3.1 波束形成定义

近年来,阵列信号处理在无线通信系统中得到了广泛应用。在蜂窝移动通信中,通信信道的需求急剧增长,使提高频谱复用技术显得日益重要。这就是通常说的空分多址(Spatial Division Multiple Access,SDMA),其中一个重要部分便是波束形成。自适应波束形成(Adaptive Digital Beamforming,ADBF)亦称空域滤波,是阵列处理的一个主要方面,并逐步成为阵列信号处理的标志之一,其实质是通过对各阵元加权进行空域滤波,来达到增强期望信号、抑制干扰信号的目的;而且可以根据信号环境的变化自适应地改变各阵元的加权因子[1-6]。虽然阵列天线的方向图是全方向的,但阵列的输出经过加权求和后,却可以被调整到阵列接收的方向,即增益聚集在一个方向,相当于形成了一个“波束”。这就是波束形成的物理意义所在。波束形成技术的基本思想是:通过将各阵元输出进行加权求和,在一段时间内将天线阵列波束“导向”到一个方向,对期望信号得到最大输出功率的导向位置,即给出波达方向估计。在阵列信号处理自适应数字波束形成技术中,线性约束最小方差准则(Linearly Constrained Minimum Variance,LCMV)是比较常用的一种算法[7],它在保证对期望信号方向增益一定值的条件下,计算最优权向量,使阵列输出功率最小,因此该算法需要知道精确的期望信号方向作为约束方向。但是实际系统常存在误差,当期望信号的实际方向与约束方向有误差时,称这一误差为指向误差。此时,自适应波束形成会把实际期望信号作为干扰,在其方向上形成零陷,导致期望信号相消,线性约束最小方差准则的性能会急剧下降。为了克服LCMV算法对指向误差的敏感性,学者又提出了很多其他波束形成算法[7-19]