智能天线技术与应用PDF电子书下载

丛书序 1

前言 1

第1章　概述 1

1.1　移动通信概述 2

1.1.1　移动通信简介 2

1.1.2　标准化组织 3

1.1.3　移动通信的发展历程 4

1.1.4.1　现状 8

1.1.4　移动通信的网络结构 8

1.1.4.2　3G网络结构 10

1.1.4.3　B3G/4G网络结构 15

1.2　智能天线概述 16

1.2.1　智能天线的基本概念 16

1.2.1.1　智能天线简介 16

1.2.1.2　智能天线分类 17

1.2.1.3　智能天线的研究背景及发展状况 19

1.2.2.1　智能天线的基本结构 20

1.2.2　智能天线的基本结构和工作原理 20

1.2.2.2　智能天线的工作原理 21

1.2.3　智能天线的关键技术 22

1.2.3.1　智能化接收技术 22

1.2.3.2　智能化发射技术 22

1.2.3.3　动态信道分配技术 23

1.2.4　智能天线的基本用途 23

1.2.5　智能天线与3G系统 24

1.2.5.1　智能天线在3G系统中的实现原理 24

1.2.5.2　智能天线技术对3G系统性能的改善 26

1.2.6　目前主要研究的内容 28

1.2.7　智能天线技术展望 30

本章小结 30

第2章　智能天线技术基础 31

2.1　阵列天线的数学模型 31

2.1.1　通常情况下的数学模型 31

2.1.3　宽带信号源的数学模型 34

2.1.2　相干信号源的数学模型 34

2.1.4　分布式目标的数学模型 35

2.2　阵列模型的统计特性 38

2.3　空时等效性 40

2.4　天线系统中的一些基本概念 43

2.4.1　方向图 44

2.4.2　波束宽度 48

2.4.3　分辨力 49

本章小结 50

第3章　智能天线的空时信道模型 51

3.1　空时无线信道的基本特征 51

3.1.1　无线信道概述 51

3.1.2　无线多径信道模型 52

3.1.3　空时信道模型的建立 54

3.2　智能天线的空时信道模型 55

3.2.1 Lee氏模型及其Stapleton推广 55

3.2.3　高斯广义稳态非相关散射模型及其扩充 56

3.2.2　离散均匀分布模型 56

3.2.4　均匀扇区分布模型 58

3.2.5　双向信道模型 58

3.2.6　时变矢量信道模型 58

3.2.7　光线追踪模型 60

3.2.8　推广的抽头延迟线模型 60

3.2.9　改进的Saleh-Valenzuela模型 60

3.2.10　椭圆形子域模型——Lu、Lo、Litva模型 60

3.2.11　基于测量的信道模型 61

3.2.12　TU模型和BU模型 61

3.2.13　几何单反射统计信道模型 62

3.2.14　基于分层几何单反射原理的连续时变矢量信道模型 64

3.2.15　空时信道模型小结 65

3.3　几何单反射椭圆模型 66

本章小结 70

4.1　波达方向估计的基本原理 71

第4章　波达方向估计算法 71

4.2　信号源数估计 72

4.2.1　信息论方法 73

4.2.2　平滑秩序列法 73

4.2.3　盖氏圆方法 75

4.3　线性预测类算法 76

4.3.1　线性预测的基本原理 77

4.3.2　DOA估计中的线性预测算法 78

4.4.1　经典MUSIC算法 83

4.4　多重信号分类算法 83

4.4.2　MUSIC算法的推广形式 85

4.4.3　基于解相干的MUSIC算法 85

4.4.4　求根MUSIC算法 93

4.5　最大似然及子空间拟合算法 94

4.5.1　最大似然算法 95

4.5.2　子空间拟合算法 96

4.5.3　参数模型拟合算法的实现 98

4.6.1　旋转不变子空间算法原理 104

4.6　旋转不变子空间算法 104

4.6.2　旋转不变子空间算法的常用方法 106

4.7　子空间迭代算法 109

4.7.1　子空间计算的最优化理论 110

4.7.2　几种典型的子空间迭代算法 111

4.8　循环平稳信号的空间谱估计 116

4.8.1　基于循环平稳的数学模型 116

4.8.2　空间谱估计中的循环平稳算法 121

4.8.3　空间谱估计中的共轭循环平稳算法 125

本章小结 128

第5章　空间自适应滤波算法 129

5.1　空间自适应滤波的基本原理 129

5.1.1　智能天线数字波束形成 129

5.1.2　数字波束形成概述 129

5.1.3　线阵波束形成 130

5.1.5　发射波束形成 131

5.1.4　多波束 131

5.1.6　自由度、全自适应阵和部分自适应阵 132

5.2　最佳滤波准则 134

5.2.1　最小方均误差准则 134

5.2.2　最大信噪比准则 135

5.2.3　线性约束最小方差准则 137

5.2.4　最大似然准则 137

5.2.5　最小二乘准则 138

5.3　最小方均算法及其修正算法 139

5.3.1　最陡下降算法 139

5.3.2　最小方均算法 140

5.3.3　修正的最小方均算法 141

5.4　递推最小二乘算法 142

5.5　QR分解最小二乘算法 143

5.5.1　基本的最小二乘法 144

5.5.2　数据域求解最佳权 145

5.5.4　递推式QR分解最小二乘算法 146

5.5.3　Givens旋转 146

5.5.5　直接提取剩余输出的QRD-LS算法 149

5.6　采样矩阵求逆算法和QR分解SMI算法 150

5.6.1　采样矩阵求逆算法 150

5.6.2　QR分解SMI算法 150

5.7　鲁棒自适应算法 153

5.7.1　导数约束法 153

5.7.2　特征空间法 155

5.8　惟相位波束形成算法 157

5.8.1　权矢量幅度约束法 157

5.8.2　期望方向增益最大约束算法 159

5.8.3　小相位扰动约束算法 161

5.9　盲自适应算法 162

5.9.1　恒模算法 162

5.9.2　最小二乘恒模算法 163

本章小结 164

第6章　基于软件无线电的智能天线技术 165

6.1　软件无线电 165

6.1.1　软件无线电技术产生的背景 165

6.1.2　软件无线电的基本原理 165

6.1.3　软件无线电的体系结构 167

6.1.4　软件无线电的关键技术 168

6.1.5　软件无线电的发展状况和优点 170

6.2　基于软件无线电结构的智能天线的组成 171

6.2.1　智能天线与软件无线电的结合 171

6.2.2　单信道智能天线的组成 172

6.2.3　多信道智能天线的组成 173

6.2.4　多相滤波信道化智能天线的组成 173

6.2.5　使用智能天线的软件无线电基站 174

6.3　软件无线电结构在智能天线中的应用 176

6.3.1　利用智能天线进行系统信道分配 176

6.3.2　CDMA系统中利用智能天线的功率控制和波束形成 178

6.4　发展前景 179

本章小结 180

第7章　智能天线与蜂窝移动通信 181

7.1　蜂窝移动通信 181

7.1.1　链状网 182

7.1.2　蜂窝网 182

7.1.2.1　小区的形成 182

7.1.2.2　区群的组成 183

7.1.2.3　同频小区的距离 183

7.1.2.4　中心激励与顶点激励 184

7.1.2.5　小区分裂 184

7.1.3　蜂窝移动通信系统 185

7.1.3.1　系统结构 185

7.1.3.2　蜂窝移动通信系统的功能 185

7.1.3.3　蜂窝网的主要特征 186

7.1.3.4　从模拟蜂窝网到数字蜂窝网 186

7.1.4　CDMA蜂窝移动通信 187

7.2　智能天线在3G中的应用 189

7.2.1　3G概述 189

7.2.1.1　3G标准的发展 189

7.2.1.2　3G系统的组成 189

7.2.1.3　3G无线传输技术 190

7.2.1.4　3G的主要目标 191

7.2.1.5　与3G相关的关键技术 192

7.2.2　TD-SCDMA中的智能天线技术 195

7.2.2.1　TD-SCDMA标准发展简述 195

7.2.2.2 TD-SCDMA简介 195

7.2.2.3 TD-SCDMA的关键技术 198

7.2.2.4　TD-SCDMA系统中智能天线技术的实现及优越性 201

7.2.2.5　智能天线技术对TD-SCDMA无线资源管理算法的影响 208

7.2.3 WCDMA和CDMA2000中的智能天线技术 212

7.2.3.1　WCDMA简介 212

7.2.3.2　CDMA2000简介 215

7.2.3.3　智能天线应用于FDD系统 217

7.3　智能天线与B3G/4G移动通信 218

7.3.1　B3G/4G的概念和特点 218

7.3.2　B3G/4G的业务预测 222

7.3.2.1　用户对B3G/4G业务的要求 222

7.3.2.2　从应用环境看B3G/4G业务 223

7.3.2.3　从应用领域看B3G/4G业务 223

7.3.2.4　从通信主体看B3G/4G业务 224

7.3.3　B3G/4G的关键技术 225

7.3.4　智能天线技术与未来移动通信 226

7.4　空时处理技术与蜂窝移动通信 228

7.4.1　空时处理技术概述 228

7.4.2　空时处理技术的研究方向 229

7.4.3　空时处理技术在蜂窝移动通信中的应用 229

7.4.3.1　空时处理技术在CDMA2000系统中的应用 230

7.4.3.2　空时处理技术在WCDMA系统中的应用 232

7.4.3.3　空时处理技术在TD-SCDMA系统中的应用 235

7.4.3.4　空时处理技术在HSDPA中的应用 236

本章小结 239

第8章　智能天线与无线局域网 240

8.1 无线局域网及MAC协议 240

8.1.1　无线局域网简介 240

8.1.1.1　无线局域网的概念 240

8.1.1.2　无线局域网的标准 241

8.1.1.3　无线局域网的组网方式 241

8.1.1.4　无线局域网的结构 242

8.1.2.1　分布式协调功能 245

8.1.2　无线局域网的MAC协议功能 245

8.1.2.2　点协调功能 248

8.2　智能天线对无线局域网接入协议的影响 250

8.2.1　聋节点问题 250

8.2.2　隐藏终端问题 251

8.2.3 “远近”效应问题 251

8.2.4　节点移动的影响 251

8.3.1.1　定向RTS机制 252

8.3　智能天线在无线局域网中的应用 252

8.3.1 D-MAC协议 252

8.3.1.2　定向RTS和全向RTS结合的机制 254

8.3.2 ORTS-OCTS协议 254

8.3.3 SWAMP 255

8.3.3.1 OC-mode 256

8.3.3.2 EC-mode 257

8.3.3.3　两种模式的切换 257

8.3.4 Tone DMAC协议 257

8.3.5 ABF-CSMA/CA协议 259

8.3.6　SADCF协议 260

8.3.7 ASAMA协议 262

8.3.8　各种协议的特点分析 263

8.4　空时处理技术在无线局域网中的应用 264

8.4.1 IEEE 802.11n中MIMO-OFDM的实现 264

8.4.2　实现MIMO-OFDM IEEE 802.11n的关键技术 265

本章小结 266

第9章　智能天线的硬件实现 267

9.1　DSP芯片概述和系统的开发流程 267

9.1.1　DSP芯片概述 267

9.1.1.1　DSP芯片简介 267

9.1.1.2　DSP芯片与其他处理器的区别 270

9.1.1.3　DSP芯片的发展 270

9.1.1.4　DSP芯片在移动通信中的应用 271

9.1.2　DSP系统的开发流程 273

9.2　智能天线射频前端接收系统设计 274

9.2.1　射频前端在智能天线中的作用和构成 275

9.2.2　接收机的拓扑结构比较 276

9.2.2.1　超外差接收机 276

9.2.2.2　零中频接收机 277

9.2.2.3　低中频接收机 278

9.2.3　射频前端接收系统设计 279

9.2.3.1　射频前端电路 279

9.2.3.4　参考频率合成电路 280

9.2.3.2　中频调制电路 280

9.2.3.3　数／模、模／数转换电路 280

9.3 自适应波束形成算法实例及DSP实现 281

9.3.1 CDMA系统波束形成技术实例 281

9.3.1.1　CDMA信号模型 283

9.3.1.2　基于扩频码滤波方法的波束形成器 284

9.3.1.3　一种次优的自适应盲波束形成算法 287

9.3.2　自适应波束形成算法的DSP实现 289

9.3.2.1　硬件环境 289

9.3.2.2　实时DSP系统硬件的设计 290

9.3.2.3　DSP软件的算法实现 294

本章小结 296

附录 297

附录A　常用数学符号说明 297

附录B　缩略语 297

参考文献 307