TD_SCDMA系统中智能天线技术的应用

智能天线

第25卷 第5期2009年10月天 津 理 工 大 学 学 报

JOURNALOFTIANJINUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVo.l25No.5Oct.2009

文章编号:1673 095X(2009)05 0004 04

TD SCDMA系统中智能天线技术的应用

何 颖,何 宏,李 丽,武 艺

(天津理工大学自动化学院,天津300384)

摘 要:智能天线对消除TD-SCDMA系统中用户间相互干扰发挥着重要作用,智能天线具有自适应地跟踪用户信号,消除干扰的技术特点.本文深入研究了智能天线自适应波束形成算法,重点研究了最小均方(LMS)算法和最小二乘法(RLS),实现了智能天线在干扰消除中的设计与仿真,并对仿真结果进行比较分析,证明其在抑制TD-SCDMA系统中干扰的有效性.

关键词:TD-SCDMA;智能天线;波束形成算法;LMS;RLS中图分类号:TN821+.91 文献标识码:A

Applicationofsmartantennainterferencesuppression

techniquesinTD SCDMAsystems

HEYing,HEHong,LIL,iWUYi

(SchoolofElectricalEngineering,TianjinUniversityofTechnology,Tianjin300384,China)

Abstract:TheSmartAntennaplaysanimportantroletosuppresstheinterferenceamongusersinTD SCDMA,thesmartan tennahasthefeaturesthatitcanadaptivetracktheusersignalsandsuppresstheinterference.Thesmartantennaadaptivebeam formingalgorithmsareresearcheddeeplyinthethesis,especiallytheleastmeansquare(LMS)andleastsquares(RLS)algorithm,andcompareandanalyzetheresultthenprovetheadvantageanddisadvantageoftwoalgorithms.TheresultsprovethatitcansuppressinterferenceinTD SCDMAsystemwiththeeffectiveness.Keywords:TD SCDMA;smartantenna;beam forming;LMS;RLS

1 TD SCDMA系统

TD SCDMA(TimeDivisionSynchronousCodeDi visionMultipleAccess,时分同步的码分多址)是我国首个拥有自主知识产权的第三代移动通信技术标准.它与欧洲和日本的WCDMA、美国的CD MA2000并列成为当今世界第三代移动通信系统的3大主流标准.TD-SCDMA采用了智能天线、联合检测、接力切换、动态信道分配技术等一系列先进技术,其中智能天线技术是TD SCDMA系统中的核心技术.

2 智能天线技术

2.1 智能天线

智能天线(SmartAntenna,SA)是一种具有测向和波束形成能力的天线阵列,利用数字信号处理技术判断用户信号到达方向(即DOA估计),并在此方向形成天线主波束,它根据用户信号的不同空间传输方向提供不同的信道,等同于有线传输时的线缆,从而可以有效的抑制干扰.2.2 智能天线系统的构成

智能天线主要由天线阵列、模数转换、数字波束

收稿日期:2009 03 01.

基金项目:国家自然科学基金(59493300);教育部博士点基金(9800462);天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室资助.第一作者:何 颖(1983 ),女,硕士研究生. (1960 ),女,教授,.

智能天线

2009年10月 何 颖,等:TD-SCDMA系统中智能天线技术的应用

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形成网络和自适应处理器4部分组成.

1)天线阵列.天线阵列即在空间分开设置的一系列天线阵元,对各阵元接收到的信号作加权处理,通过改变阵列的权值,可使波束形状发生改变.

天线阵元数量和天线阵元的配置都对智能天线的性能有着直接的影响,通常设阵元数为M,在移动通信中取M=8或M=16等

[1]

权权重.

w(n+1)=w(n)+2 e(n)x(n)

(5)

其中 是步长因子. e(n)x(n)的值影响着LMS算法的性能、值过小算法收敛速度慢;值过大则会导致算法不稳定,甚至发散

RLS)算法

递归最小二乘法(RLS)算法是严格以最小二乘准则为依据的算法.它的主要优点是收敛速度快,其主要缺点是每次迭代需要的运算量很大.算法的具体迭代步骤如下

1)该递归算法先对协方差矩阵P[n]和w[n]进行初始化,对P[n]的初始化要注意保证其是一个非奇异矩阵,而设定w[n]为0矩阵.

W(0)=X(0)=0P(0)=

I

(6)(7)

[2]

.

3.2 递归最小二乘法(recursiveleastsquares,

.

2)模数转换器.考虑基站端的智能天线,在上行链路时天线将接收到的模拟信号转换为数字信号;而在下行链路时将处理后的数字信号转换成模拟信号.

3)波束形成网络.波束形成网络的主要功能体现为天线波束在一定范围内能根据用户的需要和天线传播环境的变换,通过数字信号处理器自适应地调整权值系数,以调整到合适的波束形成网络.

4)自适应信号处理.自适应信号处理是智能天线智能体现的一个重要方面,它以自适应算法为核心,动态地调整最优加权系数.

w(0)=0

2)算法进入数据处理阶段之后,先后计算迭代增益K[n]和绝对误差e(n),由迭代增益和误差计算权值w[n]的估计值,最后对P[n]进行修正

e(n)=y(n)-x(n)w(n-1)k(n)=P(n)=

+x(n)P(n-1)x(n)

T

[P(n-1)-k(n)x(n)P(n-1)]

(10)

3)算法进入后一个采样数据u(n)的处理,这样反复迭代最终得到最佳的权重值.

w(n)=w(n-1)+k(n)e(n)

(11)

T

[3]

3 自适应波束形成算法

LMS、RLS基于自适应理论的任意天线阵型的波束赋形算法.通过将这两种算法引入到对天线波束赋形的应用,能够解决对前面所遇到的一系列问题,同时进一步优化波束赋形收敛时间.降低计算的复杂度和提高算法的灵活性.随后的计算机仿真验证了本文方法的有效性.

3.1 最小均方算法(leastmeansquarealgorithm,

LMS)

最小均方算法是一种应用最为广泛的自适应最优化算法,它基于最陡下降算法,通过递归更新权向量,达到其误差性能的顶点(即最优值).

自适应算法包括两个步骤.

1)根据阵列信号及当前权重算出波 …… 此处隐藏：3222字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……