智能天線波束賦形及其FPGA設(shè)計.pdf

1、智能天線技術(shù)引入了傳統(tǒng)的時域、頻域和碼域之外的空域概念，為解決移動通信的瓶頸帶來了新的思路。自適應(yīng)波束賦形作為智能天線中的核心技術(shù)，提出從空間上分辨用戶信號和干擾信號的思想，根據(jù)某種自適應(yīng)算法可以增強有用信號的接收或發(fā)送，同時抑制干擾信號。研究者一直致力于尋找具有穩(wěn)健的魯棒性、快速的收斂速度以及計算復雜度低易于實現(xiàn)等特點的自適應(yīng)算法。
　　 本文首先對智能天線和自適應(yīng)波束賦形發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀做了簡要介紹，討論了智能天線的基本原

2、理及其系統(tǒng)架構(gòu)，仿真分析天線陣列參數(shù)對波束賦形性能帶來的影響。介紹了常用的最優(yōu)濾波準則:最小均方誤差準則(MMSE)、最大信噪比準則(Max-SNR)以及線性約束最小方差準則(LCMV)，比較了三種準則的優(yōu)缺點，并進行仿真對比。
　　 然后研究了自適應(yīng)波束賦形中的經(jīng)典算法:最小均方誤差算法(LMS)、采樣矩陣求逆算法(SMI)、遞歸最小二乘算法(RLS)，并對三種算法進行了仿真分析對比。重點討論了LMS算法的收斂性能特點，包括特

3、征值擴展度對算法收斂速度的影響、算法的失調(diào)量和平均時間常數(shù)，并探討了LMS算法中影響算法性能的各因素的取舍和平衡，其中失調(diào)和收斂速度存在著矛盾性。
　　 隨后介紹了各種改進型的自適應(yīng)算法，包括基于LMS算法的改進型算法:歸一化LMS算法、變換域LMS算法、變步長LMS算法和頻域塊LMS算法，基于QR分解的RLS算法，對各種算法的基本性能及特點作了詳細分析并逐一仿真驗證。其中改進型的LMS算法為解決傳統(tǒng)LMS算法失調(diào)和收斂速度的矛

4、盾性提出了可行的方案，QR-RLS算法在輸入數(shù)據(jù)矩陣非正定時仍能保證RLS算法的有效性。
　　 最后實現(xiàn)了基于LMS算法的自適應(yīng)波束賦形器和QR-RLS算法的自適應(yīng)濾波器的FPGA設(shè)計和功能仿真，在ISE平臺用Verilog硬件描述語言完成設(shè)計后，自動綜合出RTL電路圖，由頂層模塊調(diào)用各子模塊和IP核實現(xiàn)算法中的各類運算，為了保證運算的精度，將數(shù)據(jù)的有效位進行截位處理，最后在MODELSIM中進行輸出信號的仿真演示，再由MODE