谈在智能天线中软件无线电的应用

减小字体 增大字体 作者:吴晓艳  来源:www.zhonghualunwen.com  发布时间:2012-08-04 13:39:07

  1.软件无线电的基本概念
  软件无线电是以现代通信理论为基础,以数字信号处理为核心,以微电子技术为支撑,以具有开放性、标准化、模块化的通用硬件为平台[2],通过配置不同应用软件来适应不同用户、不同应用环境的不同需求,实现各种无线电功能的无线通信系统。
  软件无线电主要由天线、射频前端、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器以及各种软件组成。软件无线电的天线一般要覆盖比较宽的频段,要求每个频段的特性均匀,以满足各种业务需求。射频(RF)前端在发射时主要完成上变频、滤波、功率放大等任务,接收时实现滤波、放大、下变频等功能。模拟信号进行数字化后的处理任务全由数字信号处理(DSP)软件承担。为了减轻通用DSP的处理压力,通常将A/D转换器传来的数字信号,经过专用数字信号处理器件处理,降低数据流速率,并将信号变至基带后,送给通用DSP进行处理。
  软件无线电具有很强的灵活性,可以通过增加软件模块,方便地增加新功能。在软件无线电中,诸如信道带宽、调制及编码等都可以进行动态调整,以适应网络标准和环境、网络通信负荷及用户需求的变化。软件无线电具有较强的开放性,由于采用标准化、模块化结构,其硬件可以随器件和技术的发展而更新或扩展,软件也可以随需要不断升级。由于软件无线电所具有的灵活性、开放性等特点,使其不仅在无线通信领域得了应用,而且在电子战、雷达、信息化家电等领域得到推广。
  2.智能天线的结构和基本原理
  图1 智能天线的结构
  智能天线利用现代数字信号处理技术,选择合适的自适应算法,动态形成空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,从而达到充分利用移动用户信号来抵消或最大程度的抑制干扰信号的目的,其典型结构如图1所示,主要由天线阵列、射频前端、A/D转换器、自适应信号处理器和接口电路等组成。当系统处于接收状态时,由各个天线单元接收到的信号,首先经过射频前端进行滤波、放大、下变频等处理后,再进行A/D变换,送入自适应信号处理器与一组复加权系数进行加权处理(实现接收信号与权矢量之间的内积运算),从而产生波束输出。
  智能天线不同于常规的扇区天线和天线分集方法,它可以为每个用户提供一个很窄的定向波束,使信号在有限的方向区域发送和接收,充分利用了信号发射功率,降低了信号全向发射带来的电磁污染与相互干扰。
  3.自适应波束形成算法简介
  智能天线所处理的信号是在时域、频域上完全重叠,只在空域上分离(来自不同方向)的多路信号,智能天线所起的作用实质上就是—个空域滤波器。自适应波束形成算法是将天线与数字处理技术相结合,利用空间特性来改进接收系统输出信噪比,通过软件编程在自适应信号处理器上实现的。它不用对硬件做任何操作,只需要通过修改软件,就可以方便新系统,以适应不同环境和不同场合的要求。采用自适应波束形成技术的智能天线可通过自适应算法调整权值,任意改变方向图,在有用信号方向形成主波束,而在其它用户方向增益较低或零陷,减少了其它用户所引起的多址干扰,同时还可以降低接收信号的衰落程序,提高系统性能。
  从是否需要参考信号(导频序列或导频信道)的角度,自适应算法一般分为非盲算法、盲算法两类。非盲算法是指需借助参考信号的算法,此时收端知道发送的是什么,进行算法处理时要么先确定信道响应再按一定准则(如迫零准则[4])确定各加权值,要么直接按一定的准则确定或逐渐调整权值,以使智能天线输出与已知输入最大相关,常用的相关准则有MMSE(最小均方误差)、LMS(最小均方)和LS(最小二乘)等。盲算法则无需发端传送已知的导频信号,判决反馈算法是一类较特殊的算法,收端自己估计发送的信号并以此为参考信号进行上述处理,但需注意的是应确保判决信号与实际传送的信号间有较小差错。 非盲算法相对盲算法而言,通常误差较小,收敛速度也较快,但需浪费一定的系统资源。
  4.结束语
  采用软件无线电实现智能天线,因为不需要对硬件组态进行任何改变,所以系统具有易维护、易应用的操作环境,可以提高系统的运用弹性和扩充能力。将智能天线用于移动通信系统,可增大信道容量,提高系统可靠性,扩大基站覆盖范围、降低邻道干扰等。但是智能天线引入使得对元器件性能要求更高,增加系统的复杂性以及波束赋形的性能导致移动速度受限等。
  【参考文献】
  [1]熊键.基于软件无线电的智能天线[J].电子信息对抗技术,2006,21(3):29-32.
  [2]张辰光.软件无线电在智能天线中的应用[J].现代电子

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作者:吴晓艳
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