第一章 无线通信基础.pdf

国家重点实验室国家重点实验室1.概述无线通信基础国家重点实验室国家重点实验室无线通信基础 最佳检测算法 方向性天线与自适应阵列天线国家重点实验室国家重点实验室最佳检测算法国家重点实验室国家重点实验室参考文献1 John G.Proakis,Digital Communications,Fourth Edition,The McGraw-Hill Companies,Inc.电子工业出版社，电子工业出版社，20012S.Kyeong，et al,Simple MAP Detector for Coded MIMO System,IEEE Vehicular Technology Conference,2008.VTC Spring 2008.11-14 May 2008 Page(s):888-8923 L.R.BAHL,J.COCKE,F.JELINEK,AND J.RAVIV,Optimal Decoding of Linear Codes for Minimizing Symbol Error Rate,IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION THEORY,MARCH 1974 pp284-2874第第5章 数字调制与检测，章 数字调制与检测，pp.106-143.Andrea Goldsmith,Wireless Communications,杨鸿文等译，人民邮电出版社，杨鸿文等译，人民邮电出版社，2007.6国家重点实验室国家重点实验室最佳检测算法 高斯信道高斯信道下的下的无记忆信号无记忆信号的检测算法的检测算法?接收信号的解调接收信号的解调?最佳检测器最佳检测器 最大后验概率准则最大后验概率准则 最大似然准则最大似然准则 高斯信道高斯信道下的下的有记忆信号有记忆信号的检测算法的检测算法?最大似然序列检测器最大似然序列检测器?最大后验概率检测器最大后验概率检测器国家重点实验室国家重点实验室1.高斯信道下的无记忆信号的检测算法国家重点实验室国家重点实验室最佳接收机接收机通常可以分为两部分，信号解调器和检测器。接收机通常可以分为两部分，信号解调器和检测器。国家重点实验室国家重点实验室最佳接收机 设发射信号有设发射信号有M种信号波形信号的符号区间为种信号波形信号的符号区间为T。发送的信号仅取决于当前的输入信息比特发送的信号仅取决于当前的输入信息比特。这一类信号称为。这一类信号称为无记忆信号无记忆信号。(),1,2,0mxtmMtT=L非归零信号非归零信号DataData10110001国家重点实验室国家重点实验室最佳接收机信道引入的加性高斯噪声信道引入的加性高斯噪声AWGN，其功率谱密度为，其功率谱密度为目标：目标：基于接收信号基于接收信号r(t)，设计一个，设计一个最佳的接收机最佳的接收机，使得错误判决的概率最小。，使得错误判决的概率最小。国家重点实验室国家重点实验室接收信号的解调 设发送信号空间是由设发送信号空间是由N个基函数张成的信号空间，即发送信号中的任一个信号均可以表示成的线性组合。个基函数张成的信号空间，即发送信号中的任一个信号均可以表示成的线性组合。(),1,2,kftkN=L(),1,2,mxtmM=L()kft()1()Nmmkkkxtxft=国家重点实验室国家重点实验室接收信号的解调接收机中接收机中信号解调器的目的信号解调器的目的就是通过就是通过相关解调相关解调或或匹配滤波匹配滤波的方法，将接收信号的方法，将接收信号投影投影到到N个个基函数基函数上，即解调后的接收信号可以表示为上，即解调后的接收信号可以表示为()r t(),1,2,kftkN=12,Nrr rr=L国家重点实验室国家重点实验室相关解调在相关解调方法中，在相关解调方法中，()()()0,1,2,Tkmkmkkrxtn tft dtxn kN=+=+=L国家重点实验室国家重点实验室匹配滤波在数字通信系统中，滤波器是其中重要部件之一。它有两个方面的作用：使滤波器输出有用信号成分尽可能强；二是抑制信号带外噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小，减小噪声对信号的判决。在数字通信系统中，滤波器是其中重要部件之一。它有两个方面的作用：使滤波器输出有用信号成分尽可能强；二是抑制信号带外噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小，减小噪声对信号的判决。匹配滤波器是指滤波器的输出信噪比在某一特定时刻达到最大。匹配滤波器是指滤波器的输出信噪比在某一特定时刻达到最大。而使滤波器输出信号波形与发送信号波形之间的均方差最小的滤波器称为维纳滤波器。而使滤波器输出信号波形与发送信号波形之间的均方差最小的滤波器称为维纳滤波器。国家重点实验室国家重点实验室匹配滤波在匹配滤波的方法中，在匹配滤波的方法中，N个个匹配滤波器是与基函数相匹配的匹配滤波器是与基函数相匹配的，即每个之路的滤波器的，即每个之路的滤波器的冲击响应冲击响应为为(),1,2,kftkN=L()(),1,2,kkhtfTtkN=L匹配滤波器的输出为匹配滤波器的输出为()()()()()00,1,2,ttkkkr trhtdrfTtdkN=+=L对匹配滤波器的输出在对匹配滤波器的输出在T时刻采样，我们可以得到与相关解调相同的输出结果。时刻采样，我们可以得到与相关解调相同的输出结果。kr()()0,1,2,TkkrrfdkN=L国家重点实验室国家重点实验室最佳检测器mkx国家重点实验室国家重点实验室最佳检测器假定发送的信号在连续的信号区间内是无记忆的，最佳检测器的目标是在每个信号区间上，根据观察的矢量，使正确判决的概率最大化。（这类检测器称为假定发送的信号在连续的信号区间内是无记忆的，最佳检测器的目标是在每个信号区间上，根据观察的矢量，使正确判决的概率最大化。（这类检测器称为最佳符号检测器最佳符号检测器。）。）,.,21Nrrrr=国家重点实验室国家重点实验室最大后验概率准则 定义后验概率（定义后验概率（posterior probabilities）为）为()(),1,2,mmP xrPxrmM=L发送信号是国家重点实验室国家重点实验室最大后验概率准则国家重点实验室国家重点实验室MAP 应用举例2 PAM基带信号举例：基带信号举例：()()()()1mmmmbmsts f tf tg tsAEA=1,0()0,tTg t=其 他()(),1,20mmbstAE g tmtT=国家重点实验室国家重点实验室MAP 应用举例0()()()()()mTmr tstn trr t f t dtsn=+=+()()(,)()()()mmmmpPPMPpp=r ssr ssrrr下面来求下面来求PAM的最佳的最佳MAP检测器检测器国家重点实验室国家重点实验室MAP 应用举例222()1()exp22bnnrEp r s+=212()1()exp22bnnrEp r s=()bnrEy T=+12bssE=12()()1P spandP sp=信号：信号的先验概率：接收信号：条件PDF：信号：信号的先验概率：接收信号：条件PDF：21()2nnoy TN=的方差国家重点实验室国家重点实验室MAP 应用举例212()()()exp22bnnrEpPMp p r s=1r,s2222()1()(1)()exp22bnnrEpPMpp r s+=r,s1222()1()()1()PMsPMPMsPM+=2bsE=1bsE=hRegion R2Region R1国家重点实验室国家重点实验室最大后验概率准则 当M个信号被发送的先验概率是相等的情况下，MAP准则可以简化。()1mP xM=()()()()()()()1mmmmMmmmp r xP xp r xP xrp rMp r xP x=此时，最大后验概率准则可以等效为求解使最大化的信号准则。此时，最大后验概率准则可以等效为求解使最大化的信号准则。()mp r x与发送哪个信号无关与发送哪个信号无关国家重点实验室国家重点实验室最大似然准则 条件概率密度函数（条件概率密度函数（PDF）或它的任何单调函数通常被称为）或它的任何单调函数通常被称为似然函数似然函数（Likelihood function）。在）。在M个信号的集合上使最大化的准则被称为个信号的集合上使最大化的准则被称为最大似然准则最大似然准则（ML-maximum likelihood）。）。当信号当信号是等概的（先验概率是相等的），是等概的（先验概率是相等的），则基于则基于MAP准则的检测器与基于准则的检测器与基于ML的检测器是等价的的检测器是等价的（会做出相同的判决）。（会做出相同的判决）。()mp r x()mp r xmx国家重点实验室国家重点实验室最大似然准则=Nkkmkmtfxx1)(（1）ln国家重点实验室国家重点实验室最大似然准则ln国家重点实验室国家重点实验室2 高斯信道下的有记忆信号的检测算法国家重点实验室国家重点实验室高斯信道下的有记忆信号的检测算法上一小节讨论的最佳检测是针对无记忆信号。然而，在实际的通信系统，为了改善已调信号的频谱特性或传输性能，很多系统会上一小节讨论的最佳检测是针对无记忆信号。然而，在实际的通信系统，为了改善已调信号的频谱特性或传输性能，很多系统会采用部分响应（引入可控的码间干扰）或差分编码等方式采用部分响应（引入可控的码间干扰）或差分编码等方式，从而使得，从而使得发送信号在连续的相邻信号码元区间内具有了依赖性发送信号在连续的相邻信号码元区间内具有了依赖性。这类信号称为。这类信号称为有记忆的调制信号有记忆的调制信号。本小节将讨论这类信号的最佳检测。一个最简单的无记忆信号和有记忆信号的例子是。本小节将讨论这类信号的最佳检测。一个最简单的无记忆信号和有记忆信号的例子是NRZ（非归零）信号和（非归零）信号和NRZI(差分编码的非归零差分编码的非归零)信号。信号。国家重点实验室国家重点实验室高斯信道下的有记忆信号的检测算法NRZNRZI1 0 1 1 0 0 0 1 DataA-A在在NRZI中，输入信息中，输入信息比特为比特为1时，输出信号的电平从时，输出信号的电平从一个振幅转移到另一个振幅一个振幅转移到另一个振幅；当输入信息；当输入信息比特为比特为0时，输出信号的时，输出信号的电平保持不变电平保持不变。NRZI调制器可以看成为由一个差分编码器调制器可以看成为由一个差分编码器+NRZ调制器构成。调制器构成。国家重点实验室国家重点实验室高斯信道下的有记忆信号的检测算法 在在NRZI中，当前码元的输出信号，中，当前码元的输出信号，由当前码元的输入信息和前一个码元的信号的状态共同决定由当前码元的输入信息和前一个码元的信号的状态共同决定。可以通过状态转移图（一个。可以通过状态转移图（一个Markov链）或篱笆图来描述有记忆的调制信号。链）或篱笆图来描述有记忆的调制信号。状态状态S0状态状态S10/x(t)0/-x(t)1/x(t)1/-x(t)S1=1S0=0调制器所处的状态调制器所处的状态输入比特输入比特/输出信号输出信号NRZI的状态转移图的状态转移图国家重点实验室国家重点实验室高斯信道下的有记忆信号的检测算法NRZI的篱笆图的篱笆图S0=0S1=11/x(t)1/x(t)1/x(t)0/-x(t)0/-x(t)0/-x(t)0/-x(t)1/x(t)1/-x(t)1/-x(t)1/-x(t)1/-x(t)0/x(t)0/x(t)0/x(t)0/x(t)NRZI的篱笆图既反映与状态转移图相同的信息，也反映出状态转移的时间关系图，调制的输出信号序列对应该图中的一条路径。的篱笆图既反映与状态转移图相同的信息，也反映出状态转移的时间关系图，调制的输出信号序列对应该图中的一条路径。国家重点实验室国家重点实验室高斯信道下的有记忆信号的检测算法由于由于有记忆信号有记忆信号在在相邻的信号码元相邻的信号码元区间内是区间内是相互依赖相互依赖的，其的，其最佳检测器最佳检测器应当基于对应当基于对多个连续的信号码元区间多个连续的信号码元区间上的一个上的一个接收信号的观测序列接收信号的观测序列做出判决。做出判决。1.最大似然序列最大似然序列(Maximum-Likelihood Sequence)检测算法检测算法?在发送信号的篱笆图上寻找与发送信号的在发送信号的篱笆图上寻找与发送信号的欧式距离最小的路径欧式距离最小的路径2.最大后验概率最大后验概率（Maximum a posteriori probability）检测算法）检测算法?基于接收信号的基于接收信号的观测序列进行逐符号（观测序列进行逐符号（Symbol-by-Symbol）判决）判决国家重点实验室国家重点实验室最大似然序列检测器国家重点实验室国家重点实验室国家重点实验室国家重点实验室最大似然序列检测器其两种可能的发送信号的条件其两种可能的发送信号的条件PDF如下：如下：(1)(2)=22212)(exp21)(nbknkErsrp+=22222)(exp21)(nbknkErsrp国家重点实验室国家重点实验室最大似然序列检测器最大似然序列检测器就是确定使最大似然序列检测器就是确定使(3)式最大的发送序列式最大的发送序列(3)国家重点实验室国家重点实验室最大似然序列检测器34 453国家重点实验室国家重点实验室最大似然序列检测器S0=0S1=11/x(t)1/x(t)1/x(t)0/-x(t)0/-x(t)0/-x(t)0/-x(t)1/x(t)1/-x(t)1/-x(t)1/-x(t)1/-x(t)0/x(t)0/x(t)0/x(t)0/x(t)为了在发送信号的篱笆图上，搜索满足式（为了在发送信号的篱笆图上，搜索满足式（5）的序列，可能需要对某一种可能的序列计算式（）的序列，可能需要对某一种可能的序列计算式（4）。以）。以NRZI为例，可能的发送序列有为例，可能的发送序列有2K种，需要计算式（种，需要计算式（4）2K次。次。可以利用可以利用Viterbi算法算法来大大减少在篱笆图上搜索序列的数目。来大大减少在篱笆图上搜索序列的数目。Viterbi算法是完成算法是完成ML序列检测的序列搜索算法，它最初是用于卷积码的译码算法。序列检测的序列搜索算法，它最初是用于卷积码的译码算法。国家重点实验室国家重点实验室（假定序列搜索过程从状态（假定序列搜索过程从状态S0开始）。图中，状态转移线上的符号表示开始）。图中，状态转移线上的符号表示“发送的信息比特发送的信息比特/解调器输出的信号点的取值解调器输出的信号点的取值”。S0=0S1=1t=Tt=2Tt=3Tt=4T0bE0bE0bE0bE1bE1bE1bE1bE0bE0bE0bE1bE1bE1bE最大似然序列检测器以以NRZI信号的解调为例信号的解调为例国家重点实验室国家重点实验室最大似然序列检测器S0=0S1=1t=Tt=2Tt=3Tt=4T0bE0bE0bE0bE1bE1bE1bE1bE0bE0bE0bE1bE1bE1bE篱笆图达到稳态篱笆图达到稳态此时，进入状态此时，进入状态S0有两条路径，对应的发送比特分别是有两条路径，对应的发送比特分别是(0,0)和和(1,1)；进入状态；进入状态S1也有两条路径，对应的发送比特分别为也有两条路径，对应的发送比特分别为(0,1)和和(1,0)国家重点实验室国家重点实验室最大似然序列检测器 在在Viterbi算法中，为了算法中，为了减少路径搜索减少路径搜索的次数，进入每个状态仅需的次数，进入每个状态仅需保留一条路径保留一条路径。按照式计算每条路径与解调器在按照式计算每条路径与解调器在t=T和和t=2T的输出组成序列的输出组成序列(r1,r2)之间的欧氏距离。距离值大的路径被丢弃，之间的欧氏距离。距离值大的路径被丢弃，距离值小距离值小的路径的路径被保留被保留。被保留的路径被称为。被保留的路径被称为幸存路径幸存路径。国家重点实验室国家重点实验室最大似然序列检测器S0=0S1=1t=Tt=2Tt=3Tt=4T0bE0bE0bE0bE1bE1bE1bE1bE0bE0bE0bE1bE1bE1bE例：在例：在t=2T时，进入状态时，进入状态S0有两条路径，其欧氏距离为有两条路径，其欧氏距离为(6)(7)假设式（假设式（6）的值小于式）的值小于式(7)，则路径（，则路径（0，0）将被保留。）将被保留。国家重点实验室国家重点实验室最大似然序列检测器 由于在由于在t=2T以后，利用具有以后，利用具有较大距离值的路径延伸出的新路径较大距离值的路径延伸出的新路径与解调后信号的距离值总是与解调后信号的距离值总是大于大于利用利用幸存路径延伸出的新路径幸存路径延伸出的新路径的距离值。的距离值。因此，采用上述方法来消除一条路径，不会影响到篱笆图上搜索信号路径的最佳性。因此，采用上述方法来消除一条路径，不会影响到篱笆图上搜索信号路径的最佳性。国家重点实验室国家重点实验室最大似然序列检测器 在在t=3T时，利用幸存路径延伸进入状态时，利用幸存路径延伸进入状态S0的新路径也有两条路径，对应的发送比特分别为的新路径也有两条路径，对应的发送比特分别为(0,0,0)和和(1,0,1)。S0=0S1=1t=Tt=2Tt=3Tt=4T0bE0bE0bE0bE1bE1bE1bE1bE0bE0bE0bE1bE1bE1bE(8)(9)国家重点实验室国家重点实验室最大似然序列检测器S0=0S1=1t=Tt=2Tt=3Tt=4T0bE0bE0bE0bE1bE1bE1bE1bE0bE0bE0bE1bE1bE1bE上述过程在上述过程在每接收到一个信号符号重复一次每接收到一个信号符号重复一次，直至传输结束。，直至传输结束。Viterbi算法大大减少了在篱笆图中路径搜索的数目。算法大大减少了在篱笆图中路径搜索的数目。幸存路径幸存路径国家重点实验室国家重点实验室最大后验概率检测器 假定发送信号为假定发送信号为M进制的进制的PAM信号。设发送信号序列为。解调后的接收信号序列信号。设发送信号序列为。解调后的接收信号序列r的长度为的长度为N个符号。定义表示从个符号。定义表示从k到到N个符号区间的解调器的输出。个符号区间的解调器的输出。()()()()12,NkmxxxxA=L1,NkkkNrr rr+=L1NrkNkr基于最大后验概率准则，进行基于最大后验概率准则，进行逐符号判决逐符号判决的算法为：的算法为：()()()()argmaxkkkmxxP xA r=国家重点实验室国家重点实验室最大后验概率检测器后验概率可以表示为：后验概率可以表示为：()()()()(),kmkmP xArP xA rP r=由于由于P(r)对所有符号均是相同的，最大后验概率准则就等效为：对所有符号均是相同的，最大后验概率准则就等效为：()()()()argmax,kkkmxxP xAr=可以采用可以采用BCJR算法算法（BCJR是发明该算法的四位作者姓氏的第一个字母的组合）。是发明该算法的四位作者姓氏的第一个字母的组合）。国家重点实验室国家重点实验室总 结最佳检测理论最佳检测理论是无线传输的基础。无线传输基本的目的是提高传输的可靠性和传输的容量。采用的是无线传输的基础。无线传输基本的目的是提高传输的可靠性和传输的容量。采用的基本原理基本原理是：针对是：针对给定的信道给定的信道，在，在发端发端如何更有效的如何更有效的引入记忆引入记忆（如高效编码），在（如高效编码），在收端收端进行进行有效的检测有效的检测（基于（基于ML,MAP等的迭代检测）。等的迭代检测）。国家重点实验室国家重点实验室方向性天线与自适应阵列天线国家重点实验室国家重点实验室参考文献1顾瑞龙、沈民谊等编，微波技术与天线，国防工业出版社，顾瑞龙、沈民谊等编，微波技术与天线，国防工业出版社，19802吴伟陵、牛 凯编著，移动通信原理，电子工业出版社，吴伟陵、牛 凯编著，移动通信原理，电子工业出版社，2005国家重点实验室国家重点实验室内容 天线的方向性天线的方向性 自适应阵列天线自适应阵列天线国家重点实验室国家重点实验室1.天线的方向性国家重点实验室国家重点实验室天线的方向性 天线的作用天线的作用是将发射机的输出功率有效地转换成为在自由空间传播的电磁波功率或将自由空间传播的电磁波功率有效地转换为接收输入端的功率是将发射机的输出功率有效地转换成为在自由空间传播的电磁波功率或将自由空间传播的电磁波功率有效地转换为接收输入端的功率1。一个天线在一个天线在所有方向上均辐射功率所有方向上均辐射功率，但在，但在各个方向各个方向上的辐射功率上的辐射功率不一定相等不一定相等。描述天线特性的重要特征之一是天线的。描述天线特性的重要特征之一是天线的辐射模式（辐射模式（Radiation Pattern）或称为方向图）或称为方向图。最简单的方向图是以天线为中心的一个球体，天线在所有方向上辐射相同的功率。该天线被称为最简单的方向图是以天线为中心的一个球体，天线在所有方向上辐射相同的功率。该天线被称为全向天线全向天线，它是由一个理想的天线，它是由一个理想的天线-称为各向同性天线（称为各向同性天线（Isotropic Antenna）产生的，它是空间中的一个）产生的，它是空间中的一个点点。国家重点实验室国家重点实验室天线的方向性最简单的天线是最简单的天线是半波长偶极（半波长偶极（Half-wave Dipole）天线）天线（也称为（也称为赫兹（赫兹（Hertz）天线）天线），它由两个直的在同一直线上的导体构成，两个导体之间有一个小的馈电间隙。），它由两个直的在同一直线上的导体构成，两个导体之间有一个小的馈电间隙。(a)方向图方向图（c）方向图的侧视图）方向图的侧视图（b）方向图的顶视图）方向图的顶视图在与天线平行的平面在与天线平行的平面(E-plane)内，在不同的方向上有不同的辐射功率，即是有方向性的。内，在不同的方向上有不同的辐射功率，即是有方向性的。该天线在与天线垂直的平面（该天线在与天线垂直的平面（H-plane）内在所有的方向上辐射功率是相同的，即为全向的。）内在所有的方向上辐射功率是相同的，即为全向的。国家重点实验室国家重点实验室天线阵列为了为了提高天线的方向性提高天线的方向性，可以采用，可以采用多个相同的单元振子天线多个相同的单元振子天线构成构成天线阵列天线阵列。假定多个振子天线轴都沿。假定多个振子天线轴都沿z轴，其间距为轴，其间距为d。法线法线r1各振子在各振子在 方向上距第一个振子的距离为方向上距第一个振子的距离为r1的接收点上的场强分别为的接收点上的场强分别为12,nE EEvvvL12nEEEE=+vvvvL则则合成的场强合成的场强为为国家重点实验室国家重点实验室天线阵列如果每个振子上的激励电流是如果每个振子上的激励电流是等幅同相等幅同相的，的，r1远大于远大于振子的长度，则在振子的长度，则在量值上实际是相等量值上实际是相等的。只是由于各振子到达接收点的距离不同引起的的。只是由于各振子到达接收点的距离不同引起的相位有差别相位有差别。r112,nE EEvvvLsind当当接收点足够远接收点足够远时，由各个振子时，由各个振子到达接收点的射线到达接收点的射线可以认为是可以认为是平行平行的，每两个振子之间的射线的，每两个振子之间的射线光程差光程差为为国家重点实验室国家重点实验室天线阵列r1sin21jkdEE e=2k=sin2 sin321jkdjk dEE eE e=()1sin1jk ndnEE e=在接收点的合成场强为在接收点的合成场强为国家重点实验室国家重点实验室天线阵列在接收点的合成场强为在接收点的合成场强为远场的相位变化远场的相位变化阵列因子：反映了天线阵列对方向性的作用阵列因子：反映了天线阵列对方向性的作用该式表明天线阵列的该式表明天线阵列的方向图方向图由由各单位振子天线的方向图乘以阵列因子各单位振子天线的方向图乘以阵列因子而得。当振子数而得。当振子数较多时较多时，方向性方向性的作用主要的作用主要由阵列因子决定由阵列因子决定。国家重点实验室国家重点实验室天线阵列阵列因子阵列因子当当=0时，时，阵列因子取得最大值阵列因子取得最大值n。即。即最大的辐射方向最大的辐射方向是是=0的方向上。的方向上。有有n个振子的天线阵个振子的天线阵在在最大方向最大方向上的上的辐射功率辐射功率为为单个振子天线单个振子天线的的n倍倍。一个由。一个由4个半波长偶极振子构成的天线阵列的方向图如下图所示，这里个半波长偶极振子构成的天线阵列的方向图如下图所示，这里d=半个波长半个波长方向图方向图的侧视图方向图方向图的侧视图国家重点实验室国家重点实验室天线阵列的方向图n=4方向图方向图n=4 方向图的侧视图方向图的侧视图n=1方向图方向图n=1 方向图的侧视图方向图的侧视图国家重点实验室国家重点实验室天线阵列的方向图该图由多个波瓣构成，在该图由多个波瓣构成，在0o附近的辐射功率最强附近的辐射功率最强，其对应的波瓣称为，其对应的波瓣称为主瓣主瓣，其他波瓣称为，其他波瓣称为旁瓣旁瓣。以极坐标的形式表示的方向图以极坐标的形式表示的方向图主瓣主瓣方向性天线的几个方向性天线的几个重要参数重要参数:1)天线主瓣的波束宽度天线主瓣的波束宽度(Beam width):定义为从天线辐射中心经过天线主瓣两个半功率点（其辐射功率比最大辐射方向的功率小定义为从天线辐射中心经过天线主瓣两个半功率点（其辐射功率比最大辐射方向的功率小3dB的点）的两条射线之间的夹角。的点）的两条射线之间的夹角。2)旁瓣比旁瓣比:天线旁瓣的最大辐射功率与天线最大辐射方向的功率之比。天线旁瓣的最大辐射功率与天线最大辐射方向的功率之比。3)前后向比前后向比:天线最大辐射功率与天线后向辐射功率之比。天线最大辐射功率与天线后向辐射功率之比。波束宽度波束宽度旁瓣比旁瓣比前后向比前后向比国家重点实验室国家重点实验室天线阵列的方向图有了天线的方向图后，辐射场在空间的分布就知道了。方向图的有了天线的方向图后，辐射场在空间的分布就知道了。方向图的主瓣越窄主瓣越窄，辐射，辐射能量在空间的分布越集中能量在空间的分布越集中。为了表征。为了表征最大辐射方向能量的集中程度最大辐射方向能量的集中程度，定义，定义方向性系数方向性系数DD=最大功率辐射密度平均功率辐射密度最大辐射功率密度：在一定距离处，最大辐射方向上的功率；平均辐射功率密度：在相同距离处，但辐射功率均匀地向四面八方辐射时的功率。最大辐射功率密度：在一定距离处，最大辐射方向上的功率；平均辐射功率密度：在相同距离处，但辐射功率均匀地向四面八方辐射时的功率。国家重点实验室国家重点实验室2.自适应阵列天线国家重点实验室国家重点实验室自适应阵列天线可以可以改变改变发射天线发射天线(接收天线接收天线)主瓣的指向主瓣的指向，控制控制发送发送(接收接收)旁瓣的大小旁瓣的大小和和零点的位置零点的位置。在前面的讨论天线阵列中，我们假定馈入到各个振子的信号幅值和相位是相同的，从而形成的在前面的讨论天线阵列中，我们假定馈入到各个振子的信号幅值和相位是相同的，从而形成的天线主瓣是在天线主瓣是在=0o的方向的方向上上改变馈入到各个振子的信号幅值和相位改变馈入到各个振子的信号幅值和相位?国家重点实验室国家重点实验室自适应阵列天线自适应阵列天线是自适应阵列天线是智能天线的一种智能天线的一种，它基本原理是通过，它基本原理是通过自适应地改变自适应地改变各振子对应的各振子对应的权值权值Wi，从而，从而动态的改变接收天线动态的改变接收天线主瓣的指向，主瓣的指向，动态控制动态控制旁瓣的大小和零点的位置，以实现对信号的动态跟踪和对干扰的抑制。旁瓣的大小和零点的位置，以实现对信号的动态跟踪和对干扰的抑制。国家重点实验室国家重点实验室自适应阵列天线自适应阵列天线能够自适应阵列天线能够自动跟踪自动跟踪用户的信号，提高信号干扰比，改善通信质量；还可以通过空分复用的方式提供系统的频率利用率；也可以扩大通信覆盖区域或降低基站发射功率。它以被广泛用于移动通信等领域。用户的信号，提高信号干扰比，改善通信质量；还可以通过空分复用的方式提供系统的频率利用率；也可以扩大通信覆盖区域或降低基站发射功率。它以被广泛用于移动通信等领域。在自适应阵列天线中，各振子对应的权值在自适应阵列天线中，各振子对应的权值Wi是由自适应算法确定的。自适应算法可以是由自适应算法确定的。自适应算法可以以信号的到达方向（以信号的到达方向（DOA,Direction of Arrival）为参考）为参考，根据某种最佳准则，根据某种最佳准则2，如最小均方误差准则，如最小均方误差准则(MMSE)、输出信噪比（、输出信噪比（SNR）最大、最大似然函数等准则，来确定权值）最大、最大似然函数等准则，来确定权值Wi。国家重点实验室国家重点实验室总 结空间资源空间资源的开发和利用是无线通信的重要发展方向，开发和利用的的开发和利用是无线通信的重要发展方向，开发和利用的基本手段就是天线基本手段就是天线。对。对多天线和天线方向性多天线和天线方向性的利用是宽带无线通信的基础。的利用是宽带无线通信的基础。