采用智能天線陣的無線通信系統(tǒng)研究和設計.pdf

1、 進入21世紀以來，結合陣列天線和數字信號處理技術的智能天線(Smart antenna)技術已經成為第三代(3G)移動通信系統(tǒng)的關鍵技術之一。智能天線的數字波束形成(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)容量和通信質量。并且，智能天線技術已經被寫入WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA的移動通信技術標準。也正因為如此，對智能天線通信系統(tǒng)的研究和設計有著重大的理論意義和工程實用價值。本文結合科研實際需求

2、，對移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、數字收發(fā)信機等關鍵技術進行了研究、實現和測試。作者的主要工作和創(chuàng)造性成果可以概括為：
1．研制出一種基于現場可編程門陣列(FPGA)的低成本發(fā)信機，實現了直接射頻調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，經格式轉換、編碼后對載波進行調制。整個設計以FPGA為核心，包括一個數字鎖相環(huán)、一個調制器及一個雙路數模轉換器。

3、并且，該發(fā)信機采用數字正交相移鍵控(QPSK)調制，依賴FPGA的強大功能分別實現了數字、模擬調制和擴頻功能，還能實現跳頻功能。
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。針對移動平臺應用的特點，提出了適用于平面天線陣的數字微波波束切換和數字波束合成的聯(lián)合結構與算法。射頻信號通過數字微波移相系統(tǒng)完成俯仰面微波波束切換，采用數字信號處理技術形成水平面數字波束。搭建了硬件平臺，測試結果表明了設計方法的正確

4、性。
3．設計實現了自適應波束形成和抗干擾技術模塊，采用時分多址技術(TDMA)使得每一個用戶的數據傳輸在固定時段進行，而在數據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)波束合成技術形成水平面數字波束和抗干擾波束零陷。測試結果表明對來自4單元水平均勻線性陣列的數字信號，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

5、束副瓣不超過-10dB。
4．基于70MHz中頻信號，研究和設計了中頻數字接收機。通過模數轉換(ADC)和數字下變頻(DDC)技術將數字中頻信號變換成基帶數字信號；對接收到的正交極化信號進行加權合并的數字分集以增強信號，采用劃窗法實現數據的同步；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。搭建了數字接收機硬件平臺，測試結果表明所設計接收機的誤碼率低于10-5。
5．提出一種現場可編程門陣列直接射頻正交調

6、制的無線通訊發(fā)信機，基帶數字處理芯片和射頻正交調制器直接連接，編制了數字編碼和調制軟件；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2，8，16，32，64相PSK調制。測試結果表明，無線發(fā)信系統(tǒng)的誤碼率達到了常見的正交調制技術的誤碼率水平，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)中各模塊的設計盡可能地采用了數