方所處位置集中，從而使得接收方接收到的信號質量較好，最終能保持較高的吞吐量。該技術又分為晶元方式（On-Chip） 和硬體智能天線方式 （On-Antenna）的兩種。
智能天線的原理是將無線電的信號導向具體的方向，產生空間定向波束，使天線主波束對准用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對准干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信號並刪除或抑制干擾信號的目的。同時，智能天線技術利用各個移動用戶間信號空間特徵的差異，通過陣列天線技術在同一信道上接收和發射多個移動用戶信號而不攔塵發生相互干擾，使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效。在不增加系統復雜度的情況下，使用智能天線可滿足服務質量和網路擴容的需要。
智能天線系統的核心是智能演算法，智能演算法決定瞬時響應速率和電路實現的復雜程度，因此重要的是選擇較好演算法實現波束的智能控制。通過演算法自動調整加權值得到所需空間和頻率濾波器的作用。已提出很多著名演算法，概括地講有非盲演算法和盲演算法兩大類。非盲演算法是指需藉助參考信號（導頻序列或導頻信道）的演算法，此時，接收端知道發送的是什麼，進行演算法處理時要麼先確定信道響應再按一定準則（比如最優的迫零准則zero forcing）確定各加權值，要麼直接按一定的准則確定或逐漸調整權值，以使智能天線輸出與已知輸入最大相關，常用的相關准則有SE（最小均方誤差）、LS（最小均方）和LS（最小二乘）等。盲演算法則無需發端傳送已知的導頻信號，判決反饋演算法（Decision Feedback）是一種較特殊的演算法，接收端自己簡行禪估計發送的信號並以此為參考信號進行上述處理，但需注意的是應確保判決信號與實際傳送的信號間有較小差錯。

㈢ 智能天線的智能天線的基本概念

在移動通信環境條件下，復雜的地形、建築物的結構都會對電波的傳播產生影響，大量用戶間的相互作用也會產生時延擴散、瑞利衰落、多徑、信道干擾等，從而會使通信質量受到影響。採用智能天線可以有效地解決這些問題。智能天線採用空分多址技術，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號區分開來，最大限度地利用有限的信道資源。
智能天線的核心在數字信號處理部分，它根據一定的准則，使天線陣產生定向波束指向用戶，並自動地調整權重系數以實現所需的空間濾波。智能天線需要解決的兩個關鍵問題是辨識信號的方向和自適應賦形的實現廳賣。辨識哪察信號到達方向，代表的演算法有MUSIC（MUltipleSIgnalClassification）演算法、ESPRIT（）演算法、最大似然法等。自適應波束賦形的目的是通過自適應演算法得到最佳加權系數。採用何種演算法首先需要考李伏茄慮自適應准則，主要有最大信噪比（SNR）、最小均方誤差（MMSE，MinimumMeanSquareError）、最小方差、最大似然等。常用的自適應演算法有DMI（DirectMatrixInverse，直接抽樣協方差矩陣求逆）演算法、LMS（LeastMeanSquare，最小均方）演算法、RLS（RecursiveLeastSquares，遞歸最小二乘）演算法、CMA（ConstantMolusAlgorithm，恆模演算法）等。

㈣ 高手些謝謝！

摘要：本文討論了智能天線技術在未來移動通信系統中的重要作用。澄清不同的智能天線技術的實現：組件空間和波束空間的方式方法，並分析了智能天線的TDMA方式的系統結構的實現。最後，應用智能天線技術，並討論了智能天線技術的困難，並討論了自適應天線相結合的多波束天線的新方案。

關鍵詞：移動通信[13]智能天線[6]多波束智能天線[1]自適應陣列智能天線[1]

隨著全球通信的飛速發展服務，個人通信作為未來無線移動通信技術引起極大關注的主要手段。如何消除同信道干擾（CCI），多址干擾（MAI）和多徑衰落的影響的人成為在無線移動通信系統中考慮了改進的性能的主要因素。使用數字信號處理技術的智能天線，產生的光束在空間的定向，用戶信號，旁瓣或零陷干擾信號的到來的取向方向的到達天線主波束方向的取向，以實現充分和有效地利用該移動用戶的刪除或抑制干擾信號，並且信號的目的。和其他日益深入的技術和成熟相比，干擾削減，應用研究智能天線技術在移動通信變得更加方興未艾，顯示出巨大的潛力。

1智能天線技術的起源和發展

通常包括多波束智能天線和自適應智能天線陣列智能天線。最初廣泛應用於智能天線

雷達，聲納及軍事通信，價格等因素一直未能因其他通信領域的普及。近年來，現代數字信號處理技術的迅速發展，數字信號處理晶元的處理能力不斷提高，晶元的價格已經可以接受的現代通信系統。同時，在基帶形成天線波束的使用數字技術成為可能，以代替模擬電路的天線波束形成的方法，提高天線系統，智能天線技術的可靠性和靈活性，因此，開始了在移動通信中使用。另一方面，移動通信用戶的數量正在迅速增加，人們正在通話質量的要求也在不斷提高，這就需要高容量電池仍處於高語音質量。智能天線可以用來滿足產能擴張的需求，又不在系統案件的復雜程度顯著增加。不同於傳統的扇區天線和天線分集的方法，所述全向接收天線，以提供窄指向性波束為在基站中的有限區域用信號的發送和接收方向上的每個用戶，充分利用了信號的發射功率的，減少電磁污染的排放造成的全向信號和相互干擾。不同於傳統的時分多址（TDMA），頻分多址（FDMA）或碼分多路訪問（CDMA）模式，引入智能天線的第四維定址模式：空分多址（SDMA）方式。在同一時隙中，在相同的頻率或相同的地址碼，則用戶仍然可以不同傳播路徑的基礎上的信號空間的區別。時空濾波器對應於智能天線在多個不同的用戶並發控制的定向天線波束，用戶可以顯著減少彼此之間的信號干擾。具體而言，智能天線會改善下列性質的將來的移動通信系統：？（a）擴大系統的覆蓋區域，（2），以增加系統容量，（3）以提高頻譜利用效率，（4），以減少所述基站的發射功率節省系統成本，減少電磁污染之間的信號干擾。

智能天線可以通過模擬電路來實現：在第一圖表根據進給方向，以確定所述天線的激發系數，然後確定是喂養飼料的波束形成網路的網路。由於進料，以形成一個矩陣連線，這是復雜的實現，而增加數組元素的數目，這就增加了電路的復雜性。為此，利用數字方法實現了所謂的數字波束形成DBF的移動通信用智能天線波束形成的將來（數字波束形成）的天線。軟體設計採用自適應演算法更新完成後，將無法更改系統硬體配置的前提下，提高了系統的靈活性。

<br的智能天線技術

2實施/>智能天線可分為兩類：多波束智能天線和自適應陣列智能天線，簡稱多波束天線和自適應陣列天線。使用多個平行光束，以覆蓋整個用戶區是一個固定點的每個波束的

多波束天線，波束寬度是與數組元素的數目被確定來確定。如在小區中的移動用戶，基站選擇不同的相應波束接收到的最強信號。因為用戶信號不一定是固定在梁的中心，當用戶是在光束中，當干擾信號位於波束接收最壞的中心的邊緣，在多波束天線可以達到最佳的信號接收，它通常被用作接收天線。但是，相比具有自適應陣列天線，具有簡單結構的多波束天線，無需用戶信號的優點的到達方向的確定。

使用自適應陣列天線到天線元件4的結構16的1/2波長，當陣元間距過大的陣元間距，接收信號降低的相關度彼此，太小的圖案形成的不需要的光柵波瓣，但一般取半波長。分布式數組元素的方法是線性的，環型和扁平型。自適應天線的主要類型的智能天線，全向天線，可以實現接收和發送信號的用戶完成。形成在該方向上使用數字信號處理技術來識別到達與天線主波束的用戶信號指示的自適應陣列天線系統。根據不同用戶的信號傳播方向不同的空間信道的空間，相當於有線傳輸線的信號的自適應陣列天線，有效地克服干擾的系統的影響。

用對美元的加權接收信號，形成天線波束數字方法的智能天線，主波束對准，使得用戶信號的方向，而干擾信號的調零天線圖案形成或較低的功率模式的方向獲得，以抑制干擾。取決於天線的波束成形處理，智能天線的方法分為兩類：組件處理空間和光束空間的方法，下面分別進行討論。

2.1組件空間方法

空間處理組件，所述天線圖案的輸出對齊以到達的主瓣用戶信號的方向的方向。因為數組元素成分信號，而不進行模數轉換（ADC），直接加權等處理，所謂的裝配空間的方法。

2.2不同波束處理和裝配間隙空間的做法是，從數組中的元素成分，受到相應的處理（信號接收和模擬數字轉換器（ADC），例如作為快速傅立葉變換），得到一組相互正交的空間波束，然後通過波束選擇，從可根據需要部分或全部波束形成器輸出圖案的陣列選擇。

因為用戶經常信號淹沒在雜訊和干擾信號，並且很難獲得所接收信號的最佳權重矩陣元素。使用波束空間方式可以從以上幾個光束，以獲得該信號滿足質量要求，從而減少了計算量選擇最強的信號光束和降低系統的復雜性，同時滿足的前提下接收陣列。

智能天線技術在實施過程中可以使用不同的演算法，有最小均方演算法（LMS），遞歸最小二乘演算法（RLS）和恆模演算法（CMA）。其中最小均方（LMS），遞歸最小二乘演算法（RLS）的系統，以提供與用戶的參考信號，以計算誤差，控制陣列的權重相關聯的信號。恆模（CMA）演算法利用陣列輸出信號恆包絡原理，無需參考信號，是盲均衡方法。考慮整體的通信系統中，智能天線技術無關的方式傳統的多址和調制類型可應用於TDMA，FDMA或CDMA多址系統。然而，在具體實施過程中，天線接收結果是有區別的。

以提高移動通信系統中，智能天線在基站主要作用的能力的重要手段。對於雙工型全向天線，時分雙工自適應天線（TDD）模式是比較合適的。頻分雙工（FDD）模式，因為在上行鏈路（從用戶到基站）和下行鏈路（從基站到用戶）的頻率間隔為45MHz或80MHz時，受頻率選擇性衰落的無線信號的傳播環境是不一樣的，根據由上行鏈路所計算的權值不能直接應用於下行鏈路。在TDD模式下，上行鏈路和下行鏈路間隔時間短，使用所發送的信號相同的頻率上的下行鏈路的無線傳播環境差異不大，則可以使用相同的權重，在TDD方式比FDD模式更好。工作在較高的頻率，以滿足半波長陣元間距的條件下將來的移動通信系統中，天線的尺寸可以更小，從而使利用智能天線的移動客戶端也是可以的。當

3智能天線研究

目前正在建立技術標準的第三代移動通信，歐洲，日本和美國重視智能天線技術的未來具有重要意義移動通信方案的地位和效力。已經進行了大量的理論分析，同時也建立了一些技術測試平台。

3.1歐洲

歐洲電信委員會（CEC）在比賽中（研究到先進的通訊在歐洲）計劃實施的所謂的海嘯（在該技術智能天線技術的第一階段通用先進的移動基礎設施）智能天線，來自德國，英國，丹麥和西班牙的合作。

智能天線施工項目團隊在基於現場試驗的DECT基站測試模式開始於1995年初。天線陣元組成的1.89GHz的8 RF工作頻率，陣元間距是可調的數組元素分布是線性的，環狀的和平面的三種形式。模型與數字波束形成方法來實現智能天線，採用專用的時代使用TMS320C40晶元作為中央控制科技有限公司ASIC晶元DBF1108完成波束形成。波束空間研究方案，包括裝卸和組裝空間的方法。收發器模塊的方法是全向天線類型，使用TDD雙工模式。信號識別MUSIC演算法的到達方向的系統評估，自適應演算法有NLMS（歸一化最小均方）演算法和RLS（遞歸最小二乘）演算法。

實驗系統，以驗證智能天線的功能，這兩個用戶的四個空間信道（包括上行鏈路和下行鏈路）的時，誤碼率測試系統（BER）比10-3為佳。採用MUSIC演算法的能力的信號方向的用戶識別實驗評價，同時，通過現場試驗，表明該環與該平面天線用於室內通信環境中，而不是像城市環境是一個簡單的線性陣列是比較合適的。

歐洲電信委員會（CEC）准備繼續智能天線技術在ACTS（先進的通信技術和服務）項目，主要集中在以下具體問題研究的第二個階段：最優波束形成演算法，系統研究和系統性能評估協議，多用戶檢測和自適應天線結構，信道估計和微蜂窩和現場試驗優化的空間和時間特徵。

3.2日

ATR光電通信研究所研製的多波束智能天線的波束空間為基礎的方法。天線單元間距半波長平面正方形陣列元件16的布局，射頻工作頻率為1.545GHz。接收信號的模數轉換後的數組元素成分，快速傅立葉變換（FFT）處理，正交波束形成後，分別使用恆模（CMA）演算法或最大比率組合分集演算法。天線數字信號處理的FPGA部分由10完成整板規格為23.3厘米×34.0厘米。

採用恆模（CMA）演算法的多波束天線功能的移動現場試驗證實。理論分析和實驗表明，使用最大比合並（MRC）演算法可以提高多波束天線增益在光束的橫截面。梁內兩個節目被形成，所接收到的信號的最大電平的選擇，而不區分用戶信號到達方向和反饋控制機制，例如硬體跟蹤裝置。

ATR的研究人員已經提出了圖5所示的基於軟體的智能天線的天線的概念：根據不同的用戶環境中，其影響了系統的性能（如雜訊或同信道主要因素干擾符號之間的干擾）是不同的，使用軟體方法來實現使用不同的演算法不同的環境中，例如當雜訊是主要因素使用多波束最大比值合並（MRC）演算法時，當同信道干擾是使用多波束恆模時的主要因素演算法（CMA），為了利用FPGA實時天線配置，以提供分集演算法，完成智能處理。

3.3美國和其他

ArrayComm公司和中國郵電研究院研製辛未應用於無線本地環路（WLL）智能天線系統。用於配置變陣元，12元和4元圓形自適應陣列針對不同的環境選擇ArrayComm公司的產品。在日本進行的田間試驗表明，採用該技術的PHS基站使系統容量提高四倍。使用八個圓形自適應陣列無線在1785MHZ1805MHz工作，使用TDD雙工方式，收發間隔10ms的信威智能天線陣元，最高接收靈敏度可提高9分貝。

另外，美國德克薩斯大學奧斯汀分校的SDMA組建立了智能天線的測試環境，進行實際系統相結合的理論。加拿大麥克馬斯特大學已採用恆模（CMA）演算法開發了4元陣列天線。大學相關研究國內部分也正在進行中。

4結束語

智能天線，以改善近年來系統容量具有巨大潛力，備受關注。然而，由於執行復雜的因素影響的自適應過程中，這是很難捕捉和跟蹤用戶信號動力學，再加上移動的空時信道盲辨識多用戶和多徑的情況下也是困難的，所以使用自適應陣列智能天線在移動環境中存在的困難。從目前的情況來看，智能天線正逐步在固定無線接入系統應用，以滿足用戶的固定和無線傳播環境不斷變化的情況。同時，多波束天線也是一個比較容易實現的折衷。總之，在智能天線用於未來的移動通信系統應基於高性能數字信號處理技術，現有的系統不顯著增加的折衷解決方案的復雜性。

㈤ 智能天線在WCDMA中的應用，我論文要用寫的詳細點…謝謝了

智能天線採用空分復用(SDMA)方式,利用信號在傳播路徑方向上的差別,將時延擴散、瑞利衰落、多徑、信道干擾的影響降低,將同頻率、同時隙信號區別開來,和其他復用技術結合,最大限度的利用頻率資雀拍源。智能天線基於自適應天線陣原理,利用天線陣的波束賦形產生多個獨立的波束,並自適應地調整波束方向來跟蹤每一個用戶,達到提高信號SINR(最大信噪比)、增加系統容量的目的。採用智能天線技術實際上是通過數字信號處理使天線陣為每個用戶自適應地進行波束賦形,相當於為每個用戶形成了一個可跟蹤的高增益天線。因此天線的增益不再與用戶所處的位置有直接關系,用戶所在方向上的增益總是最強而其他方向上的增益大大減小。由於其體積及計算復雜性的限制,目前僅適用於在基站系統中的應用。智能天線包括兩個重要組成部分一是對來自移動台發射的多徑電波方向進行到達角AOA(AngleOfArrival)的估計,並進行空間濾波,抑制其他移動台的干擾;二是對基站發送信號進行波束成型,使基站發送信號能夠沿著移動台電波的到達方向發送回移動台,也就是信號在有限的方向區域發送和接收。充分利用了信號的發射功率,從而降低發射功率,減少對其他移動台的干擾。從需求的角度，隨著全球移動用戶數量的快速增長，對於移動通信系統的需求越來越大，甚至出現容量不足的問題。增加系統容量的需求推動了數字蜂窩的開發。在數字移動通信系統中有三種基本的多址接人方式：頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。它們分別在頻域、時域和碼域上實現用戶的多址接入，而空域資源尚未得到充分的利用。智能天線正是致力於空域資源的開發，是一種解決目前頻譜資源匱乏，無線系統容量不足的有效途徑。從技術發展的角度，隨著電磁學和信號處理技術的發展，近20年來自適應陣列的研究工作取得了很大進展。20世紀90年代以來，陣列處理被引入移動通信領域，很快形成了一個新的研究熱點——智能天線(smartantenna)。智能天線是基於自適應天線陣原理，利用天線陣的波束賦形產生多個獨立的波束，並自適應地調整波束方向來跟蹤每一個用戶，達到提頃蔽羨高信號干擾雜訊比SlNR(Signal—to—InterferenceandNationRatio)，增加系統容量的目的。採用智能天線技術，實際上是通過數字信號處理，使天線陣為每個用戶自適應地進行波束賦形，相當於為每個用戶形成了一個可跟蹤他的高增益天線，從而既可以進行全方位通信，又可以用較小的發射功率覆蓋相同的范圍。對於移動通信系統，一般只考慮在基站使用智能天線。這主要是因為CDMA系統的反向鏈路是弱鏈路，基站接收的每個用戶信號不僅受到本小區的前向鏈路使用用戶受到的干擾較小。在基站用智能天線的另一個原因是基站對天線陣列的功率、體積等沒有嚴格的限制，而移動用戶則不然。通過在基站使用全向收發智能天線，可以為每個用戶提供一個窄的定向波束，使信號在有限的方向區域發送和接收，充分利用了信號的發射功率，降低了信號全向發射帶來的電磁污染與相互干擾。具體而言，智能天線將在以下幾個方面提高未來移動通信系統的性能：第一，擴大系統的覆蓋范圍；第二，提高系統容量；第三，提高頻譜利用率；第四，降低基站發射功率，節省系統成本，減少信號間干擾與電磁環境污染。在CDMA系統中能夠比較容易的產生與期望信號密切相關的參考信號，這是許多智能演算法實現所必須的，因此，智能天線技術比較適用於CDMA移動通信系統。測信號的強度，從一個波束切換到另一個波束，通過區域選擇來實現對用戶的大致跟蹤。可以認為預多波束系統是對移動通信環境在波束空間的部分自適應。而自適應陣列系統則實現了對移動通信環境在空間域上的完全自適應。自適應天線技術通過自適應信號處理演算法，使天線陣實時地產生定向波束准確地指向移動用戶，從而實現對各移動用戶的自動跟蹤和定位，有效地抑制了干擾信號，同時增強了對有用信號的接收。自適應天線系統不用預先形成固定波束，而是根據信號環境的改變實時地調整波束方向，這顯然比波束切換系統的性能要好，但是實現上的復雜度也相對較高。而預多波束系統與陣元空間的完全自適應相比盡管有一定的性能損失，但由於其實現的簡單而受到了一定的重視。 智能天線主要用途和應用進展 智能天線可以多址干擾，而且受到相鄰小區用戶的干擾，相比之下明顯改善無線通信系統的性能，提高系統的容量。並賣具體體現在下列方面：一、提高頻譜利用率 採用智能天線技術代替普通天線，提高小區內頻譜復用率，可以在不新建或盡量少建基站的基礎上增加系統容量，降低運營商成本。二、迅速解決稠密市區容量瓶頸 未來的智能天線應能允許任一無線信道與任一波束配對，這樣就可按需分配信道，保證呼叫阻塞嚴重的地區獲得較多信道資源，等效於增加了此類地區的無線網路容量。三、抑制干擾信號 智能天線對來自各個方向的波束進行空間濾波。它通過對各天線元的激勵進行調整，優化天線陣列方向圖，將零點對准干擾方向，大大提高陣列的輸出信干比，改善了系統質量，提高了系統可靠性。對於軟容量的CDMA系統，信干比的提高還意味著系統容量的提高。四、抗衰落高頻 無線通信的主要問題是信號的衰落，普通全向天線或定向天線都會因衰落使信號失真較大。如果採用智能天線控制接收方向，自適應地構成波束的方向性，可以使得延遲波方向的增益最小，降低信號衰落的影響。智能天線還可用於分集，減少衰落。五、實現移動台定位 採用智能天線的基站可以獲得接收信號的空間特徵矩陣，由此獲得信號的功率估值和到達方向。通過此方法，用兩個基站就可將用戶終端定位到一個較小區域。由於目前蜂窩移動通信系統只能確定移動台所處的小區，因此移動台定位的實現可以使許多與位置有關的新業務得以方便地推出，而發展新業務是目前移動運營商提升ARPU值、加強自身競爭力的必然手段。

㈥ LTE智能天線的工作原理是怎樣的

它通過滿足團局某種准則的悔襪演算法去調節各陣元信號的加權幅度和相位，從碧或激而調節天線陣列的方向圖形狀，以達到增強所需信號抑制干擾信號的目的

㈦ 陣列天線與智能天線原理

19021110368 余昆

1. 陣列天線

陣列天線是一類由不少於兩個天線單元規則或隨機排列並通過適當激勵獲得預定輻射特性的特殊天線。陣列天線的輻射電磁場是組成該天線陣各單元輻射場的總和—矢量和由於各單元的位置和饋電電流的振幅和相位均可以獨立調整，這就使陣列天線具有各種不同的功能，這些功能是單個天線無法實現的。方向圖原理：對於單元數很多的天線陣，用解析方法計算陣的總方向圖相當繁雜。假如一個多元天線陣能分解為幾個相同的子陣，則可利用方向圖相乘原理比較簡單地求出天線陣的總方向圖。

一個可分解的多元天線陣的方向圖，等於子陣的方向圖乘上以子陣為單元的天線陣的方向圖。這就是方向圖相乘原理。一個復雜的天線陣可考慮多次分解，即先分解成大的子陣，這些子陣再分解為較小的子陣，直至得到單元數很少的簡單子陣為止，然後再利用方向圖相乘原理求得陣的總方向圖。這種情況適應於單元是無方向性的條件，當單元以相同的取向排列並自身具有非均勻輻射的方向圖時，則天線陣的總方向圖應等於單元的方向圖乘以陣的方向圖。

2.智能天線

e( k )=d( k )-w H x( k )利用最小均方誤差法(MSE)求出

E[|e|2]=E[|d|2]-2w H r+w H Rxxw

相關性r定義為r=E[d*.x]=E[d*.(x s +x i +n)]

Rxx=E[xx H ]=Rss+R uu

Rss=E[xsxs H ]

R uu =R ii +R nn

對任意權值，可以求均方誤差關於權向量的梯度，由維納-霍普夫方程表示為

▽ w (E[|e|2])=2Rxxw-2 r

如果令參考信號d等於期望信號s，且s與所有干擾源無關，則可化簡相關性r，得r=E[s*.x]=S.a0

其中S=E[|s|2]，最優權值可表示為

WMSE=SR xx -1a0

各用戶的波達方向的估計演算法主要有延遲-相加法、capon法、MUSIC法等。運用矩陣定義

X=AS+N

其中S為波前信號，N為測量雜訊，X為天線陣元的輸出信號。式中A為陣元對信號源的響應函數。具體為

X=[ x 1(t)  x 2(t) …  x m(t)] T

S=[s1(t) s2(t) … sD(t)] T

N=[n1(t) n2(t) … n M (t)] T

延遲-相加法(經典波束形成法)的輸出功率與達波方向DoA的關系為

P cbf (q)=w H R uu w=a H (q)R uu a(q)

Capon法的陣列輸出功率與波達方向DoA的關系為

MUSIC法的陣列空間譜為

其中V為雜訊特徵向量矩陣。

㈧ 智能天線的天線結構

智能天線由三部分組成：實現信號空襲型叢間過采樣的天線陣；對各陣元輸出進行加權合並的波束成型網路；重新合並權拍櫻值的控制部分。在移動通信應用中為便於分析、旁瓣控制和DOA（到達方向）估計，天線陣多采租此用均勻線陣或均勻圓陣。控制部分（即演算法部分）是智能天線的核心，其功能是依據信號環境，選擇某種准則和演算法計算權值。

㈨ 智能天線的研究簡史

日本最早開始智能天線的研究是在20世紀70年代。到1987年，研究人員已經指出基於最小均方誤差（MMSE）准則的自適應天線能夠減小多徑衰落，因而可以用於高速移動通信應用中。自此，日本學者展開了大量的針對移動通信環境的智能天線研究，包括自適應處理演算法、數字波束形成方案、WCDMA中的多址干擾抑制方法，以及基站和移動終端上分別適用的智能天線類型等。其中，較早的有日本郵政電信部通信研究實驗室的智能天線系統和NTT-DoCoMo公司研製的用於3G的UMTS W-CDMA體制的智能天線實驗系統。前者工作於1.5 GHz，針對TDMA方式採用GMSK調制，數碼率可達256 kbps。系統利用4陣元天線進行多徑時延對消以消除多徑衰落，權值更新採用恆模（CMA）演算法在東京進行的實驗表明：自適應天線技術在無線高速數據傳輸和存在選擇衰落的情況下仍能很好地對消多徑時延信號。後者則採用2D-RAKE接收機結合MMSE自適應波束形成演算法進行處理。實驗系統有3個小區基站用以評估切換和其他的網路功能。實驗結果表明，就平均誤碼率（BER）而言，智能天線比空間分集有明顯改善。
此外，日本ATR光電通信研究所也研製了基於波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長的16陣元平面方陣，射頻工作頻率是1.545GHz。陣元組件接收信號在經過低雜訊放大、下變頻和模數變換後，進行快速傅氏變換（FFT）處理，形成正交波束後分別採用恆模（CMA）演算法或最大比值合並分集（MRC）演算法。野外移動試驗確認了採用恆模演算法的多波束天線功能。理論分析及實驗證明使用最大比值合並演算法可以提高多波束天線在波束交叉部分的增益。在此基礎上，ATR的研究人員提出了基於智能天線的軟體天線概念：根據用戶所處環境不同，影響系統性能的主要因素（如雜訊、同信道干擾或符號間干擾）也不同，利用軟體方法實現不同環境應用不同演算法。比如當雜訊是主要因素時，則使用多波束MRC演算法，而當同信道干擾是主要因素時則使用多波束CMA演算法，以此提供演算法分集，利用FPGA實現實時天線配景，完成智能處理。
隨後，ATR研究所又針對移動通信中移動終端上適用的智能天線形式進行了大量探討，最終提出了單埠電激勵的ESPAR天線。該天線巧妙地利用了各陣元之間的耦合，在天線處實現了空間濾波。 歐洲通信委員會（CEC）在RACE計劃中實施了第一階段智能天線技術研究，稱為TSUNAMI。實驗評測了採用MU-SIC演算法判別用戶信號方向的能力，同時，通過現場測試，表明圓環和平面天線適於室內通信環境使用，而市區環境則更適合採用簡單的直線陣。
此後，歐洲通信委員會（CEC）又在ACTS計劃中繼續進行了第二階段智能天線技術研究，即TSUNAMIⅡ，旨在考察第三代移動通信中採用智能天線系統的可行性和具體優勢。通過大量宏蜂窩和微蜂窩的實驗，用以驗證智能天線系統在商用網路中的工作情況。通過對兩套系統收發性能的比較，證實了實際的智能天線方向圖與理論方向圖的一致性，實際所能達到的干擾抑制能力與理想的干擾抑制能力相差通常在2dB以內。實驗結果同時也說明，智能天線系統在郊區宏蜂窩環境下的干擾抑制水平比較理想，而在市區微蜂窩環境下的干擾抑制能力則與環境雜波有關。 美國和中國也研製出應用於無線本地環路（WLL）的智能天線系統。該產品採用可變陣元配置，有12元和4元環形自適應陣列可供不同環境選用，在日本進行的現場實驗表明，在PHS基站採用該技術可以使系統容量提高4倍。此外，ArrayComm還研製出用於GSM、PHS和無線本地環路的IntelliCell天線，該天線已經在全球多個國家投入實用。除ArrayComm以外，美國Metawave、Raython以及瑞典Ericsson都有各自的智能天線產品，這些智能天線系統都是針對移動通信開發的，用於GSM、TDMA或者CDMA。由中國提出的具有自主知識產權的3G標准之一的TD-SCDMA之中就明確規定要採用智能天線。

㈩ 智能天線技術的用途

智能天線在移動通信中的用途主要包括抗衰落、抗干擾、增加系統容量以及移動台的定位。 它採用自適應演算法，其方向圖與變形蟲相似，沒有固定的形狀，隨著信號及干擾而變化。它的優點是演算法較為簡單，可以得到最大的信號干擾比。但是它的動態響應速度相對較慢。另外，由於波束的零點對頻率和空間位置的變化較為敏感，在頻分雙工系統中上下行的響應不同，因此它不適應於頻分雙工而比較適應時分雙工系統。自適應天線陣著眼於信號環境的分析與權集實時優化上。
智能天線在空間選擇有用信號，抑制干擾信號，有時我並槐們稱為空間濾波器。雖然這主要是靠天線的方向特性，但它是從信號干擾比的處理增益來分析的，它帶來的好處是避開了天線方向圖分析與綜合的數學困難，同時建立了信號環境與處理結果的直接聯系。自適應天線陣的重要特徵是應用信號處理的理論和方法、自動控制的技術，解決天線權集優化問題。
自適應天線自出現以來，已有30多年。大體上可以分成三個發展階段：第一個10年主要集中在自適應波束控制上，第二個10年主要集中在自適應零點控制上；第三個10年主要集中在空間譜估計上，諸如最大似然譜估計、最大熵譜估計、特徵空間正交譜估計等等。在大規模集成電路技術發展的促進下，八十年代以後自適應天線逐步進入應用階段，尤其用在通信對抗。與此同時，自適應信號處理理論與技術也得到了大力發展與廣泛的應用。 固定形狀方向圖智能天線在工作時，天線方向圖形狀基本不變。它通過測向確定用戶信號的到達方向（DOA），然後根據信號的DOA選取合適的陣元加權，將方向圖的主瓣指向用戶方向，從而提高用戶的信噪比。固定形狀波束智能天線對於處於非主瓣區域的干擾，是通過控制低的旁瓣電平來確保抑制的。與自適應智能天線相比，固定形狀波束智能天線無需迭代、響應速度快，而且魯棒性好，但它對天線單元與信道的要求較高。
近年來，一些研究小組針對個人移動通信環境的DOA檢測演算法進行了相當的理論和實驗研究。Bigler等人的實驗表明，在900MHz移動通信頻段絕悶友的DOA的實測值是可以滿足固定形狀波束智能天線工程需要的，實驗中DOA估計值對測量時間、信號功率、信號頻率的變化均不敏感，各種情況下測試結果的標准偏差均小於4度。
在多徑環境下，空間信道的分析和測量是目前理論和實驗研究的熱點。已有多種傳播模型和分析方法，並用它對各種不同通信體制、不同信號帶寬、不同環境（城巿、農村、商業區、樓內）進行了分析，給出了對應的模型。在美國的Boston地區，New Jersey的高速公路，德國的Munich地區等進行了大量的測試。結果表明，在農村、城郊以及許多城區，對於窄波束，其時間色散可以減少。採用通信信號中的訓練序列進行信道估計，可以給出空間信道的響應，這也是研究的熱點之一。 智能天線需根據通信系統的傳輸特性和環境，選用不同的演算法來調整波束，甚至改變系統的資源管理狀態，為提高其運用彈性和靈活度，採用軟體無線電（SDR）實現智能天線已成為主流趨勢。軟體無線電採用開放式架構，以硬體作為其通用的基本平台，通過軟體完成功能性的重組，罩叢以滿足不同環境、多模式、多功能的通信要求，同時具備可適應性信號處理、組件可程序化的能力。在此概念下，利用軟體控制方式改變硬體特性的通信設備，均可視為軟體無線電系統。軟體無線電系統的發展方式類似於軟體開發，系統中各個硬體組件模塊可視為功能不同的對象（object），根據呼叫的不同啟動相應的執行程序，因此可直接通過下載程序代碼的方式來置換對象，即可顯現在同一硬體平台上，可適應性的調整應用架構，藉以提高系統的運用彈性和擴充能力，提供高效率、高彈性、高適應性的處理能力。因為不對硬體組態進行任何改變，所以系統具有易維護、易應用的操作環境。
鑒於未來無線通信系統的體制繁多，為使智能天線能配合系統進行平滑的技術演進，進而能更彈性地運用於多模系統中，軟體無線電將是未來智能天線研製的重要系統架構。利用軟體無線電實現智能天線系統示意如圖所示。
軟體無線電系統由不同的硬體模塊所構成，其中包括可組態通信系統模塊、基頻處理單元（含DSP及FPGA模塊）、數字寬頻收發單元（含模擬/數字轉換器（ADC）、數字/模擬轉換器（DAC））、實時操作系統及智能天線單元等。運用軟體無線電系統架構發展智能天線的最大挑戰在於各種演算法的建立。