自適應波束演算法

1. 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。

2. 「AAS」代表什麼

AAS，即"Adaptive Antenna System"的縮寫，中文直譯為「自適應天線系統」。這個術語主要在計算機和電信領域中使用，特別是在通信技術中，它代表著一種能夠根據環境變化自動調整其性能的天線技術。AAS的英文流行度為1730，表明它在相關領域的使用較為廣泛。

在自適應天線系統中，如MUSIC演算法的分析和模擬、Systolic陣結構的GSC自適應天線系統穩態研究等，都展示了AAS的復雜性和實用性。此外，自適應數字波束形成演算法、陣列研究以及在高速車輛導航系統中的抗干擾應用，都是AAS技術的重要應用場景。

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