智能天线算法算法

㈠ 什么是最小均方(LMS)算法

全称 Least mean square 算法。中文是最小均方算法。
感知器和自适应线性元件在历史上几乎是同时提出的，并且两者在对权值的调整的算法非常相似。它们都是基于纠错学习规则的学习算法。感知器算法存在如下问题：不能推广到一般的前向网络中；函数不是线性可分时，得不出任何结果。而由美国斯坦福大学的Widrow和Hoff在研究自适应理论时提出的LMS算法，由于其容易实现而很快得到了广泛应用，成为自适应滤波的标准算法。
LMS算法步骤：
1,、设置变量和参量：
X(n)为输入向量，或称为训练样本
W(n)为权值向量
b(n)为偏差
d(n)为期望输出
y(n)为实际输出
η为学习速率
n为迭代次数
2、初始化，赋给w(0)各一个较小的随机非零值，令n=0
3、对于一组输入样本x(n)和对应的期望输出d，计算
e(n)=d(n)-X^T(n)W(n)
W(n+1)=W(n)+ηX(n)e(n)
4、判断是否满足条件，若满足算法结束，若否n增加1，转入第3步继续执行。

㈡ 智能天线的实现原理

智能天线技术前身是一种波束成形（Beamforming）技术。波束成形技术是发送方在获取一定的当前带指时刻当前位置发送方和接收方之间的信道信息，调整信号发送的参数，使得射频能量向接收方所处位置集中，从而使得接收方接收到的信号质量较好，最终能保持较高的吞吐量。该技术又分为芯片方式（On-Chip） 和硬件智能天线方式 （On-Antenna）的两种。
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，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。同时，智能天线技术利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不拦尘发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。
智能天线系统的核心是智能算法，智能算法决定瞬时响应速率和电路实现的复杂程度，因此重要的是选择较好算法实现波束的智能控制。通过算法自动调整加权值得到所需空间和频率滤波器的作用。已提出很多着名算法，概括地讲有非盲算法和盲算法两大类。非盲算法是指需借助参考信号（导频序列或导频信道）的算法，此时，接收端知道发送的是什么，进行算法处理时要么先确定信道响应再按一定准则（比如最优的迫零准则zero forcing）确定各加权值，要么直接按一定的准则确定或逐渐调整权值，以使智能天线输出与已知输入最大相关，常用的相关准则有SE（最小均方误差）、LS（最小均方）和LS（最小二乘）等。盲算法则无需发端传送已知的导频信号，判决反馈算法（Decision Feedback）是一种较特殊的算法，接收端自己简行禅估计发送的信号并以此为参考信号进行上述处理，但需注意的是应确保判决信号与实际传送的信号间有较小差错。

㈢ 智能天线的智能天线的基本概念

在移动通信环境条件下，复杂的地形、建筑物的结构都会对电波的传播产生影响，大量用户间的相互作用也会产生时延扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰等，从而会使通信质量受到影响。采用智能天线可以有效地解决这些问题。智能天线采用空分多址技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。
智能天线的核心在数字信号处理部分，它根据一定的准则，使天线阵产生定向波束指向用户，并自动地调整权重系数以实现所需的空间滤波。智能天线需要解决的两个关键问题是辨识信号的方向和自适应赋形的实现厅卖。辨识哪察信号到达方向，代表的算法有MUSIC（MUltipleSIgnalClassification）算法、ESPRIT（）算法、最大似然法等。自适应波束赋形的目的是通过自适应算法得到最佳加权系数。采用何种算法首先需要考李伏茄虑自适应准则，主要有最大信噪比（SNR）、最小均方误差（MMSE，MinimumMeanSquareError）、最小方差、最大似然等。常用的自适应算法有DMI（DirectMatrixInverse，直接抽样协方差矩阵求逆）算法、LMS（LeastMeanSquare，最小均方）算法、RLS（RecursiveLeastSquares，递归最小二乘）算法、CMA（ConstantMolusAlgorithm，恒模算法）等。

㈣ 高手些谢谢！

摘要：本文讨论了智能天线技术在未来移动通信系统中的重要作用。澄清不同的智能天线技术的实现：组件空间和波束空间的方式方法，并分析了智能天线的TDMA方式的系统结构的实现。最后，应用智能天线技术，并讨论了智能天线技术的困难，并讨论了自适应天线相结合的多波束天线的新方案。

关键词：移动通信[13]智能天线[6]多波束智能天线[1]自适应阵列智能天线[1]

随着全球通信的飞速发展服务，个人通信作为未来无线移动通信技术引起极大关注的主要手段。如何消除同信道干扰（CCI），多址干扰（MAI）和多径衰落的影响的人成为在无线移动通信系统中考虑了改进的性能的主要因素。使用数字信号处理技术的智能天线，产生的光束在空间的定向，用户信号，旁瓣或零陷干扰信号的到来的取向方向的到达天线主波束方向的取向，以实现充分和有效地利用该移动用户的删除或抑制干扰信号，并且信号的目的。和其他日益深入的技术和成熟相比，干扰削减，应用研究智能天线技术在移动通信变得更加方兴未艾，显示出巨大的潜力。

1智能天线技术的起源和发展

通常包括多波束智能天线和自适应智能天线阵列智能天线。最初广泛应用于智能天线

雷达，声纳及军事通信，价格等因素一直未能因其他通信领域的普及。近年来，现代数字信号处理技术的迅速发展，数字信号处理芯片的处理能力不断提高，芯片的价格已经可以接受的现代通信系统。同时，在基带形成天线波束的使用数字技术成为可能，以代替模拟电路的天线波束形成的方法，提高天线系统，智能天线技术的可靠性和灵活性，因此，开始了在移动通信中使用。另一方面，移动通信用户的数量正在迅速增加，人们正在通话质量的要求也在不断提高，这就需要高容量电池仍处于高语音质量。智能天线可以用来满足产能扩张的需求，又不在系统案件的复杂程度显着增加。不同于传统的扇区天线和天线分集的方法，所述全向接收天线，以提供窄指向性波束为在基站中的有限区域用信号的发送和接收方向上的每个用户，充分利用了信号的发射功率的，减少电磁污染的排放造成的全向信号和相互干扰。不同于传统的时分多址（TDMA），频分多址（FDMA）或码分多路访问（CDMA）模式，引入智能天线的第四维寻址模式：空分多址（SDMA）方式。在同一时隙中，在相同的频率或相同的地址码，则用户仍然可以不同传播路径的基础上的信号空间的区别。时空滤波器对应于智能天线在多个不同的用户并发控制的定向天线波束，用户可以显着减少彼此之间的信号干扰。具体而言，智能天线会改善下列性质的将来的移动通信系统：？（a）扩大系统的覆盖区域，（2），以增加系统容量，（3）以提高频谱利用效率，（4），以减少所述基站的发射功率节省系统成本，减少电磁污染之间的信号干扰。

智能天线可以通过模拟电路来实现：在第一图表根据进给方向，以确定所述天线的激发系数，然后确定是喂养饲料的波束形成网络的网络。由于进料，以形成一个矩阵连线，这是复杂的实现，而增加数组元素的数目，这就增加了电路的复杂性。为此，利用数字方法实现了所谓的数字波束形成DBF的移动通信用智能天线波束形成的将来（数字波束形成）的天线。软件设计采用自适应算法更新完成后，将无法更改系统硬件配置的前提下，提高了系统的灵活性。

<br的智能天线技术

2实施/>智能天线可分为两类：多波束智能天线和自适应阵列智能天线，简称多波束天线和自适应阵列天线。使用多个平行光束，以覆盖整个用户区是一个固定点的每个波束的

多波束天线，波束宽度是与数组元素的数目被确定来确定。如在小区中的移动用户，基站选择不同的相应波束接收到的最强信号。因为用户信号不一定是固定在梁的中心，当用户是在光束中，当干扰信号位于波束接收最坏的中心的边缘，在多波束天线可以达到最佳的信号接收，它通常被用作接收天线。但是，相比具有自适应阵列天线，具有简单结构的多波束天线，无需用户信号的优点的到达方向的确定。

使用自适应阵列天线到天线元件4的结构16的1/2波长，当阵元间距过大的阵元间距，接收信号降低的相关度彼此，太小的图案形成的不需要的光栅波瓣，但一般取半波长。分布式数组元素的方法是线性的，环型和扁平型。自适应天线的主要类型的智能天线，全向天线，可以实现接收和发送信号的用户完成。形成在该方向上使用数字信号处理技术来识别到达与天线主波束的用户信号指示的自适应阵列天线系统。根据不同用户的信号传播方向不同的空间信道的空间，相当于有线传输线的信号的自适应阵列天线，有效地克服干扰的系统的影响。

用对美元的加权接收信号，形成天线波束数字方法的智能天线，主波束对准，使得用户信号的方向，而干扰信号的调零天线图案形成或较低的功率模式的方向获得，以抑制干扰。取决于天线的波束成形处理，智能天线的方法分为两类：组件处理空间和光束空间的方法，下面分别进行讨论。

2.1组件空间方法

空间处理组件，所述天线图案的输出对齐以到达的主瓣用户信号的方向的方向。因为数组元素成分信号，而不进行模数转换（ADC），直接加权等处理，所谓的装配空间的方法。

2.2不同波束处理和装配间隙空间的做法是，从数组中的元素成分，受到相应的处理（信号接收和模拟数字转换器（ADC），例如作为快速傅立叶变换），得到一组相互正交的空间波束，然后通过波束选择，从可根据需要部分或全部波束形成器输出图案的阵列选择。

因为用户经常信号淹没在噪声和干扰信号，并且很难获得所接收信号的最佳权重矩阵元素。使用波束空间方式可以从以上几个光束，以获得该信号满足质量要求，从而减少了计算量选择最强的信号光束和降低系统的复杂性，同时满足的前提下接收阵列。

智能天线技术在实施过程中可以使用不同的算法，有最小均方算法（LMS），递归最小二乘算法（RLS）和恒模算法（CMA）。其中最小均方（LMS），递归最小二乘算法（RLS）的系统，以提供与用户的参考信号，以计算误差，控制阵列的权重相关联的信号。恒模（CMA）算法利用阵列输出信号恒包络原理，无需参考信号，是盲均衡方法。考虑整体的通信系统中，智能天线技术无关的方式传统的多址和调制类型可应用于TDMA，FDMA或CDMA多址系统。然而，在具体实施过程中，天线接收结果是有区别的。

以提高移动通信系统中，智能天线在基站主要作用的能力的重要手段。对于双工型全向天线，时分双工自适应天线（TDD）模式是比较合适的。频分双工（FDD）模式，因为在上行链路（从用户到基站）和下行链路（从基站到用户）的频率间隔为45MHz或80MHz时，受频率选择性衰落的无线信号的传播环境是不一样的，根据由上行链路所计算的权值不能直接应用于下行链路。在TDD模式下，上行链路和下行链路间隔时间短，使用所发送的信号相同的频率上的下行链路的无线传播环境差异不大，则可以使用相同的权重，在TDD方式比FDD模式更好。工作在较高的频率，以满足半波长阵元间距的条件下将来的移动通信系统中，天线的尺寸可以更小，从而使利用智能天线的移动客户端也是可以的。当

3智能天线研究

目前正在建立技术标准的第三代移动通信，欧洲，日本和美国重视智能天线技术的未来具有重要意义移动通信方案的地位和效力。已经进行了大量的理论分析，同时也建立了一些技术测试平台。

3.1欧洲

欧洲电信委员会（CEC）在比赛中（研究到先进的通讯在欧洲）计划实施的所谓的海啸（在该技术智能天线技术的第一阶段通用先进的移动基础设施）智能天线，来自德国，英国，丹麦和西班牙的合作。

智能天线施工项目团队在基于现场试验的DECT基站测试模式开始于1995年初。天线阵元组成的1.89GHz的8 RF工作频率，阵元间距是可调的数组元素分布是线性的，环状的和平面的三种形式。模型与数字波束形成方法来实现智能天线，采用专用的时代使用TMS320C40芯片作为中央控制科技有限公司ASIC芯片DBF1108完成波束形成。波束空间研究方案，包括装卸和组装空间的方法。收发器模块的方法是全向天线类型，使用TDD双工模式。信号识别MUSIC算法的到达方向的系统评估，自适应算法有NLMS（归一化最小均方）算法和RLS（递归最小二乘）算法。

实验系统，以验证智能天线的功能，这两个用户的四个空间信道（包括上行链路和下行链路）的时，误码率测试系统（BER）比10-3为佳。采用MUSIC算法的能力的信号方向的用户识别实验评价，同时，通过现场试验，表明该环与该平面天线用于室内通信环境中，而不是像城市环境是一个简单的线性阵列是比较合适的。

欧洲电信委员会（CEC）准备继续智能天线技术在ACTS（先进的通信技术和服务）项目，主要集中在以下具体问题研究的第二个阶段：最优波束形成算法，系统研究和系统性能评估协议，多用户检测和自适应天线结构，信道估计和微蜂窝和现场试验优化的空间和时间特征。

3.2日

ATR光电通信研究所研制的多波束智能天线的波束空间为基础的方法。天线单元间距半波长平面正方形阵列元件16的布局，射频工作频率为1.545GHz。接收信号的模数转换后的数组元素成分，快速傅立叶变换（FFT）处理，正交波束形成后，分别使用恒模（CMA）算法或最大比率组合分集算法。天线数字信号处理的FPGA部分由10完成整板规格为23.3厘米×34.0厘米。

采用恒模（CMA）算法的多波束天线功能的移动现场试验证实。理论分析和实验表明，使用最大比合并（MRC）算法可以提高多波束天线增益在光束的横截面。梁内两个节目被形成，所接收到的信号的最大电平的选择，而不区分用户信号到达方向和反馈控制机制，例如硬件跟踪装置。

ATR的研究人员已经提出了图5所示的基于软件的智能天线的天线的概念：根据不同的用户环境中，其影响了系统的性能（如噪声或同信道主要因素干扰符号之间的干扰）是不同的，使用软件方法来实现使用不同的算法不同的环境中，例如当噪声是主要因素使用多波束最大比值合并（MRC）算法时，当同信道干扰是使用多波束恒模时的主要因素算法（CMA），为了利用FPGA实时天线配置，以提供分集算法，完成智能处理。

3.3美国和其他

ArrayComm公司和中国邮电研究院研制辛未应用于无线本地环路（WLL）智能天线系统。用于配置变阵元，12元和4元圆形自适应阵列针对不同的环境选择ArrayComm公司的产品。在日本进行的田间试验表明，采用该技术的PHS基站使系统容量提高四倍。使用八个圆形自适应阵列无线在1785MHZ1805MHz工作，使用TDD双工方式，收发间隔10ms的信威智能天线阵元，最高接收灵敏度可提高9分贝。

另外，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的SDMA组建立了智能天线的测试环境，进行实际系统相结合的理论。加拿大麦克马斯特大学已采用恒模（CMA）算法开发了4元阵列天线。大学相关研究国内部分也正在进行中。

4结束语

智能天线，以改善近年来系统容量具有巨大潜力，备受关注。然而，由于执行复杂的因素影响的自适应过程中，这是很难捕捉和跟踪用户信号动力学，再加上移动的空时信道盲辨识多用户和多径的情况下也是困难的，所以使用自适应阵列智能天线在移动环境中存在的困难。从目前的情况来看，智能天线正逐步在固定无线接入系统应用，以满足用户的固定和无线传播环境不断变化的情况。同时，多波束天线也是一个比较容易实现的折衷。总之，在智能天线用于未来的移动通信系统应基于高性能数字信号处理技术，现有的系统不显着增加的折衷解决方案的复杂性。

㈤ 智能天线在WCDMA中的应用，我论文要用写的详细点…谢谢了

智能天线采用空分复用(SDMA)方式,利用信号在传播路径方向上的差别,将时延扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰的影响降低,将同频率、同时隙信号区别开来,和其他复用技术结合,最大限度的利用频率资雀拍源。智能天线基于自适应天线阵原理,利用天线阵的波束赋形产生多个独立的波束,并自适应地调整波束方向来跟踪每一个用户,达到提高信号SINR(最大信噪比)、增加系统容量的目的。采用智能天线技术实际上是通过数字信号处理使天线阵为每个用户自适应地进行波束赋形,相当于为每个用户形成了一个可跟踪的高增益天线。因此天线的增益不再与用户所处的位置有直接关系,用户所在方向上的增益总是最强而其他方向上的增益大大减小。由于其体积及计算复杂性的限制,目前仅适用于在基站系统中的应用。智能天线包括两个重要组成部分一是对来自移动台发射的多径电波方向进行到达角AOA(AngleOfArrival)的估计,并进行空间滤波,抑制其他移动台的干扰;二是对基站发送信号进行波束成型,使基站发送信号能够沿着移动台电波的到达方向发送回移动台,也就是信号在有限的方向区域发送和接收。充分利用了信号的发射功率,从而降低发射功率,减少对其他移动台的干扰。从需求的角度，随着全球移动用户数量的快速增长，对于移动通信系统的需求越来越大，甚至出现容量不足的问题。增加系统容量的需求推动了数字蜂窝的开发。在数字移动通信系统中有三种基本的多址接人方式：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。它们分别在频域、时域和码域上实现用户的多址接入，而空域资源尚未得到充分的利用。智能天线正是致力于空域资源的开发，是一种解决目前频谱资源匮乏，无线系统容量不足的有效途径。从技术发展的角度，随着电磁学和信号处理技术的发展，近20年来自适应阵列的研究工作取得了很大进展。20世纪90年代以来，阵列处理被引入移动通信领域，很快形成了一个新的研究热点——智能天线(smartantenna)。智能天线是基于自适应天线阵原理，利用天线阵的波束赋形产生多个独立的波束，并自适应地调整波束方向来跟踪每一个用户，达到提顷蔽羡高信号干扰噪声比SlNR(Signal—to—InterferenceandNationRatio)，增加系统容量的目的。采用智能天线技术，实际上是通过数字信号处理，使天线阵为每个用户自适应地进行波束赋形，相当于为每个用户形成了一个可跟踪他的高增益天线，从而既可以进行全方位通信，又可以用较小的发射功率覆盖相同的范围。对于移动通信系统，一般只考虑在基站使用智能天线。这主要是因为CDMA系统的反向链路是弱链路，基站接收的每个用户信号不仅受到本小区的前向链路使用用户受到的干扰较小。在基站用智能天线的另一个原因是基站对天线阵列的功率、体积等没有严格的限制，而移动用户则不然。通过在基站使用全向收发智能天线，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发送和接收，充分利用了信号的发射功率，降低了信号全向发射带来的电磁污染与相互干扰。具体而言，智能天线将在以下几个方面提高未来移动通信系统的性能：第一，扩大系统的覆盖范围；第二，提高系统容量；第三，提高频谱利用率；第四，降低基站发射功率，节省系统成本，减少信号间干扰与电磁环境污染。在CDMA系统中能够比较容易的产生与期望信号密切相关的参考信号，这是许多智能算法实现所必须的，因此，智能天线技术比较适用于CDMA移动通信系统。测信号的强度，从一个波束切换到另一个波束，通过区域选择来实现对用户的大致跟踪。可以认为预多波束系统是对移动通信环境在波束空间的部分自适应。而自适应阵列系统则实现了对移动通信环境在空间域上的完全自适应。自适应天线技术通过自适应信号处理算法，使天线阵实时地产生定向波束准确地指向移动用户，从而实现对各移动用户的自动跟踪和定位，有效地抑制了干扰信号，同时增强了对有用信号的接收。自适应天线系统不用预先形成固定波束，而是根据信号环境的改变实时地调整波束方向，这显然比波束切换系统的性能要好，但是实现上的复杂度也相对较高。而预多波束系统与阵元空间的完全自适应相比尽管有一定的性能损失，但由于其实现的简单而受到了一定的重视。 智能天线主要用途和应用进展 智能天线可以多址干扰，而且受到相邻小区用户的干扰，相比之下明显改善无线通信系统的性能，提高系统的容量。并卖具体体现在下列方面：一、提高频谱利用率 采用智能天线技术代替普通天线，提高小区内频谱复用率，可以在不新建或尽量少建基站的基础上增加系统容量，降低运营商成本。二、迅速解决稠密市区容量瓶颈 未来的智能天线应能允许任一无线信道与任一波束配对，这样就可按需分配信道，保证呼叫阻塞严重的地区获得较多信道资源，等效于增加了此类地区的无线网络容量。三、抑制干扰信号 智能天线对来自各个方向的波束进行空间滤波。它通过对各天线元的激励进行调整，优化天线阵列方向图，将零点对准干扰方向，大大提高阵列的输出信干比，改善了系统质量，提高了系统可靠性。对于软容量的CDMA系统，信干比的提高还意味着系统容量的提高。四、抗衰落高频 无线通信的主要问题是信号的衰落，普通全向天线或定向天线都会因衰落使信号失真较大。如果采用智能天线控制接收方向，自适应地构成波束的方向性，可以使得延迟波方向的增益最小，降低信号衰落的影响。智能天线还可用于分集，减少衰落。五、实现移动台定位 采用智能天线的基站可以获得接收信号的空间特征矩阵，由此获得信号的功率估值和到达方向。通过此方法，用两个基站就可将用户终端定位到一个较小区域。由于目前蜂窝移动通信系统只能确定移动台所处的小区，因此移动台定位的实现可以使许多与位置有关的新业务得以方便地推出，而发展新业务是目前移动运营商提升ARPU值、加强自身竞争力的必然手段。

㈥ LTE智能天线的工作原理是怎样的

它通过满足团局某种准则的悔袜算法去调节各阵元信号的加权幅度和相位，从碧或激而调节天线阵列的方向图形状，以达到增强所需信号抑制干扰信号的目的

㈦ 阵列天线与智能天线原理

19021110368 余昆

1. 阵列天线

阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。方向图原理：对于单元数很多的天线阵，用解析方法计算阵的总方向图相当繁杂。假如一个多元天线阵能分解为几个相同的子阵，则可利用方向图相乘原理比较简单地求出天线阵的总方向图。

一个可分解的多元天线阵的方向图，等于子阵的方向图乘上以子阵为单元的天线阵的方向图。这就是方向图相乘原理。一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至得到单元数很少的简单子阵为止，然后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。这种情况适应于单元是无方向性的条件，当单元以相同的取向排列并自身具有非均匀辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。

2.智能天线

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

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

相关性r定义为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

对任意权值，可以求均方误差关于权向量的梯度，由维纳-霍普夫方程表示为

▽ w (E[|e|2])=2Rxxw-2 r

如果令参考信号d等于期望信号s，且s与所有干扰源无关，则可化简相关性r，得r=E[s*.x]=S.a0

其中S=E[|s|2]，最优权值可表示为

WMSE=SR xx -1a0

各用户的波达方向的估计算法主要有延迟-相加法、capon法、MUSIC法等。运用矩阵定义

X=AS+N

其中S为波前信号，N为测量噪声，X为天线阵元的输出信号。式中A为阵元对信号源的响应函数。具体为

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

延迟-相加法(经典波束形成法)的输出功率与达波方向DoA的关系为

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

Capon法的阵列输出功率与波达方向DoA的关系为

MUSIC法的阵列空间谱为

其中V为噪声特征向量矩阵。

㈧ 智能天线的天线结构

智能天线由三部分组成：实现信号空袭型丛间过采样的天线阵；对各阵元输出进行加权合并的波束成型网络；重新合并权拍樱值的控制部分。在移动通信应用中为便于分析、旁瓣控制和DOA（到达方向）估计，天线阵多采租此用均匀线阵或均匀圆阵。控制部分（即算法部分）是智能天线的核心，其功能是依据信号环境，选择某种准则和算法计算权值。

㈨ 智能天线的研究简史

日本最早开始智能天线的研究是在20世纪70年代。到1987年，研究人员已经指出基于最小均方误差（MMSE）准则的自适应天线能够减小多径衰落，因而可以用于高速移动通信应用中。自此，日本学者展开了大量的针对移动通信环境的智能天线研究，包括自适应处理算法、数字波束形成方案、WCDMA中的多址干扰抑制方法，以及基站和移动终端上分别适用的智能天线类型等。其中，较早的有日本邮政电信部通信研究实验室的智能天线系统和NTT-DoCoMo公司研制的用于3G的UMTS W-CDMA体制的智能天线实验系统。前者工作于1.5 GHz，针对TDMA方式采用GMSK调制，数码率可达256 kbps。系统利用4阵元天线进行多径时延对消以消除多径衰落，权值更新采用恒模（CMA）算法在东京进行的实验表明：自适应天线技术在无线高速数据传输和存在选择衰落的情况下仍能很好地对消多径时延信号。后者则采用2D-RAKE接收机结合MMSE自适应波束形成算法进行处理。实验系统有3个小区基站用以评估切换和其他的网络功能。实验结果表明，就平均误码率（BER）而言，智能天线比空间分集有明显改善。
此外，日本ATR光电通信研究所也研制了基于波束空间处理方式的多波束智能天线。天线阵元布局为间距半波长的16阵元平面方阵，射频工作频率是1.545GHz。阵元组件接收信号在经过低噪声放大、下变频和模数变换后，进行快速傅氏变换（FFT）处理，形成正交波束后分别采用恒模（CMA）算法或最大比值合并分集（MRC）算法。野外移动试验确认了采用恒模算法的多波束天线功能。理论分析及实验证明使用最大比值合并算法可以提高多波束天线在波束交叉部分的增益。在此基础上，ATR的研究人员提出了基于智能天线的软件天线概念：根据用户所处环境不同，影响系统性能的主要因素（如噪声、同信道干扰或符号间干扰）也不同，利用软件方法实现不同环境应用不同算法。比如当噪声是主要因素时，则使用多波束MRC算法，而当同信道干扰是主要因素时则使用多波束CMA算法，以此提供算法分集，利用FPGA实现实时天线配景，完成智能处理。
随后，ATR研究所又针对移动通信中移动终端上适用的智能天线形式进行了大量探讨，最终提出了单端口电激励的ESPAR天线。该天线巧妙地利用了各阵元之间的耦合，在天线处实现了空间滤波。 欧洲通信委员会（CEC）在RACE计划中实施了第一阶段智能天线技术研究，称为TSUNAMI。实验评测了采用MU-SIC算法判别用户信号方向的能力，同时，通过现场测试，表明圆环和平面天线适于室内通信环境使用，而市区环境则更适合采用简单的直线阵。
此后，欧洲通信委员会（CEC）又在ACTS计划中继续进行了第二阶段智能天线技术研究，即TSUNAMIⅡ，旨在考察第三代移动通信中采用智能天线系统的可行性和具体优势。通过大量宏蜂窝和微蜂窝的实验，用以验证智能天线系统在商用网络中的工作情况。通过对两套系统收发性能的比较，证实了实际的智能天线方向图与理论方向图的一致性，实际所能达到的干扰抑制能力与理想的干扰抑制能力相差通常在2dB以内。实验结果同时也说明，智能天线系统在郊区宏蜂窝环境下的干扰抑制水平比较理想，而在市区微蜂窝环境下的干扰抑制能力则与环境杂波有关。 美国和中国也研制出应用于无线本地环路（WLL）的智能天线系统。该产品采用可变阵元配置，有12元和4元环形自适应阵列可供不同环境选用，在日本进行的现场实验表明，在PHS基站采用该技术可以使系统容量提高4倍。此外，ArrayComm还研制出用于GSM、PHS和无线本地环路的IntelliCell天线，该天线已经在全球多个国家投入实用。除ArrayComm以外，美国Metawave、Raython以及瑞典Ericsson都有各自的智能天线产品，这些智能天线系统都是针对移动通信开发的，用于GSM、TDMA或者CDMA。由中国提出的具有自主知识产权的3G标准之一的TD-SCDMA之中就明确规定要采用智能天线。

㈩ 智能天线技术的用途

智能天线在移动通信中的用途主要包括抗衰落、抗干扰、增加系统容量以及移动台的定位。 它采用自适应算法，其方向图与变形虫相似，没有固定的形状，随着信号及干扰而变化。它的优点是算法较为简单，可以得到最大的信号干扰比。但是它的动态响应速度相对较慢。另外，由于波束的零点对频率和空间位置的变化较为敏感，在频分双工系统中上下行的响应不同，因此它不适应于频分双工而比较适应时分双工系统。自适应天线阵着眼于信号环境的分析与权集实时优化上。
智能天线在空间选择有用信号，抑制干扰信号，有时我并槐们称为空间滤波器。虽然这主要是靠天线的方向特性，但它是从信号干扰比的处理增益来分析的，它带来的好处是避开了天线方向图分析与综合的数学困难，同时建立了信号环境与处理结果的直接联系。自适应天线阵的重要特征是应用信号处理的理论和方法、自动控制的技术，解决天线权集优化问题。
自适应天线自出现以来，已有30多年。大体上可以分成三个发展阶段：第一个10年主要集中在自适应波束控制上，第二个10年主要集中在自适应零点控制上；第三个10年主要集中在空间谱估计上，诸如最大似然谱估计、最大熵谱估计、特征空间正交谱估计等等。在大规模集成电路技术发展的促进下，八十年代以后自适应天线逐步进入应用阶段，尤其用在通信对抗。与此同时，自适应信号处理理论与技术也得到了大力发展与广泛的应用。 固定形状方向图智能天线在工作时，天线方向图形状基本不变。它通过测向确定用户信号的到达方向（DOA），然后根据信号的DOA选取合适的阵元加权，将方向图的主瓣指向用户方向，从而提高用户的信噪比。固定形状波束智能天线对于处于非主瓣区域的干扰，是通过控制低的旁瓣电平来确保抑制的。与自适应智能天线相比，固定形状波束智能天线无需迭代、响应速度快，而且鲁棒性好，但它对天线单元与信道的要求较高。
近年来，一些研究小组针对个人移动通信环境的DOA检测算法进行了相当的理论和实验研究。Bigler等人的实验表明，在900MHz移动通信频段绝闷友的DOA的实测值是可以满足固定形状波束智能天线工程需要的，实验中DOA估计值对测量时间、信号功率、信号频率的变化均不敏感，各种情况下测试结果的标准偏差均小于4度。
在多径环境下，空间信道的分析和测量是目前理论和实验研究的热点。已有多种传播模型和分析方法，并用它对各种不同通信体制、不同信号带宽、不同环境（城巿、农村、商业区、楼内）进行了分析，给出了对应的模型。在美国的Boston地区，New Jersey的高速公路，德国的Munich地区等进行了大量的测试。结果表明，在农村、城郊以及许多城区，对于窄波束，其时间色散可以减少。采用通信信号中的训练序列进行信道估计，可以给出空间信道的响应，这也是研究的热点之一。 智能天线需根据通信系统的传输特性和环境，选用不同的算法来调整波束，甚至改变系统的资源管理状态，为提高其运用弹性和灵活度，采用软件无线电（SDR）实现智能天线已成为主流趋势。软件无线电采用开放式架构，以硬件作为其通用的基本平台，通过软件完成功能性的重组，罩丛以满足不同环境、多模式、多功能的通信要求，同时具备可适应性信号处理、组件可程序化的能力。在此概念下，利用软件控制方式改变硬件特性的通信设备，均可视为软件无线电系统。软件无线电系统的发展方式类似于软件开发，系统中各个硬件组件模块可视为功能不同的对象（object），根据呼叫的不同启动相应的执行程序，因此可直接通过下载程序代码的方式来置换对象，即可显现在同一硬件平台上，可适应性的调整应用架构，借以提高系统的运用弹性和扩充能力，提供高效率、高弹性、高适应性的处理能力。因为不对硬件组态进行任何改变，所以系统具有易维护、易应用的操作环境。
鉴于未来无线通信系统的体制繁多，为使智能天线能配合系统进行平滑的技术演进，进而能更弹性地运用于多模系统中，软件无线电将是未来智能天线研制的重要系统架构。利用软件无线电实现智能天线系统示意如图所示。
软件无线电系统由不同的硬件模块所构成，其中包括可组态通信系统模块、基频处理单元（含DSP及FPGA模块）、数字宽频收发单元（含模拟/数字转换器（ADC）、数字/模拟转换器（DAC））、实时操作系统及智能天线单元等。运用软件无线电系统架构发展智能天线的最大挑战在于各种算法的建立。