采用智能天線陣的無(wú)線通信系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì).pdf

1、 進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，結(jié)合陣列天線和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的智能天線(Smart antenna)技術(shù)已經(jīng)成為第三代(3G)移動(dòng)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(xiě)入WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。也正因?yàn)槿绱?，?duì)智能天線通信系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)有著重大的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。本文結(jié)合科研實(shí)際需求

2、，對(duì)移動(dòng)平臺(tái)智能天線通信系統(tǒng)的天線陣、自適應(yīng)波束合成、抗干擾、數(shù)字收發(fā)信機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究、實(shí)現(xiàn)和測(cè)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(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)的低成本發(fā)信機(jī)，實(shí)現(xiàn)了直接射頻調(diào)制無(wú)線串口通信的發(fā)射功能。其基本的工作流程是FPGA接收來(lái)自上位個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的指令，經(jīng)格式轉(zhuǎn)換、編碼后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。整個(gè)設(shè)計(jì)以FPGA為核心，包括一個(gè)數(shù)字鎖相環(huán)、一個(gè)調(diào)制器及一個(gè)雙路數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

3、并且，該發(fā)信機(jī)采用數(shù)字正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制，依賴FPGA的強(qiáng)大功能分別實(shí)現(xiàn)了數(shù)字、模擬調(diào)制和擴(kuò)頻功能，還能實(shí)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(duì)移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用的特點(diǎn)，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(hào)通過(guò)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(hào)處理技術(shù)形成水平面數(shù)字波束。搭建了硬件平臺(tái)，測(cè)試結(jié)果表明了設(shè)計(jì)方法的正確

4、性。
3．設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)波束形成和抗干擾技術(shù)模塊，采用時(shí)分多址技術(shù)(TDMA)使得每一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)傳輸在固定時(shí)段進(jìn)行，而在數(shù)據(jù)保護(hù)時(shí)段采用多重信號(hào)分類(lèi)(MUSIC)方法對(duì)波達(dá)方向(DOA)進(jìn)行估計(jì)。然后，通過(guò)最小方差無(wú)畸變響應(yīng)(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(cè)試結(jié)果表明對(duì)來(lái)自4單元水平均勻線性陣列的數(shù)字信號(hào)，系統(tǒng)將主波束指向方位角0°的同時(shí)，在方位角56°形成了-30dB的抗干擾波束零陷，同時(shí)波

5、束副瓣不超過(guò)-10dB。
4．基于70MHz中頻信號(hào)，研究和設(shè)計(jì)了中頻數(shù)字接收機(jī)。通過(guò)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(hào)變換成基帶數(shù)字信號(hào)；對(duì)接收到的正交極化信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合并的數(shù)字分集以增強(qiáng)信號(hào)，采用劃窗法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步；借助于計(jì)算機(jī)的串口，將解碼后的信息顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。搭建了數(shù)字接收機(jī)硬件平臺(tái)，測(cè)試結(jié)果表明所設(shè)計(jì)接收機(jī)的誤碼率低于10-5。
5．提出一種現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列直接射頻正交調(diào)

6、制的無(wú)線通訊發(fā)信機(jī)，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(duì)射頻載波進(jìn)行移相的方法靈活地實(shí)現(xiàn)2，8，16，32，64相PSK調(diào)制。測(cè)試結(jié)果表明，無(wú)線發(fā)信系統(tǒng)的誤碼率達(dá)到了常見(jiàn)的正交調(diào)制技術(shù)的誤碼率水平，但卻更簡(jiǎn)單，成本更低。
6．開(kāi)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(jì)波達(dá)方向，并能以兩種不同方式進(jìn)行波束形成。系統(tǒng)中各模塊的設(shè)計(jì)盡可能地采用了數(shù)