采用智能天線陣列的無線通信系統(tǒng)研究和設(shè)計.pdf

1、進入21世紀以來，結(jié)合陣列天線和數(shù)字信號處理技術(shù)的智能天線(Smartantenna)技術(shù)已經(jīng)成為第三代(3G)移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。智能天線的數(shù)字波束形成(DBF)能形成定向波束和波束零陷，從而有效地抑制干擾，提高系統(tǒng)容量和通信質(zhì)量。并且，智能天線技術(shù)已經(jīng)被寫入WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA的移動通信技術(shù)標準。也正因為如此，對智能天線通信系統(tǒng)的研究和設(shè)計有著重大的理論意義和工程實用價值。本文結(jié)合科研實際需求，對移

2、動平臺智能天線通信系統(tǒng)的天線陣、自適應波束合成、抗干擾、數(shù)字收發(fā)信機等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究、實現(xiàn)和測試。作者的主要工作和創(chuàng)造性成果可以概括為:
　　1.研制出一種基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的低成本發(fā)信機，實現(xiàn)了直接射頻調(diào)制無線串口通信的發(fā)射功能。其基本的工作流程是FPGA接收來自上位個人計算機(PC)的指令，經(jīng)格式轉(zhuǎn)換、編碼后對載波進行調(diào)制。整個設(shè)計以FPGA為核心，包括一個數(shù)字鎖相環(huán)、一個調(diào)制器及一個雙路數(shù)模轉(zhuǎn)換器。并且，該

3、發(fā)信機采用數(shù)字正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制，依賴FPGA的強大功能分別實現(xiàn)了數(shù)字、模擬調(diào)制和擴頻功能，還能實現(xiàn)跳頻功能。
　　2.基于雙極化平面天線陣，研究了波束合成、極化分集和微波移相技術(shù)。針對移動平臺應用的特點，提出了適用于平面天線陣的數(shù)字微波波束切換和數(shù)字波束合成的聯(lián)合結(jié)構(gòu)與算法。射頻信號通過數(shù)字微波移相系統(tǒng)完成俯仰面微波波束切換，采用數(shù)字信號處理技術(shù)形成水平面數(shù)字波束。搭建了硬件平臺，測試結(jié)果表明了設(shè)計方法的正確性。

4、>　　3.設(shè)計實現(xiàn)了自適應波束形成和抗干擾技術(shù)模塊，采用時分多址技術(shù)(TDMA)使得每一個用戶的數(shù)據(jù)傳輸在固定時段進行，而在數(shù)據(jù)保護時段采用多重信號分類(MUSIC)方法對波達方向(DOA)進行估計。然后，通過最小方差無畸變響應(MVDR)波束合成技術(shù)形成水平面數(shù)字波束和抗干擾波束零陷。測試結(jié)果表明對來自4單元水平均勻線性陣列的數(shù)字信號，系統(tǒng)將主波束指向方位角0°的同時，在方位角56°形成了-30dB的抗干擾波束零陷，同時波束副瓣不超過

5、-10dB。
　　4.基于70MHz中頻信號，研究和設(shè)計了中頻數(shù)字接收機。通過模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)和數(shù)字下變頻(DDC)技術(shù)將數(shù)字中頻信號變換成基帶數(shù)字信號;對接收到的正交極化信號進行加權(quán)合并的數(shù)字分集以增強信號，采用劃窗法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步;借助于計算機的串口，將解碼后的信息顯示在計算機屏幕上。搭建了數(shù)字接收機硬件平臺，測試結(jié)果表明所設(shè)計接收機的誤碼率低于10-5。
　　5.提出一種現(xiàn)場可編程門陣列直接射頻正交調(diào)制的無線通訊發(fā)信

6、機，基帶數(shù)字處理芯片和射頻正交調(diào)制器直接連接，編制了數(shù)字編碼和調(diào)制軟件;以FPGA控制下的微波移相器對射頻載波進行移相的方法靈活地實現(xiàn)2，8，16，32，64相PSK調(diào)制。測試結(jié)果表明，無線發(fā)信系統(tǒng)的誤碼率達到了常見的正交調(diào)制技術(shù)的誤碼率水平，但卻更簡單，成本更低。
　　6.開發(fā)了一種適合于該平面陣列的處理方法。該方法能夠以全數(shù)字方式估計波達方向，并能以兩種不同方式進行波束形成。系統(tǒng)中各模塊的設(shè)計盡可能地采用了數(shù)字化設(shè)計，提高了系