文档介绍：BUPT Information Theory&TechnologyEducation &Research Center
北邮信息理论
与技术教研中心
第十一章
智能天线技术
主讲人: 牛凯
BUPT Information Theory&TechnologyEducation &Research Center
§ 智能天线的基本原理
•智能天线技术的主要任务就是研究如何获取和利用接
收信号中包含的空间方向信息,并通过阵列信号处理
技术改善接收信号的质量,从而提高系统的性能。
•典型的智能天线系统示意图
y ()t 控制部分
接收/下行转换 A/D 0
w0
y1()t
接收/下行转换 A/D w
1 rt()
∑解调
产生误差
yt() 信号 dt()
接收/下行转换 M −1
A/D wM −1
自适应
算法
天线阵列波束成型网络
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• 波达方向(DOA)
•波达方向是指无线电波到达天线阵列的方向。
z
θ
均
O
匀 y
∆x
直φ
y
线 x
∆dx=∆ cosφ sinθ
阵φφφφ
x
列阵元0 O 阵元1 阵元m 阵元M-1
w ⋯⋯ w ⋯⋯
示 w0 1 m wM −1
意
∑
zt()
接收机 3
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• 阵列响应向量
•当满足天线传输窄带条件(信号带宽小于信号在天线阵中传
输时间的倒数),且阵列采用特性相同的全向阵元时,对同
一入射信号,各阵元输出响应之间将只有相位差异而没有幅
度差异,这一差异可以用阵列响应向量充分描述,阵列响应
向量的一般形式为:
T
−+2(πφyxsin cosφ) −+2(πφyxsin cosφ) −2π(ysinφ+xcosφ)
⎡ jj00 11 jMM−−1 1⎤
a()φ= ⎢eeλλ, ,",eλ⎥
⎣⎦⎥
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•对均匀直线阵列有:
−−2cπφdmos 2π(−1)dcosφT
⎡ jj⎤
λλ
a line ()φ= ⎢1,ee," , ⎥
⎣⎦
•由aaline ()φ= line (−φ)可知,均匀线阵存在前后向
不可分的缺点,故均匀直线阵经常应用于扇区
系统,这可通过使用方向性阵元来实现。
•阵列响应向量表明了阵列对入射信号的响应,
由于天线阵列具有确定的拓扑形状,因此在阵
列响应向量中包含了入射信号的方向信息。
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• 阵列加权向量
•在每个天线阵元后端,有一个加权系数,所有
的加权系数合在一起构成的向量即为阵列加权
T
向量,加权向量由 w = ()ww01, ,", wM -1表示。阵
列加权向量是与信号到达方向有关的一个向
量,天线阵列各阵元的信号通过加权,可以调
整天线的接收方向图,因此可以认为阵列加权
向量是移动台位置的函数。自适应天线阵列的
核心就是设计、控制和调整阵列加权向量。控
制部分是智能天线系统的核心,其功能是依据
信号环境、按某种准则和算法选择或计算阵列
加权向量。
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• 波束成型与空域滤波
D
•假设一个从ϕ0 = 60入射的信号,则阵列接收信号可以表
示为:
ya()ts= (ϕ 0 ) ()t
•阵列加权向量记为 w()φ,经过阵列加权后的输出信号
可以表示为:
H
rt()= wa(φϕ) ( 0 )s()t
•天线阵列的接收方向图由阵列成型因子确定,阵列成
型因子可以表示为:
H
f ()φ= wa()φϕ(0 )
•每确定一个φ,就可以得到一个阵列成型因子的值。
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