智能天线系统中的方向调制技术研究(2)
参考文献 33
1 绪论
1.1 研究背景及意义
目前，电子干扰技术快速地进步，对雷达的干扰已形成特别严重的影响。现代局部战争表明，电子防御在现代战争中的作用无可替代[9]。立足目前的军事形势，研究出提高服役雷达的抗干扰能力的新技术已经极其迫切。此外，在移动通信中，因为传播环境的复杂性、通信用户的移动性等，传播信道存在传播损耗、慢衰落损耗和快衰落损耗等损耗[7]。移动通信的传输环境较恶劣，码间干扰、信道干扰、多址干扰等造成了链路性能和通信容量的降低[7]。面对移动用户的不断增长，找出解决干扰、频带资源和通信容量的方法成为一个至关重要的问题。因此不论在军用领域还是民用领域，提高通信容量、增强链路性能和提高安全性都是非常必要的。
智能天线[15[16][17]以阵列信号处理和自适应滤波为基础，可以在一定程度解决以上问题。二十世纪末，伴随着移动通信的不断发展，智能天线成为一个新的研究领域。智能天线是根据某一准则确定阵元权重，从而控制波束方向，并利用不同用户之间不同的信号空间特征，实现在同一信道互不干扰地收发多用户信号。
阵列信号处理[1][24]通过传感器获取信号，通过处理以提取信息。能够在一定程度上提高通信容量、抑制干扰，大大提高频谱利用率。
1.1 阵列空时采样
无线通信的安全性从提出开始就一直是工程技术人员需要面对和有效解决的问题。安全性的要求除了保证用户的接收，可靠地接续用户彼此之间的通信，还要尽量保证有用信息的高度保密性，避免窃听者窃取。用于文护无线通信信息安全的传统技术，包括上层的加密技术或者保密通信协议[12]。但是通过这些传统方式，其主要缺点之一是降低了数据传输的效率。
目前，在不断满足用户的通信需求的情况下，对无线通信信息的保密性提出越来越高的要求。无线通信系统保密性研究的一个重要分支如无线通信系统的物理层安全[6]，是近年来一个重要的研究热点。该研究方向的研究内容：已知期望和非期望接收机采用的解调方法一致，不依赖于上层加密技术或保密通信协议等方法，在物理层实现安全传输[12]。关于物理层安全通信的研究大致有如下两个研究方向：从信息论的角度和从实际的无线通信系统设计出发。
数字处理的优势促进着技术的进步。高性能芯片越来越多地用在控制天线波束方面。这样使得天线系统更加可靠和灵活。利用数字技术实现波束方向的控制；准确地确定来波的信号源数目、来波方向；不依赖于上层加密技术或保密通信协议实现物理层安全通信[9]等。目前，数字域智能天线系统的多种阵列信号处理技术已经达到一定水平，并不断地发展。
1.2 研究现状
1.2 自适应波束形成算法分类
各种算法一般只能在干扰位置上形成具有很窄的零陷的方向图。但在运动的干扰情况下，干扰与零陷位置很可能不能有效地抵消。所以宽带条件下的运动干扰也是研究方向之一。
阵列信号处理的另一个课题是空间信号的波达方向(DOA)估计，该技术应用于雷达、通信等领域[14]。和波束形成相似，DOA估计最开始主要应用于雷达、声纳领域，如飞机场用于确定飞机位置的雷达，随后逐渐运用于民用。DOA估计在很长时间内使用机械扫描，但是机械转动不够快，方向定位也很不准确，无法符合实际的需求。其中一个解决方法是提高阵列天线孔径。但是实际情况下天线的的尺寸一定是有限制的，这时候普通分辨率的算法就无法辨别相距很近的信号。所以许多通信系统、雷达系统等都需要超分辨方位估计。波达方向估计的方法如图1.3。以其中典型的MUSIC算法和ESPRIT算法为基础，拓展研究了是很多适用于不同对象的算法。