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波束賦形技術
式(4)是陣列波束賦形的數學表達式,是陣列信號的預處理技術,其中的權值wk僅僅需要匹配信道的慢變化,如來波方向DOA(Direction Of Arrival)和平均路損。因此,在進行波束賦形時,也可以不必使用終端反饋所需的信息,而是在基站側通過上行接收信號獲得來波方向和路損信息,這既可減小空口傳輸負擔,又能方便地得到計算權值的參數。另外,為了獲得波束賦形增益,需要使用較多的天線單元,目前LTE中最多只可使用4個公共導頻,無法支持在超過4副天線單元的天線陣列上使用波束賦形,因此波束賦形中還需要使用專用導頻。
圖2為波束賦形的基本原理流程:從天線陣列的上行信號獲得DOA估計后,給天線權值控制器產生權值,再將權值反饋給天線陣列,由天線陣列形成賦形波束。顯然,波束賦形過程中的關鍵問題可簡單地表述為:(1)根據系統性能指標(如誤碼率、誤幀率)的要求確定優化準則(代價函數,即權重矢量和相關參數的函數);(2)采用一定的方法獲得需要的參數;(3)選用一定的算法求解該優化準則下的最佳解,得到權重矢量值。
2.3 自適應算法
眾所周知,智能天線實際上是一項包括多種先進技術的系統工程,但它的核心技術是自適應算法。典型的算法有盲自適應和非盲自適應兩大類。后者是基于訓練序列的方法,如最小均方(LMS)法、遞歸最小方差(RLS)法和采樣矩陣求逆(SMI)法等;前者是不用訓練序列的方法,如基本DOA估計法、特征值恢復和解擴重擴法等,而常用的DOA估計法是直接利用(4)式延遲相加法。下面簡單介紹幾種算法。
?。?)最小均方LMS算法:遵循最小均方差(MMSE)準則,根據(4)式,加權矢量迭代更新方法可表示為估計二次型表面(即誤差平方)關于權值的梯度,將權值沿遞度負方向移動一個步長常數,進而反復迭代,即:
估計輸出:
誤差形成:
系數更新:
其中,y(n)為已知期望響應樣本,x(n)為接收信號矢量的采樣樣本,μ為步長。LMS算法的收斂速度和穩定性與輸入信號x(n)的協方差矩陣的特征根分布密切相關,一般特征根散布不是很大時,LMS算法的收斂較快。
?。?)遞歸最小方差RLS算法:該算法總是使從濾波器開始運行到目前時刻的總平方誤差達到最小,與LMS算法不同,RLS遵循的準則是最小方差(LSE)。