摘  要： 提出了一种低复杂度的混合型智能天线，用来解决频率选择性衰落信道中的符号间干扰（ISI）的问题。仿真结果证实，该低复杂度的混合智能天线系统可以在具有ISI多路径信道衰落下具有良好的性能，并且优于利用定向天线以及多径分集增益的智能天线系统。
关键词： 混合型智能天线；码间干扰；数字波束形成器

    在无线通信系统中，智能天线可以用于改善覆盖范围、链路质量、数据速率和系统能力，通过整合优化算法的性能检测期望信号（SOI）以及抑制干扰(如多径信号)。通常，在频率选择性的多径衰落信道中，多径信号到达天线接收阵列的角度(AOA)和时间(TOA)不同。在多径信道中，不同的TOA导致符号间干扰(ISI)，降低系统的性能。传统的智能天线系统利用不同的AOAs来抑制ISI的影响[1]。通过灵活地使用智能天线的多个阵列单元，一个智能天线系统可以形成多个波束，每个波束对应多径信道中的不同方向的信号，极大地降低符号间干扰，但传统的智能天线利用全方位数字波束形成抑制干扰，计算量较大。
    为了解决计算复杂的问题，在平坦衰落信道中，天线阵列仅采用最大信干噪比的合并算法[2]，在频率选择性信道中，采用混合智能天线系统来抑制多径传播下的ISI干扰。其基本思想是考虑到信号沿多径传播以及天线单元的几何阵列，将传统的智能天线阵列分成两组子阵列。第一组阵列中不含ISI，可以用相对较简单的最大比合并(MRC)来进行处理。第二组阵列包含ISI间干扰，需要利用减少尺寸的最佳波束形成来抑制干扰。最后，将两组输出信号融合来检测传输信号。仿真结果证实，该设计方案的混合智能天线系统可以在存在ISI的多路径衰落信道下表现出良好的性能，相比利用定向天线以及多径分集增益的传统智能天线系统毫不逊色。
1 混合型智能天线模型
    与传统的采用全方位阵列单元的智能天线系统不同，混合型智能天线系统融合了模拟波束转换和数字波束，形成二者共同的优势。
    本文主要针对传输符号周期比信道延迟周期小很多的宽带通信系统。其结果在传播信道模型中，存在不同的AOA和TOA组成的频率选择性信道。如在具有8阵元的智能天线系统中，对于90°波束宽度的情况，所有阵元的波束在360°覆盖范围内将会有部分重叠。如图1所示，对于 TOA不同的两路30°波束宽度的信号传播模型，两组天线阵列单元将同时接收多径信号，其中阵元1和4接收的信号没有ISI干扰，而阵元2和3将会接收包含ISI的信号。这种情形下，混合型智能天线系统会利用频率选择性分集增益并抑制ISI干扰。混合型智能天线由多个定向天线单元、高/中频变频器、模数转换器及两个接收分支组成。其中第一分支是没有ISI干扰的子阵列单元，另一分支则存在ISI干扰。

 

3 数据仿真
    对混合型智能天线与8阵元的传统智能天线在频率选择性衰落信道中进行仿真对比，在传统的智能天线系统中，在所有的仿真条件下，通过延迟T1(0-ts之间)，产生l=2两条独立的瑞利衰落信道，αll路径增益假设为复随机变量与单位方差比值，传输信号经过16 QAM调制生成[3]，输出对应的误码率与信噪比关系图都是在进行50 000次蒙特-卡洛试验基础上得出的，为了对其性能进行充分的比较，在不同的AOA、TOA以及信号在不同的主波束带宽条件下对混合型智能天线与传统智能天线进行仿真。
    以纵轴表示误码率，横轴表示信噪比，对不同的波束带宽的阵元在不同的AOA以及TOA信号下进行仿真，阵元模型如图2所示，混合型智能天线系统分别在45°、90°、135°、180°波束宽度下对具有不同AOA和TOA的30°信号波束宽度进行仿真，具有相同AOA和TOA的信道模型将呈现平坦衰落[4]，如图3所示，仿真结果表明当波束带宽为180°时，混合型智能天线的性能与传统智能天线基本相当。当智能天线的波束为135°时，由于更高的天线增益以及多路分集增益，混合型智能天线超越传统智能天线系统。所以在频率选择性衰落信道中，低复杂度的混合型智能天线能够有更加良好的抗干扰能力。

    本文提出了一种新型的适用于频率选择性衰落信道下的混合型智能天线接收系统，与采用定向天线阵列来抑制干扰的传统智能天线相比，混合型智能天线系统
    所采用的数字波束形成技术具有更低的复杂度。而且，运用MRC可以结合没有ISI的输出信号。两路接收信号分别进行处理以消除不同AOA以及TOA带来的干扰，该方法具有更好的效果。仿真结果证实本文提出的混合智能天线方案接近传统的智能天线系统的性能，而且在频率选择性多径衰落信道条件下性能更佳。
参考文献
[1] 金荣洪，耿军平，范瑜.无线通信中的智能天线[M].北京：北京邮电大学出版社，2006：150-151.
[2] GROSS K，著.智能天线(MATLAB版)[M].何业军，桂良启，译.北京：电子工业出版社，2009：215-218.
[3] CELIK N，ISKANDER M F，ZHANG Z.Experimental verification of the hybrid smart antenna algorithm with modulated waveforms[C].IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.，2009(8)：236-239.
[4] ZHANG Z，ISKANDER M F，YUN M F，et al.Hybrid smart antenna system using directional elements—performance analysis in flat Rayleigh fading[J].IEEE Trans.  Antennas Propag.，2003，51(10)：2926-2935.