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通信中对自动化信号的阻止研讨剖析

2011-11-21 03:55:14中国通信招标网

  多径信道是时变的随机过程,必须用统计方法来描述它的基本特性。设时变多径信道的冲激响应为h(S, t),则时变信道的传输函数为H(f, t) = Q + > - > h ( S, t) e - j 2Pft dS(1)基于广义平稳不相关散射(Wide sense Stationary uncorrelated scattering)模型,即不同时延S的多径信号是不相关的, h( t)具有如下特性R h( S 1, S 2; t 1, t 2)= E< h( S 1, t 1) h

  ( S 2, t 2)> = D( S 1 - S 2) 5 h( S 1; $t)(2)其中$t= t 1 - t 2。特别当$t= 0时, 5 h(S, 0)= 5 h(S)称为信道的时延功率。5 h(S)不为零的最大时延值3 m称为信道的多径扩展(Mul2 tipath Spread),是表征多径信道的重要特征参数。它的意义在于,如果信号的脉冲序列有间隔T,且T n T m,则多径信道会产生不可忽略的码间干扰。多径信道的这个特性在频域用相干带宽$f c表示: $f c U 1 T m。信号频宽比信道相干带宽小得多时,称为非频率选择信道(Frequency- nonselective Channel)。如果信号的频带W比信道的相干带宽$f c大的多(W m$f c),信道的各个频率分量在通过信道时将遭受不同的衰减和相移,产生很大失真,这种信道称为频率选择信道(Frequency- se2 lective Channel)。

  一般认为城市环境中的短期衰落服从瑞利(Rayleigh)分布。其接收信号包络服从瑞利密度分布函数p( r) = r 2 exp(r 2 r 2)(3)式中r为短期衰落信号的包络;r 2为短期衰落信号的平均功率;r 2为r的均方根值。

  三、基于智能天线的抗多径干扰技术

  智能天线(Smart Antenna)是一种基于自适应信号处理的干扰抑制技术,它是在自适应天线阵(Adaptive Antenna Array)的基础上发展起来的,被广泛应用于多波束形成、目标跟踪和空分复用,近年来被应用到移动通信中来,对于抑制多径干扰、多址干扰以及多种干扰的综合抑制具有独到的魅力。智能天线由天线元阵列、波束形成器和自适应信号处理器3部分构成。

  在窄带假设条件下(信号带宽的倒数远小于电磁波波前跨越天线阵列的时间)。对由m个阵元构成的阵列天线,信号在第i个阵元的响应可表示为x i( t) = E L l= 1 g i( H l) A l( t) u( t - S l) (4)式中L为多径信号的数目;g i(H l)为以H l角度入射到天线阵列的第l径信号在第i个阵元上的响应;A l(t), S l分别为第l径信号的复包络和时延;u()表示经过调制后的信源。

  定义m维复矢量X(t)和A(H l)X( t) = < x 1( t) , x 2( t), , , x m( t)> T(5)A( H l) = < g 1( H l) , g 2( H l), , , g m( H l)> T(6)其中,A l(t)遵从Rayleigh分布; A(H l)被定义为阵列综合因子,该参数由阵列的几何结构、各单元的方向图、单元之间的互耦、邻近散射体对阵列天线的影响等诸多因素共同决定。u(t)代表发射信号的瞬时结构,在QPSK调制制式中,该函数有如下的表达式u ( t) = 2E s T s e j ( X c t+ U i)0 < t < T s(7)式中E s为单位符号的信号能量,即0 < t < T s时间间隔内的能量;X c为载波角频率;U i = (i- 1)P 2, i= 0, 1, 2, 3.

  当考虑同信道干扰和热噪声时,天线阵列接受到的信号表示如下X( t) = E L l= 1 a( H l) A l( t ) u( t - S l)= E Q q= 1 E L q l= 1 a( H ql) A ql( t ) u q( t - S ql) + n( t)(8)上式第2项为Q- 1个干扰源产生的同信道干扰。第3项为零均值加性高斯白噪声。将各阵元的输出分别乘以加权系数(复值) ,然后求和,就得到阵列的总输出信号,即y= W H X,其中, W= T称为权矢量, / H0表示复数共轭转置,/ T0表示转置。

  智能天线通过调节阵元的加权系数(幅度和相位)改变天线阵的方向图,将主波束自动指向期望信号方向,将零点指向干扰,利用期望信号和干扰信号(多址、多径、窄带干扰)在入射方向上的差别,达到抑制干扰的目的。

  因此,只要干扰和期望信号在入射方向上不同,就能很好地实现对多径干扰或多种干扰的自适应抑制。

  智能天线技术在实现过程中可以采用不同算法,主要有最小均方算法(LMS)、递归最小平方算法(RLS)和衡模算法( CMA)。其中最小均方算法( LMS)、递归最小平方算法(RLS)需要系统提供与用户相关的参考信号,用以计算误差,控制阵列加权。由自适应衡模算法(CMA)发展而来的CM阵是一种盲自适应阵,不需要参考信号。

  四、实验模拟结果

  为验证用智能天线对多径干扰的抑制,以4元CM阵为例,即设N= 4, d= K/ 2.用户信号采用QPSK调制方式,经由4个不同传输路径到达CM阵,模拟过程中用CMA 1算法调整阵列的加权,提取1路径的信号。CMA 1算法的代价函数为J= 1 4 E{< | y( k) | - 1> 2 },预先设定一个阵元的权值为1,其它阵元的权值均为0,并设CMA 1算法的步长为L= 0. 01.

  五、结束语

  对于无线通信系统来说,多径干扰的影响几乎不可避免,加性高斯白噪声信道(AWGN)下的系统分析与设计不能完全实用于存在衰落和码间干扰的多径信道。上面讨论了基于智能天线的多径干扰抑制技术。可见,智能天线通过调节各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列的方向图形状,从而抑制干扰,提高了所需信号的信噪比。

  传统的干扰抑制技术,如均衡技术、分集接收、RAKE接收、最大似然接收等仅限于时间信号处理,它们在通信中已广泛用于克服多径干扰,提高通信质量。智能天线实际上是一种空间信号处理技术,如将它和时间信号处理相结合,产生一种新的统一算法,可以更有效地提高通信性能和处理效率。

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