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本科生畢業(yè)論文_智能天線在移動通信中的應用-wenkub

2022-09-09 16:15:43 本頁面
 

【正文】 是移動通信所面臨的嚴重問題。 因為智能天線中的自適應數字多波束形成技術能夠適用于移動通信 CDMA 系統(tǒng),所以歐州委員的信息社會技術計劃和 ACTC 計劃對智能天線技術都有支持。 [1] 移動通信及其面臨的問題 移動通信是指 通信雙方至少有一方在移動中或是臨時停在某一個非預定的位置上進行信息的傳輸和交換,包括移動體和移動體之間、移動體和非移動體之間的通信。 另一方面也 要求通信質量以及通信涵蓋范圍有大幅上升 , 移動通信可以利用的頻譜資源非常有限,但是移動通信業(yè)務量的需求卻與日俱增 ,越來越多的新型通信技術開始規(guī)?;貞玫揭苿油ㄐ胖小.斦袷幵吹念l 率提高到時 變 電磁場的波長和天線的尺寸可以比擬的時候,就會產生顯著地輻射。 如果求出了電偶極子所產生的電場、磁場,同時又知道了某天線上的電流分布規(guī)律,就可以根據場的疊加原理,利用積分的方法,求 出天線所產生的場。 點電荷在周圍產生的場就有球對稱性,標量電位 ? 只與徑向 r 有關, ? 滿足的方程為 2221 0ddrkr dr dr? ????????? ( 21) 設 1( ) ( )r U rr? ?,則上式變?yōu)? 2 22 0dU kUdr ?? ( 22) 則此式為一維波動方程,其通解為 12() jkr jkrU r c e c e??? ( 23) 于是 ()Ur是瞬時值表 達式為 ( ) ( )12( , ) R e j t k r j t k rU r t c e c e?????????? (其中 1c 、 2c 為待定系數) ( 24) 假設 (, )Urt 僅是2 ()rft???的函數,則 21( , ) ( )rr t f tr? ??? ( 25) 位于坐標原點的靜止電荷 ??? 產生的標量電位為 () 4r r??? ????? ( 26) 由于靜態(tài)場是時變場的特殊情況,則時變場的標量位應為 ()( , ) 4 rtrt r???? ?????? ( 27) 則體積 ? 內部分布電荷產生的標量位為 ()1( , ) 4 rtr t dr? ? ????? ?? ? ( 28) 上式表明在 r 點處 t 時刻的標量電位不是由 t 時刻體積 ? 內的電荷密度決定,而是由()rt ?? 時刻的電荷密度決定,觀察點的位場變化滯后于源的變化,滯后的 r? 時間是源的變動以速度 1??傳播距離到觀察點所需要的時間。 這就意味著 rEH? 以及由 EH??所形成的功率密度的平均值等于零。它們形成了功率密度,即遠區(qū)場形成向 r 傳播的能量,亦遠區(qū)場又稱為輻射場。 則 下面 只選擇其中的一項來 定義各參數。 將其歸一化得 max( , )( , ) fF f???? ? ( 31) 其中 maxf 為方向性函數 ( , )f ?? 的最大值。即方向圖主瓣上兩個半功率電平點之間的夾角 (即場強從最大值降到 12倍處之間的夾角 )。旁瓣電平也是天線最主要的指標之一,旁瓣不僅損失能量降低系統(tǒng)效率,還是干擾源之一。 天線方向系數 對于發(fā)射天線來說,方向性系數是表征天線輻射能量在空間分布的集中程度的量,其定義式為 0( , )( , )D ???? ?? ? (33) 其中 ( , )??? 為輻射強度, 0? 為平均輻射強度。則全極化的峰值增益為 2m a x m a x4( ) ( )nG G k A kp??? (36) 天線的噪聲溫度 天線在接收和處理有用信號 時 ,不可避免地接收的某些干擾信號。將終端的噪聲功率記為 ap ,則 ap 和天線的噪聲溫度 aT 之間的關系為 aa pT kf? ?? (37) 其中 k? 為玻耳茲曼常數, f? 為接收系統(tǒng)的帶寬 。 智能天線可以自動的測量出用戶的方向,從而使主波束即主瓣指向用戶,以此來實現波束跟隨期望用戶的移動而移動。概括的講,智能天線系統(tǒng)由三個部分組成,即天線陣、波束形成網絡以及波束形成的算法。直線陣列和平面陣列容易實現基站的 定向覆蓋,而且基站選址更為靈 活,直線陣列和平面陣列可以很容易安置于建筑的側面或桿狀建筑物上。在各個陣元上形成了與參考點具有不同相位差的信號。 [5] 那么,智能天線陣列就可以使不同的信號能夠同時在不同方向上得到運用,以此提高了天線系統(tǒng)的容量。 可以得到 n 天線陣元的主瓣最大值指向 0f 時 ,第 n 個陣元收信電流的相位為 : ? ?00s i n c o s , n 0 ,1 , 2 , n 1 。波束形成是把天線陣列接收到的信號換到基帶,接著進行與之相對應的空間譜處理,從而得到該信號的空間特征矢量和矩陣以及信號的功率估值和波達方向( DOA)估值。 11 通過來 波角度估計進行無線定位是具有智能天線的移動通信系統(tǒng)的特色之一。其中 Bartlett 譜估計方法交易實現。 獲得波達方向的估計以后,波束形成是智能天線工作的重要內容。 [8] 對于某一個自適應算法,首先要衡量其各方面的性能。指在信道發(fā)生變化條件下,自適應跟蹤信道的能力。 這 是 個 非常 實際的衡量標準,指算法所需要的乘加運算數量,這方面的性能決定了算法的實現成本和硬件性能要求。定義所有的數據塊為 X=( x(1),x(2)?? ,x(N)), N 為數據塊的大??;第 k 次迭代生成的權值為 kW ,其相應的輸出序列為 ky ,其表達式如下: ? ?( 1 ) , ( 2 ) , . . . . ( )H h H Hk k k k ky W X W x W x W x N?? ( (1), ( 2 ), .... ( ))y y y N? (45) 則第 1?k 次迭代的生成權值,即 1?kW ,則其函數的最小化: 2Hk11 ( ) ( )NknJ W x n d n????? (46) 其中 )(ndk 為訓練序列, 對上式 1?kW 求導數,并令其為零,可得 11 ? ?k xx xdW R r?? ? (47) 其中 Hxx XXNR 1? ?,11? ( ) ( )Nxd kir x n d nN ?? ? 則 以上式構成了最小二乘恒模算法的迭代公式。 目前世界各國對此高度重視,并投入大量的人力物力進行研究和開發(fā)工作,且已經有各類產品研發(fā)成功并投入使用, 如 Array Comm 公司把智能天線技術應用于 WLL(無線本地環(huán)路 )系統(tǒng),并采用了可變的陣元配置,其中有 12元和 4 元的環(huán)形狀自適應陣列以適用于不同的環(huán)境.其在日本進行的現場 實驗,實驗表明在 PHS 基站采用該技術可以使系統(tǒng)的容 13 量增加 3 倍。 同時隨著軟件無線電技
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