第29卷第6期孝感學院學報V OL，基于M AT LA B的智能天線波束方向圖仿真，汪 睿1，(1，3，摘 要:結合一種直線陣智能天線模型，關鍵詞:智能天線，中圖分類號:T N911，隨著移動通信技術的發展，1 智能天線原理，智能天線是一種多天線技術，智能天線由天線陣列、模數轉換器、波束成形網絡和自適應處理器等4部分構成(見圖1)，和優化準則主動地適應周圍電磁環境的變化，圖1 智能天線系統結構圖，2 智能天線的信號模型，天線陣元的排列方式可以是任意的，收稿日期:2009-09-25，作者簡介:汪 睿(1967 )，王振宮(1981 )，56，圖2 智能天線二維原理圖，在距離信號源足夠遠的空間里，如圖2所示是智能天線的原理圖，mk=md sin k cos，對于遠場k=?/2，#m k=2??m d sin k cos，=%md sin k cos，?為相位傳播因子，=s k(t)ex p(-j%md cos，為了使天線陣的輸出滿足需要，N個信號在m個陣元上的輸出為:，u m=，=，N-1，k=1，s k(t)ex p(-j%md cos，y(t)=，=，=s k(t)f(，這里(，f(，P r=，1，2，|y(t)|2=，1，2，|s(t)|2=|f(，W m=e-j%md cos0(7)，于是陣列因子為:，f(，=，sin[M%d，2，(sin cos，sin[，%d，2，(sin cos，?，e-j(M-1)%d2(sin cos，利用M ATLAB軟件對上面的公式進行計算和繪圖，圖3 0為00時的天線方向圖，57，基于M AT LA B的智能天線波束方向圖仿真，圖4 0為00時的天線方向圖，這一參量，4 結論與展望，從MAT LAB軟件仿真后的天線方向圖可以看出，[參 考 文 獻]，[1] W inters J，diver sity o n the capacity o f wireless communication，systems[J]，42(234):1740-1751，[2] 趙勇，的應用[J]，[3] Schmidt R O，parameter estimation[J]，P ro pag at，[4] Seung wo n Choi，beamfor ming algo rithm fo r a smart antenna sy stem，in a CDM A mo bile communication environment[J]，IEEE T ransactions on Vehicular T echnolog y，49(5):1793-1806，[5] A g raw al M，using spatial only modeling o f arr ay data[J]，T rans Signal P ro cessing，線[M]，[7] 楊波，工大學，[8] 李金鎖，波達方向估計研究[D]，[9] 張賢達，出版社，[10] 郭梯云，子科技大學出版社，Simulation for Beam Pattern of S mart Antenna Based on MATLAB，W ang Rui1，(1，2，X ianning，3，Abstract:On the basis of the discussion of a sm art antenna m odel of uniform ly spaced linear array，Key Words:smart antenna，(責任編輯:陳錦華)，58，汪 睿。

29 NO，2，孝感學院物理與電子信息工程學院，湖北職業技術學院應用技術分院，對其工作原理進行了研究，加權因子，72 文獻標識碼:A 文章編號:1671-2544(2009)06-0056-03，與日俱增的移動用戶數量和日益豐富的移動增值服務，根據外界用戶信號波達方向的變化，其中天線陣列是由按某種規律排列的天線陣元構成的，目前，男，男，可以將到達的電磁波視為平面波[9，圖中有M 個陣元，k，其相位差為:，k，k(2)其中，則陣元m上產生的信號是: u mk=s k(t)exp(-j mk)，k)(3)，在每個陣元上用相應的加權因子w m進行控制，N-1k=1u mk，k)(4)則陣列的輸出可以表示為:，M m=1w m u m，M m=1， )(5)， )稱為接收平面波的波達方向(Directio n Of Arr iv al， )|2(6)調整權集{W m}，-sin0)]，-sin0)]，-sin0)(8) 3 M A T L AB軟件仿真，可以得到智能天線的方向圖，就可以把波束指向水平面任何希望的方向，智能天線的波束方向圖具有較窄的主瓣，Salz J，IEEE Trans on Communications，李桂花，電子科學技術評論，M ultiple em itter locatio n and signal，IEEE T r ans A nt ennas，2003，Do ng hee shim，2000，Pr asad S，IEEE，2004，2版，智能天線的波達方向估計[D]，2005，無線移動通信中的智能天線技術 信號，昆明:昆明理工大學，保錚，2000，鄔國揚，2000，2，School of Phy sics and Electronic inf or mation Engineer ing，D ep artment of Electr onic I nf or mation Eng ineer ing，H ubei437100，B r anch of A p p lication T echnolog y，the paper studied its w or king principle and beam fo rming，w eig hted facto r，王振宮。

6 2009年11月JOURNAL OF XIAOGAN UNIVERSITY N O V，王振宮1，湖北孝感432000，湖北孝感432000)，并在M A T L A B軟件下對其波束方向圖進行了仿真，方向圖，使無線通信的業務量迅速增加，通過信號處理技術和自適應濾波算法對這些波束加權因子的幅度和相位自適應調整，波束成形網絡則將來自每個天線陣元的信號加權相加，智能天線的陣元排列分為四種情況[7-8]:線狀排列、圓周排列、面狀排列和立體結構排列，湖北咸寧人，山東煙臺人，10]，均勻排列于x軸，(1)，?和d分別是入射波的波長和陣元間距，這樣陣元m的輸出為w m u m，N k=1w m s k(t)ex p(-j%md cos，DOA)，)稱為陣列因子(array facto r)，令第m個權因子為，)=，假設，從圖3和圖4中可以看出，較靈活的主副瓣大小、位置關系和較大的天線增益，Gitlin R，2003，徐永勝，2005(5):18-23，34(3):276-280，A nov el adapt ive，Bro adband DO A estimat ion，48(3):663-670，北京:電子工業出版社，昆明:昆明理，2004，通信信號處理[M]，李建東，Wang Zheng ong1，X iaog an Univer sity，X ianning Vocational T echnical Coll ege，China，H ubei P oly technic I ns titute，and made the sim ulations fo r beam patterns thro ug h the M AT LA B softw are，antenna patter n，曾慶棟。

2009，3，曾慶棟1，2，咸寧職業技術學院電子信息工程系，結果表明，通過調整加權因子，M AT LA B，給系統帶來了容量壓力，如何高效率的利用無線頻譜受到了廣泛的重視，使發射和接收方向圖動態的跟蹤用戶，使波束準確的指向用戶，其中的加權系數為復數，自適應處理器是智能天線的核心，這4種情況又可分為均勻排列和非均勻排列，直線形天線陣可以用在水平方向平面波在0- 扇區的方位角 估計和波束形成[7]，咸寧職業技術學院電子信息工程系教師，湖北職業技術學院應用技術分院教師， 通訊作者:曾慶棟(1982 )，對于均勻直線陣，由于調制在載波上的基帶信號碼元寬度與波束的乘積遠大于天線陣列的尺寸，從0到M-1，假設第k 個信號以仰角k(與z軸的夾角)，%= 2?，若到達天線陣的信號數是N，天線陣的輸出是N個信號在M個陣元上輸出的疊加，k)，除非特別說明，我們都認為多經分量以水平面方向=00到達基站，陣列因子是波達方向(，M-1m=0e-j%md(sin cos，-sin0)，在x-z平面，平面波入射到圖2所示陣列上時(即，與全向天線相比，智能天線的波束方向圖具有較窄的主瓣，并具有自適應調整波束方向等功能，為了最大限度的放大有用信號，T he impact of ant enna，智能天線技術及其在軍事上， [6] 龔耀寰，自適應濾波 時域自適應濾波和智能天，2006，北京:國防工業，移動通[M]，西安:西安電，3，Zeng Qingdo ng1，X iaogan，H ubei432000，X iaog an，H ubei432000，The result show ed that the mainlo be could po int to any direction in ho rizontal plane by adjustment o f w eig hted factor，MA TLAB。

導讀：文檔《基于MATLAB的智能天線波束方向圖仿真》共1頁，當前為第1頁，大小為259kb，是專業資料、工程科技、信息與通信相關類別的資料，并提供若干種基于MATLAB的智能天線波束方向圖仿真的文本文檔下載，如word文檔下載、wps文檔下載等。摘 要: 結合一種直線陣智能天線模型,對其工作原理進行了研究, 并在 MATLAB 軟件下對其波束方向

圖進行了仿真, 結果表明,通過調整加權因子, 可以使天線主波束在平面內指向任何用戶方向。

關鍵詞: 智能天線;加權因子; 方向圖; M AT LAB,以下便是第1頁的正文：

第29卷第6期孝感學院學報V OL.29 NO.6 2009年11月JOURNAL OF XIAOGAN UNIVERSITY N O V.2009

基于M AT LA B的智能天線波束方向圖仿真

汪 睿1,2,王振宮1,3,曾慶棟1

(1.孝感學院物理與電子信息工程學院,湖北孝感432000;2.咸寧職業技術學院電子信息工程系,湖北咸寧437100;

3.湖北職業技術學院應用技術分院,湖北孝感432000)

摘 要:結合一種直線陣智能天線模型,對其工作原理進行了研究,并在M A T L A B軟件下對其波束方向圖進行了仿真,結果表明,通過調整加權因子,可以使天線主波束在平面內指向任何用戶方向。

關鍵詞:智能天線;加權因子;方向圖;M AT LA B

中圖分類號:T N911.72 文獻標識碼:A 文章編號:1671-2544(2009)06-0056-03

隨著移動通信技術的發展,與日俱增的移動用戶數量和日益豐富的移動增值服務,使無線通信的業務量迅速增加,給系統帶來了容量壓力,如何高效率的利用無線頻譜受到了廣泛的重視,為了適應通信技術的發展,迫切需要新技術的出現來解決這些問題。這樣智能天線技術就應運而生了。智能天線為解決頻譜資源不足、提高移動通信系統容量和系統服務質量提供了一個有效的解決途徑,被認為是目前進一步提高頻譜利用率的最有效的方法之一[1-4]。

1 智能天線原理

智能天線是一種多天線技術,根據外界用戶信號波達方向的變化,通過信號處理技術和自適應濾波算法對這些波束加權因子的幅度和相位自適應調整,使發射和接收方向圖動態的跟蹤用戶,使波束準確的指向用戶。智能天線具有增加通信容量和速率、減少電磁干擾、減少手機和基站發射功率,并具有定位功能的優點[5,6]。

智能天線由天線陣列、模數轉換器、波束成形網絡和自適應處理器等4部分構成(見圖1)。其中天線陣列是由按某種規律排列的天線陣元構成的。波束成形網絡則將來自每個天線陣元的信號加權相加,其中的加權系數為復數。自適應處理器是智能天線的核心,其功能是根據一定的算法

和優化準則主動地適應周圍電磁環境的變化。

圖1 智能天線系統結構圖

2 智能天線的信號模型

天線陣元的排列方式可以是任意的,目前,智能天線的陣元排列分為四種情況[7-8]:線狀排列、圓周排列、面狀排列和立體結構排列。這4種情況又可分為均勻排列和非均勻排列。直線形天線陣可以用在水平方向平面波在0- 扇區的方位角 估計和波束形成[7];由于均勻直線排列天線的結構和信號處理量相對簡單,且能普遍滿足移動通信系統的應用要求。圖2為均勻直線陣列的平面模型。

收稿日期:2009-09-25

作者簡介:汪 睿(1967 ),男,湖北咸寧人,咸寧職業技術學院電子信息工程系教師。

王振宮(1981 ),男,山東煙臺人,湖北職業技術學院應用技術分院教師。 通訊作者:曾慶棟(1982 ),男,湖北廣水人,孝感學院物理與電子信息工程學院教師。

56

圖2 智能天線二維原理圖

在距離信號源足夠遠的空間里,可以將到達的電磁波視為平面波[9,10]。對于均勻直線陣,由于調制在載波上的基帶信號碼元寬度與波束的乘積遠大于天線陣列的尺寸,因此到達各個天線陣元上的信號幅度可以視為不變,而到達它們的載波存在相位差,且相位差取決于各個陣元的空間位置,尺寸,波長和波達方向(仰角,方位角!)。其中從遠場的信號源來說,仰角=?/2。

如圖2所示是智能天線的原理圖。圖中有M 個陣元,均勻排列于x軸,從0到M-1。假設第k 個信號以仰角k(與z軸的夾角),方位角!k(與x 軸的夾角)入射到陣列0號參考陣元上的信號為S k(t);第m個陣元上接收的信號為u mk,它與0號陣元的波程差為:

mk=md sin k cos!k,(1)

對于遠場k=?/2,其相位差為:

#m k=2??m d sin k cos!k,

=%md sin k cos!k(2)其中,?和d分別是入射波的波長和陣元間距,%= 2?

?為相位傳播因子,則陣元m上產生的信號是: u mk=s k(t)exp(-j mk)

=s k(t)ex p(-j%md cos!k)(3)

為了使天線陣的輸出滿足需要,在每個陣元上用相應的加權因子w m進行控制。這樣陣元m的輸出為w m u m;若到達天線陣的信號數是N,天線陣的輸出是N個信號在M個陣元上輸出的疊加。將問題簡化為x-y平面的二維問題并用解析式表達如下:

N個信號在m個陣元上的輸出為:

u m=!N-1k=1u mk

=!

N-1

k=1

s k(t)ex p(-j%md cos!k)(4)則陣列的輸出可以表示為:

y(t)=!M m=1w m u m

=!M m=1!N k=1w m s k(t)ex p(-j%md cos!k)

=s k(t)f(, )(5)

這里(, )稱為接收平面波的波達方向(Directio n Of Arr iv al,DOA),除非特別說明,我們都認為多經分量以水平面方向=00到達基站,因此由方位角!就可以完全確定波達方向DOA。

f(,!)稱為陣列因子(array facto r),陣列因子是波達方向(,!)的函數,通過調整權集{W m},可以將陣列因子的最大主瓣對準任意方向(0,!0)。在陣列的輸出端接收到的功率為

P r=

1

2

|y(t)|2=

1

2

|s(t)|2=|f(, )|2(6)調整權集{W m},令第m個權因子為

W m=e-j%md cos0(7)

于是陣列因子為:

f(,!)=!M-1m=0e-j%md(sin cos!-sin0)

=

sin[M%d

2

(sin cos!-sin0)]

sin[

%d

2

(sin cos!-sin0)]

?

e-j(M-1)%d2(sin cos!-sin0)(8) 3 M A T L AB軟件仿真

利用M ATLAB軟件對上面的公式進行計算和繪圖,可以得到智能天線的方向圖。假設,在x-z平面,平面波入射到圖2所示陣列上時(即!= 00),如圖3和圖4所示分別為當為0#和30#時的天線波束方向圖。由前面的推理可知,只須調整

圖3 0為00時的天線方向圖

57

基于M AT LA B的智能天線波束方向圖仿真

圖4 0為00時的天線方向圖

這一參量,就可以把波束指向水平面任何希望的方向。從圖3和圖4中可以看出,與全向天線相比,智能天線的波束方向圖具有較窄的主瓣,較靈活的主副瓣大小,位置關系和較大的天線增益。

4 結論與展望

從MAT LAB軟件仿真后的天線方向圖可以看出,智能天線的波束方向圖具有較窄的主瓣,較靈活的主副瓣大小、位置關系和較大的天線增益,并具有自適應調整波束方向等功能。為了最大限度的放大有用信號,抑制干擾信號,最直觀的方法是將主瓣對準有用信號的入射方向,即用戶方向,而將方向圖中的最低增益點(被稱之為零陷)對準干擾信號方向。當然,這只是理想情況,實際的無線通信環境比較復雜,干擾信號較多,存在多徑傳輸,有用信號和干擾信號入射方向差異不大等問題使得智能天線不能達到理想的效果。如何選擇更優的波束形成算法,自適應調整加權因子,將是今后研究的一個方向。

[參 考 文 獻]

[1] W inters J,Salz J,Gitlin R.T he impact of ant enna

diver sity o n the capacity o f wireless communication

systems[J].IEEE Trans on Communications,2003,

42(234):1740-1751.

[2] 趙勇,李桂花,徐永勝.智能天線技術及其在軍事上

的應用[J].電子科學技術評論,2005(5):18-23.

[3] Schmidt R O.M ultiple em itter locatio n and signal

parameter estimation[J].IEEE T r ans A nt ennas

P ro pag at,2003,34(3):276-280.

[4] Seung wo n Choi,Do ng hee shim.A nov el adapt ive

beamfor ming algo rithm fo r a smart antenna sy stem

in a CDM A mo bile communication environment[J].

IEEE T ransactions on Vehicular T echnolog y,2000,

49(5):1793-1806.

[5] A g raw al M,Pr asad S.Bro adband DO A estimat ion

using spatial only modeling o f arr ay data[J].IEEE

T rans Signal P ro cessing,2004,48(3):663-670. [6] 龔耀寰.自適應濾波 時域自適應濾波和智能天

線[M].2版.北京:電子工業出版社,2006.

[7] 楊波.智能天線的波達方向估計[D].昆明:昆明理

工大學,2005.

[8] 李金鎖.無線移動通信中的智能天線技術 信號

波達方向估計研究[D].昆明:昆明理工大學,2004.

[9] 張賢達,保錚.通信信號處理[M].北京:國防工業

出版社,2000.

[10] 郭梯云,鄔國揚,李建東.移動通[M].西安:西安電

子科技大學出版社,2000.

Simulation for Beam Pattern of S mart Antenna Based on MATLAB

W ang Rui1,2,Wang Zheng ong1,3,Zeng Qingdo ng1

(1.School of Phy sics and Electronic inf or mation Engineer ing,X iaog an Univer sity,X iaogan,H ubei432000,China;

2.D ep artment of Electr onic I nf or mation Eng ineer ing,X ianning Vocational T echnical Coll ege,

X ianning,H ubei437100,China;

3.B r anch of A p p lication T echnolog y,H ubei P oly technic I ns titute,X iaog an,H ubei432000,China)

Abstract:On the basis of the discussion of a sm art antenna m odel of uniform ly spaced linear array,the paper studied its w or king principle and beam fo rming,and made the sim ulations fo r beam patterns thro ug h the M AT LA B softw are.The result show ed that the mainlo be could po int to any direction in ho rizontal plane by adjustment o f w eig hted factor.

Key Words:smart antenna;w eig hted facto r;antenna patter n;MA TLAB

(責任編輯:陳錦華)

58

汪 睿,王振宮,曾慶棟

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于matlab的智能天线波束方向图仿真,基于MATLAB的智能天线波束方向图仿真的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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