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天线阵列的波束赋形仿真

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山西电子技术

通信技术

2008 年第2 期

天线阵列的波束赋形仿真^*

蒋新聪陈丹刘琳

( 重庆邮电大学移动通信重点实验室, 重庆 400065)

摘要: 仿真了基于均匀线阵和圆阵的波束赋形技术, 波束赋形使用线性约束最小方差准则, 仿真结果表明,

波束赋形能使天线主波束对准期望用户, 低增益旁瓣或零陷对准干扰信号, 达到有效利用有用信号抑制干扰信号

的目的。

关键词: 线阵; 圆阵; 波束赋形; 线性约束最小方差

中图分类号: TN929 文献标识码: A

参考阵元) , 即空间信号 s_i( n) 在参考阵元上的接收信号等

0 引言

于 s_i( n )。这一信号到达其他阵元的时间相对于参考阵元

近年来, 阵列信号处理已成为信号处理的一个重要分

存在延迟( 或超前)。令信号 s_i( n ) 电波传播延迟在第二个

支, 在通信、雷达、声纳、地震探测、射电天文等领域获得了广

阵元引起的相位差为 w _i, 从而可以得到天线阵列响应为:

泛应用与迅速发展。阵列信号处理的主要问题包括^{[ 1, 2]}: 波

束形成技术, 该技术的核心思想是使阵列方向图的主瓣指向

所需的方向; 零点形成技术, 使得天线的零点对准所有的干

扰方向; 空间谱估计, 即对空间信号的波达方向的分布进行

超分辨估计。波束赋形技术是智能天线的核心技术, 能高效

地利用无线资源^{[ 3]}

。

1 天线阵列模型

考查在空间传播的多个信号源, 它们均为窄带信号。现

在利用一天线阵列对这些信号进行接收。每根天线称为一

个阵元, 它们都是全向天线, 即无任何方向性。通常, 天线阵

列有两种排列方式, 线阵或圆阵, 分别如图 1 和 2 所示。线

阵适合于扇区化设计, 而圆阵适合于全向小区设计, 各阵元

间是等间距排列的。

图2 圆形阵列

N- 1

a( H)= [ 1

e^{- jU}

]

( 1)

分析图 1 线阵中不同天线阵元之间的相位差, 可以得到

在线阵中有如下关系:

U = 2P( k- 1) sinH

( 2)

分析图 2 圆阵中不同天线阵元之间的相位差, 可以得到

在圆阵中有如下关系:

R cos( a+ (0. 5- k/ N ) P) 2( 1- cos2kP/ N )

U = 2P

( 3)

如图 2, a 为入射角度。

图1 线形阵列

由于窄带信号的包络变化缓慢, 因此等距线阵各阵元接

收到的同一信号的包络相同。令空间信号 s_i( n) 与阵元的

距离足够远, 以致于其电波到达各阵元的波前为平面波, 这

样的信号称为远场信号。远场信号 s_i( n ) 到达各阵元的方

向角相同, 称为波达方向, 定义为 s_i( n) 信号到达阵元的直

射线与阵列法线方向之间的夹角。阵元 1 作为基准点( 简称

2 波束赋形

波束赋形的一个核心问题是如何获得加权因子 w 。目

前己经提出很多著名算法, 概括地讲有非盲算法和盲算法两

大类, 非盲算法需借助参考信号, 对接收到的预先知道的参

考信号进行处理可以确定出信道响应, 再按一定准则( 如迫

零准则) 确定各加权值, 或者直接根据某一准则自适应地调

* 基金项目: 2004 年国家高技术研发发展计划( 863) 课题( 2004AA12350) ; 2004 年国家/ 8630 引导项目( 2004AA001390)

收稿日期: 2007- 07- 26 第一作者蒋新聪男 24 岁硕士研究生

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