《软件无线电原理与技术》课件_第7章.pptx

7.1智能天线7.2MIMO

7.3总结

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理想软件无线电要求天线能够覆盖所有的频段，适应不同

的协议、信道环境，能用程序控制方法对其功能和参数进行设置。因此针对软件无线电，一方面需要对宽带/多频段天线设计技术进行研究，另一方面考虑采用可重构多天线阵列来实现系统的灵活性。在本书中仅对后者进行讨论。

所谓天线阵列，是指在无线链路两端采用多个天线来提升系统性能。可重构是指多天线阵列中各阵元之间的关系是可以根据实际情况灵活可变的，而非固定的。

软件无线电需要使用可重构多天线阵列实现对信号收发的

灵活性，并获得系统的最佳性能。同时，可重构多天线阵列的实现需要软件无线电所提供的灵活的结构。从实际的角度看，天线部分虽然是由固定的硬件来实现的，但是由于软件无线电具有数字信号处理器，通过对天线阵列收发信号进行处理，就形成了可以动态配置天线特性的能力，可达到提高信噪比，抑制信道干扰，增大系统容量的目的。

因此，可重构多天线阵列和软件无线电两者是互补的关系。

可重构多天线阵列通常有两种主要的类型：一种是基于

波束赋形的智能天线技术；另一种是基于空间分集的多输入多输出(MIMO)技术。这两种技术的着眼点不同，应用目的不同，但系统构成形式是比较类似的，即均是多天线系统(一般可以根据发射和接收两端天线的数目把系统分为SISO、SIMO、

MISO、MIMO四类),在一些国外的文献中往往并不加以区分，常统称为智能天线技术或MIMO技术。在这里，我们可以认为智能天线是一种特殊的MIMO系统。下面分别对这两种技术予以介绍。

7.1智能天线

智能天线是一种天线阵列系统，它可以通过某种“智能”算法来合并信号以自动地适应不同的信号环境，表现为对于

给定的方向，天线增益是可以调整的。

智能天线的概念来源于军事上雷达和声纳系统中所采用的阵列天线，在20世纪60年代就已经出现，最初的应用是雷达天线阵，目的是提高雷达的性能和电子对抗的能力。

现代智能天线的概念是20世纪80年代末到90年代初提出的。

从大的技术类别来讲，智能天线技术可分为模拟智能天线技术和数字智能天线技术。通常我们所讲的智能天线都是与软件无线电联系在一起的数字智能天线技术，而实际上早期的相控阵天线与较新的ESPAR天线采用的都是模拟智能天线技术。

模拟智能天线技术是指无需对射频或变至中频/基带的模拟信号进行模/数转换和数字处理，而直接对接收到的模拟信号进行操作，以实现智能天线的技术。这类天线通常比较简单，易于实现，成本也较低。但由于没有将模拟信号数字化，因而很多数字域的信号处理方法都无用武之地，限制了信号处理的可能手段。

数字智能天线技术则指在射频或中频将模拟信号数字化，

然后利用丰富的数字信号处理理论和发达的集成电路技术造就的DSP、FPGA或ASIC等实现快速的数字波束赋形(DBF,

DigitalBeamForming)。

近年来，随着微计算机和数字信号处理技术的发展，智能天线技术已经成为无线通信中最具有吸引力的技术之一。

在无线通信中，信息传输需要带宽、功率等资源，通常增

加传输速率需要增加功率或带宽。但是与有线通信不同，在无线通信中增加功率会分散到很大的空间范围内，仅仅只有很小的部分才会被期望用户所接收，而大部分被浪费的功率则被认为是对系统其他潜在用户的干扰，如图7-1所示。

图7-1全向天线和智能天线的使用差异

(a)全向天线；(b)智能天线

西安电子

卡电科米字版社

学A版社

西安电子科技大学出版社

(a)

电子科技大学出版社

(b)

西安电子

因此，实现空间的选择性发射和接收将有效地增加系统容

量、覆盖范围等，这种选择性可以用空域滤波的概念进行描述，可利用信号入射方向上的差别将同频率、同时隙的信号区分开来，从而达到成倍扩展通信系统容量的目的。进一步地，空间维度可以用于多址接入技术中，与常见的FDMA、TDMA、

CDMA多址接入技术类同，我们可利用信号的空间选择性发射/接收实现多址接入，这称为空分多址(SDMA),如图7-2所示。

西安电子科技大学出版社

用户2(f,t₁)

西安电子科技

西安电于社

西安电子科技大学出版社

西安电子科技大学出版社

西安电子科技大学出版社

西安电子科技大学出版社

西安电子科技大学出版社

用户1(f,t)

西安技大学出版社

西安子科技大学出版社

西安电子科技大学出版社

YZ

发射/接收天线阵列

图7-2天线的空间选择

西安电子

这种空间域的选择性发射和接收必须依赖于智能天线技术，

该技术可以非常有效地调整天