自适应信号处理器分为两类,一类是自适应天线,另一类是自适应滤波器。自适应天线出现至今已有30多年,自适应天线阵的重要特点是应用信号处理和自动控制技术的理论和方法解决天线权值集的优化问题,自适应滤波原理:自适应滤波器由一个参数可调的数字滤波器(或自适应处理器)和一个自适应算法组成,如图312所示。
1、无线技术的工作原理
假设满足天线发射窄带条件,即入射信号在每个天线单元的响应输出只有相位差而没有幅度变化,这些相位差由入射信号到每个天线所走路径的长度差决定。如果入射信号是平面波(只有一个入射方向),这些相位差由载波波长、入射角和天线位置分布唯一确定。给定一组权重和一定的入射信号强度,对于不同入射角的信号,由于天线之间的相位差不同,合路器的输出信号强度会不同。
在移动通信发展初期,运营商为了节省投资,总是希望用尽可能少的基站覆盖尽可能大的区域,这就意味着用户的信号在到达BTS(基站收发设备)之前可能经历了很长的传播路径,存在很大的路径损耗。为了防止接收到的有用信号低于阈值,要么增加移动台的发射功率,要么增加基站天线的接收增益。因为移动台(尤其是手机)的发射功率通常是有限的,所以提高天线增益确实可行。相对而言,使用智能无线比使用单天线更容易获得更大的增益。
2、在通信中智能天线的作用?
智能天线潜在的性能优势表现在多个方面,如抗多径衰落、降低时延扩展、支持智能天线维持高数据速率、抑制干扰、降低远近效应、降低中断概率、改善BER?双误码率性能、增加系统容量、提高频谱效率、支持灵活有效的切换、扩大小区覆盖范围、灵活的小区管理、延长移动台的电池寿命以及降低维护和运行成本等。利用智能天线技术改善系统性能可以提高第三代移动通信系统的容量和服务质量,W-CDMA系统采用自适应天线阵列技术来增加系统容量。
SCDMA系统采用TDD,使得上下射频信道完全对称,可以同时解决天线的波束赋形、抗多径干扰和抗多址干扰等问题。系统具有精确定位功能,可以实现中继切换,减少信道资源浪费。在欧洲DECT基站的智能天线实验中,采用了多种自适应算法并进行了评估,验证了智能天线的功能。日本在PHS系统中的测试表明,智能天线可以减少基站数量。
3、智能天线技术的用途
智能天线在移动通信中的应用主要包括抗衰落、抗干扰、增加系统容量和移动台定位。它采用自适应算法,图案类似变形虫,没有固定的形状,随信号和干扰而变化。其优点是算法简单,可以获得最大的信干比。但其动态响应速度相对较慢。另外,由于波束的零点对频率和空间位置的变化比较敏感,在频分双工系统中上行和下行响应不同,因此不适合频分双工系统而更适合时分双工系统。
智能天线选择空间中有用的信号,抑制干扰信号。有时我们称之为空间过滤器。虽然这主要取决于天线的方向特性,但从信干比的处理增益来分析,优点是避免了天线方向图分析和综合中的数学困难,在信号环境和处理结果之间建立了直接联系。自适应天线阵的重要特点是应用信号处理和自动控制技术的理论和方法解决天线权值集的优化问题。自适应天线出现至今已有30多年。
4、自适应滤波器的原理
设计最佳滤波器需要关于信号和噪声统计特性的先验知识。但在很多情况下,人们对此并不了解或知之甚少,在某些情况下这些统计特征仍然是时变的。需要自适应滤波器来处理这些信号。比如在地球物理信息处理中,地球物理场的趋势分析,即场的滑动窗口处理方法,就是自适应滤波的典型应用。自适应信号处理器分为两类,一类是自适应天线,另一类是自适应滤波器。
本节简要介绍自适应滤波器的工作原理。自适应滤波原理:自适应滤波器由一个参数可调的数字滤波器(或自适应处理器)和一个自适应算法组成,如图312所示,参数可调的数字滤波器可以是FIR数字滤波器、IIR数字滤波器或格型数字滤波器。输入信号x(n)通过具有可调参数的数字滤波器,以产生输出信号y(n),该输出信号y(n)与参考信号d(n)进行比较,以形成误差信号e(n)。