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智能天線簡介[1]
由于無線移動通信信道傳輸環(huán)境具有復(fù)雜性和不確定性,主要受多徑衰落、時延擴展等不利因素影響,存在符號間串?dāng)_、同信道間干擾和多址干擾等惡化通信環(huán)境的情況,直接降低了鏈路性能和系統(tǒng)容量,而智能天線是解決這些問題的重要手段之一。
2.1 智能天線的信號模型
圖1為智能天線接收部分簡圖,由陣元、加權(quán)和合并三部分組成。用戶發(fā)射信號經(jīng)過多徑信道衰減和延遲后,到達天線陣列各陣元的是所有發(fā)射信號及各自延遲副本的疊加。
假設(shè)系統(tǒng)中有K個用戶,陣列有M個陣元,為了簡單,采用均勻線陣模型,則在某時刻第k個用戶的信號到達陣列的接收信號矢量可表示為:
(1)
其中,βk,l為第l條徑的衰落幅值,τk,l為第l條徑的延遲時間,sk(t)為第k個用戶的發(fā)射信號。α(θk,l)是陣列響應(yīng)矢量,而對應(yīng)第k個用戶在經(jīng)過信道第l條徑時到達的角為θk,l,并可表示為:
(2)
其中,f為信號頻率,且滿足fc-B/2≤f ≤fc+B/2,fc為載波頻率,B為信號帶寬;τ是由于信號有限傳播速度造成的在相鄰天線陣元上的時延,它與信號的到達角、陣元間隔和信號傳播速度有關(guān),可以表示為τ=(dsinθk,l)/c,d為陣元間隔,通常取λc/2,λc為載波波長,c為信號的傳播速度。
由于接收天線接收的是所有用戶信號的疊加,所以(1)式可表達為:
?。?)
其中,η(t)為接收端的加性白噪聲矢量。
因陣列具有方向性,據(jù)圖1所示,通過對每個陣元加權(quán)wk,根據(jù)一定準(zhǔn)則和信號檢測要求,由陣列信號處理模塊計算后,可得陣列加權(quán)合并矢量的波束賦形輸出為:
?。?)
式(4)是智能天線形成波束信號的基本模型,也是智能天線的技術(shù)基礎(chǔ)。