智能天线和联合检测技术建议书afiv10

智能天线和联合检测技术建议书afiv10内容摘要：

周期校准阶段涉及的子系统 智能天线的DOA计算 概述空间达波方向估计（Direction of Arrival, DOA）技术是空间谱估计与阵列信号处理技术相结合的产物，它广泛地应用于雷达、声纳、海洋测绘、地震学、无线电天文学以及数字移动通信领域中。 DOA估计所要解决的问题是如何利用天线（或传感器、换能器等）阵列的输出，从背景噪声中检测信号并估计信号的方位参数，并且空间分辨率和运算复杂度是衡量估计方法优劣的至关重要的性能指标。 通用的DOA估计方法大致分为3类：（1）谱估计方法，例如MUSIC；（2）基于子空间的参数估计方法，例如ESPRIT；（3）确定性参数估计方法，例如ML。 适合于CDMA系统的DOA估计方法有：解扩MUSIC、互相关法、最小二乘法、用于非相关信号的ML法、UnitaryESPRIT和UCAESPRIT。 计算流程TDSCDMA系统采用了基于空间谱搜索的DOA估计方法，得到的DOA主要用在如下两个方面：（1）下行波束赋形；（2）用户定位。 它具有如下几个步骤：（1） 基站利用阵列天线进行多用户多径信号的接收。 （2） 基站对接收信号进行多用户分离，并对每个用户进行信道估计，得到信道响应。 （3） 利用用户的信道响应进行用户DOA估计。 该步骤又包括如下子过程：（a） 对于每个用户，根据其信道响应组成空间相关矩阵。 （b） 利用空间相关矩阵计算各个方向的增益。 （c） 找出最大增益对应的方向。 （d） 将该方向当作用户的DOA。 基站接收到达信号（码片级）用户空间相关矩阵信道响应多用户多径信号利用空间相关矩阵计算各个方向的增益用户的DOA找出最大增益对应的方向多用户分离、信道估计谱搜索DOA估计方法将该方向当作该用户的到达方向（即DOA） DOA计算过程 智能天线的下行波束赋形 概述在蜂窝移动通信系统中，由于用户通常分布在各个方向，加之无线移动信道的多径效应，有用信号存在一定的空间分布。 一方面，当基站接收信号时，来自各个用户的有用信号到达基站的方向可能不同，且信号与其到达角度之间存在复杂的依赖关系；另一方面，当基站发射信号时，可被用户有效接收的也只是部分的信号。 考虑到这一因素，调整方向图使其能实现指向性的接收与发射，这就是波束赋形的基本概念。 波束赋形可以补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落和失真，同时降低同信道用户间的干扰。 下行波束赋形就是在基站端对下行发送的信号在天线上进行加权，假设第k个用户在第ka根天线上的加权系数用表示，它是一个由K路用户数据到Ka根天线发射信号的加权映射网络。 ，它是一个由Ka根天线发射信号经过无线信道到达第ku个移动台的过程。 基站端的下行波束赋形结构 下行链路的结构 DOT赋形TDSCDMA系统采用了基于到达角（DOA）的方向向量赋形方法，称为发射方向赋形（Direction of Transmit, DOT）。 ，它可以分为如下几个步骤：（1） 对于每用户，根据上行获得的到达角，计算方向向量，并将方向向量的共轭当作加权系数。 （2） 在每根天线上，将各用户的扩频信号和所得的加权系数相乘，得到各用户的下行加权信号，并将所有用户的加权信号进行相加，得到多用户的混合下行赋形信号。 加权系数用户的到达角度计算该角度对应的方向向量天线权向量等于方向向量的共轭多用户的混合下行赋形信号加权网络用户的扩频信号 DOT赋形过程 智能天线的EIRP计算方法EIRP是等效全向辐射功率的英文简写，它是用户在发射端的一种功率体现，通常用dBm来表示。 用户的等效全向辐射功率用公式表达如下：用户的等效全向辐射功率 (EIRP,dBm) = 用户最大发射功率 + 天线总增益 + 功率控制增益 – 馈线损耗 – 人体损耗天线总增益 = 发射天线增益 + 阵列天线增益 + 波束成形增益下面，我们对该公式中用到的几个术语分别进行解释。 用户最大发射功率对于业务信道，上行用户最大发射功率即为移动台最大发射功率。 下行有多个移动台和基站同时通信，这时用户最大发射功率为该用户所承载的业务所占用的能量。 与该用户所承载的业务所占用的RU资源以及基站规划承载的业务有关。 假设基站所承载的用户每时隙总共占用的资源为10个扩频因子（SF）为16的RU，基站最大发射功率为（mW），（占用2个SF为16的RU）的用户，该基站的用户的最大发射功率为：dBm。 对于导频信道，没有经过信道化码扩频，以满功率发射，下行的用户最大发射功率即基站的最大发射功率。 上行的用户最大发射功率即为移动台最大发射功率。 TDSCDMA移动台最大发射功率等级Power ClassNominal maximum output powerTolerance1+30 dBm+1 dB / 3 dB2+24 dBm+1 dB / 3 dB3+21 dBm+2 dB / 2 dB4+10 dBm+4 dB / 4 dB 天线总增益智能天线带来的天线总增益包括3部分：（1）发射天线增益；（2）阵列天线增益；（3）波束赋形增益。 发射天线增益是相对于单个天线阵元来说的，它与天线的结构有关。 对于在垂直面内采用4个半波振子的天线，其发射天线增益为 (+10log10(4) )=。 阵列天线增益是采用阵列和采用单天线相比较的增益，对于8元阵列，其阵列天线增益为10lg(8)=9dB。 波束赋形增益是智能天线抗干扰的能力体现，它表现为方向图上期望信号与干扰信号的功率比值。 通常，期望用户指向方向图的最大点，而干扰用户可能在方向图的任意一点（即干扰的到达方向是任意的），因此，我们可以用方向图的最大值与方向图的平均值来表示平均的赋形增益，即：赋形增益=功率方向图最大值/功率方向图平均值。 对于以到达角的方向向量进行赋形的8元均匀圆形阵列，其赋形增益为8dB。 功率控制增益CDMA是一个自干扰系统，移动台之间会产生干扰。 使“远近效应”问题更加突出。 上行链路功率控制的目的就是克服远近效应，使所有的移动台以最低的功率电平满足信号干扰比要求，使系统既能维持高质量通信，又不对占用同一信道的其它用户产生不应有的干扰。 下行链路功率控制中，基站对路径衰落小的移动台分配较小的功率，而对那些较远的和解调信噪比低的移动台分配较大的发射功率，克服邻区干扰。 由于基站对近处的移动台分配较小的功率，从而基站有功率余量给小区边缘的移动台，把功率提高到超过平均功率的发射功率，满足信号的载干比要求。 也就是提高了超过平均覆盖距离的最大室外覆盖距离。 这就是下行链路功率控制带来的增益。 一般认为功率控制带来的增益为3dB。 但这时需要用户数大于4。 馈线损耗因为计算基站接收机灵敏度的参考点为基站天线口，而天线和基站天线口之间用电缆和各种连接器件连接，所以，将电缆和各种连接器件的损耗叫做馈线损耗。 只要馈线损耗不超过14dB，系统都能将损耗值补偿回来。 人体损耗对于移动台，使用语音业务，假设终端贴近人体，而数据业务无此假设，故可假设人体损耗分别为：， 数据业务0dB。 对于基站，无人体损耗，为0dB。 链路预算。 TDSCDMA系统的链路预算 智能天线在TDSCDMA系统中的应用TDSCDMA系统是基于智能天线的第3代移动通信系统。 智能天线技术在TDSCDMA系统中应用时具有如下两大特点：一，时分双工的通信方式使得智能天线在上行链路和下行链路中都能发挥作用，并且下行链路的参数调整过程直接根据上行链路而来；二，智能天线技术和联合检测处理技术相结合，做到了信号的时空处理，能够更好地克服多径衰落，提高通信性能和处理效率。 目前，TDSCDMA系统采用了具有各向同性全向辐射的8元均匀圆形阵列用于小区的接收和发射，采用了具有各向同性定向辐射的8元均匀直线阵列用于扇区的接收和发射。 智能天线的应用功能和位置。 对于上行链路，智能天线起着最大功率比合并的作用（见绿色模块）；对于下行链路，智能天线起着波束赋形的作用（见红色模块），而赋形权值来源于上行链路的参数，即上行信道响应。 另外，智能天线还用于对用户进行定位。 用户1上行数据生成基站接收数据并采样用户K上行数据生成信道估计时空联合处理用户1数据用户K数据下行波束赋形下行数据生成无线信道128基站发送道 智能天线在TDSCDMA系统中的应用位置结构图 智能天线对链路的性能改善采用智能天线的系统和采用单天线的系统相比，前者的系统性能明显改善。 以链路仿真结果为例，~、下行链路的不同环境下的性能比较。