智能天线在移动通信中的校正算法研究

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当今的社会已经进入了一个信息化的社会,如果没有信息的传递和交流,人们就无法适应现代化快节奏的生活和工作。人们渴望着能够随时随地、及时可靠的不受时间和空间限制的进行信息交流,提高工作效率和经济效益。因此人们对通信的需求日益迫切,对通信技术的要求也是越来越高。而现在已经运营的第三代移动通信系统(3G)已经基本上满足了用户的需求,但是目前的移动通信中还有着非常严峻的考验与挑战。首先是空间电磁环境越来越复杂,频谱资源越发的稀少,并且其利用率程度也不高。再者信道传输的条件也是日趋恶劣,除了信号本身的衰减、衰落和时延扩张,还要面对其他用户信号的干扰,这样就极大地限制了通信质量的提高。智能天线技术就是在这样的背景下被应用到移动通信系统中的,智能天线技术已经是第三代移动通信TD-SCDMA系统中的关键技术。智能天线技术业已成为人们关注的焦点,它帮助移动通信运营商达到了两个目的:提高了网络的容量和加快了数据传输速率。本文中首先在绪论中简单介绍了在移动通信中智能天线的研究背景和意义,以及国内外对智能天线技术技术的研究现状。在接下来的章节里介绍了智能天线的原理和对TD-SCDMA系统做了简单的阐述,对智能天线技术的数字波束形成做了概述,并且叙述了数字波束形成的最佳准则,在这些准则的基础上对波束方向图做了仿真和比较。文中重点说明了在TD-SCDMA系统中智能天线技术的应用并对其中的校正算法做了仿真和分析。在TD-SCDMA系统中,在不明显增加系统复杂度的情况下,采用数字方法实现波束形成的智能天线技术将得到充分应用。智能天线通过各阵元信号的相位和幅度加权来改变天线阵列的方向图形状,能够把主波束对准入射信号并且自适应的实时跟踪信号,同时把零点对准干扰信号,从而抑制干扰信号,提高信号的信噪比,改善整个通信系统的性能。此外,智能天线还引入了第四种多址方式:空分多址(SDMA)。在相同时隙、相同频率或者相同的址码情况下,仍可以根据信号不同的空间传播路径来区分用户。在多个指向不同用户的并行天线波束控制下,可以显著的降低用户信号之间的干扰,大大的提高了系统频谱利用率。TD-SCDMA系统的智能天线是由8个天线单元组成的,直径25cm。其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行的辐射方向图,使用数字信号处理方法使主瓣自适应地指向终端方向,就可达到提高信号的信噪比,降低发射功率等目的。由于每个用户在小区内的位置都是不同的,这一方面要求天线具有多向性,另一方面则要求在每一独立的方向上,系统都可以跟踪个别用户。通过数字信号处理控制用户的方向可以实现上述要求。每个用户的跟踪通过到达角进行测量,在TD-SCDMA系统中,由于子帧的长度是5ms,则每秒至少可以测量200次,通过智能天线的方向性和跟踪性,可获得最佳的性能。当然,在实际的运行过程中,还要受到周围环境因素和自身的各种误差的影响,以至于会出现在TD-SCDMA系统中阵列天线通道幅度和相位不一致会影响天线系统的性能这一现象,因此我们还要对其进行校正。提出了一种在加入参考信号下,结合J.C.liberti算法对阵列天线通道不一致性的校正。算法通过计算参考信号的波达方向角估计值来校正阵列天线中各参数的不一致性,并且利用波束形成算法,得到通道校正后的和差波束。仿真结果表明,算法一方面提高了波达方向估计值的准确性,另一方面改善了单脉冲和差波束的瞄准精度。
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