實(shí)際傳播場(chǎng)景下，對(duì)每個(gè)多徑分量簇內(nèi)的不同多徑分量加以分別處理將會(huì)消耗大量的陣列自由度并占用大量的資源，而其結(jié)果所帶來(lái)的性能增益卻是極其有限的，為此，如何對(duì)空域多徑簇進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚�，是研究陣列天線自適應(yīng)信號(hào)處理相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)中的一類重要問(wèn)題。

　　一般認(rèn)為，移動(dòng)通信領(lǐng)域中的陣列信號(hào)處理技術(shù)從其技術(shù)復(fù)雜度出發(fā)至少可以分為3個(gè)實(shí)現(xiàn)層面：

　　其一，是在基站臺(tái)采用陣列天線的形式而實(shí)現(xiàn)上行鏈路信號(hào)的空間分集處理，這在當(dāng)前移動(dòng)通信系統(tǒng)中已經(jīng)得到普遍應(yīng)用。

　　其二，是基站臺(tái)陣列天線波束掃描技術(shù)，可以分別進(jìn)行波束俯仰角和方位角掃描——前者可用于基站天線輻射波束下傾角的電調(diào)整，后者則可以實(shí)現(xiàn)基站臺(tái)和移動(dòng)臺(tái)無(wú)線通信鏈路的定向傳輸。

　　其三，即自適應(yīng)陣列天線處理技術(shù)。自適應(yīng)天線是一種能根據(jù)環(huán)境變化，通過(guò)自行調(diào)整對(duì)天線陣中各陣元的加權(quán)值以改善其輸出特性的一類重要的天線技術(shù)。它基于使天線陣列輸出某一方面的性能指標(biāo)為最優(yōu)，而實(shí)現(xiàn)天線性能對(duì)信號(hào)環(huán)境的響應(yīng)。

　　出于上述認(rèn)識(shí)，嘗試?yán)貌煌目臻g信號(hào)處理技術(shù)，考察將一個(gè)來(lái)波簇作為單一來(lái)波進(jìn)行處理時(shí)所引入的性能差異。

1 空間分集技術(shù)

　　空間分集技術(shù)是利用相距足夠遠(yuǎn)的不同天線產(chǎn)生的電場(chǎng)相互獨(dú)立這一特性而構(gòu)成的分集技術(shù)，通常，接收天線之間的間隔應(yīng)足夠大，以保證每個(gè)接收天線接收到的信號(hào)的衰落特性是相互獨(dú)立的。若空間分集天線接收到的信號(hào)為單一來(lái)波，且每一路信號(hào)衰落到門(mén)限電平以下的概率為p，那么l路信號(hào)同時(shí)衰落到門(mén)限電平以下的概率就為pl，當(dāng)l較大時(shí)，顯然pl<<p，但是，當(dāng)空間分集天線接收到的信號(hào)為來(lái)波多徑簇時(shí)，由于多徑分量簇是由不同特性的來(lái)波所組成，因而其輸出信號(hào)衰落到門(mén)限電平以下的概率將會(huì)受到多種因素的影響。例如，來(lái)波分量在多徑簇內(nèi)的分布、各射線路徑之間的相關(guān)性以及陣列處理性能如采樣快拍數(shù)等。這就使得l路輸出信號(hào)同時(shí)衰落到門(mén)限電平以下的概率呈現(xiàn)出某種動(dòng)態(tài)變化的特征，也就是說(shuō)，如果一個(gè)分集支路的簇信號(hào)為深度哀落，而另一個(gè)分集支路的簇信號(hào)較強(qiáng)，若強(qiáng)信號(hào)簇之路徑功率大于弱信號(hào)簇支路功率，則總輸出信號(hào)就可能不會(huì)衰落到門(mén)限電平以下。

為了進(jìn)一步得到確切的關(guān)系，在此以兩分支空間分集接收天線為例，分別計(jì)算來(lái)波簇和單一來(lái)波情形下的空間分集增益。選擇的仿真參數(shù)為：每天線來(lái)波簇個(gè)數(shù)n=2，來(lái)波簇平均來(lái)波角φ1=-φ2，取值為30°和60°，來(lái)波簇角擴(kuò)展△1=△2=10°，簇內(nèi)來(lái)波角概率密度函數(shù)服從均勻分布，每天線的陣元數(shù)n=10，合并方式為最大比合并，中斷率pout=10-2。利用蒙特卡羅仿真方法可得2種情形下的分集增益與天線間距的關(guān)系，在單一來(lái)波情形下的分集增益隨分集間距的增加平坦增加，而來(lái)波簇情形下的分集增益隨分集間距的增加呈現(xiàn)出振蕩增加的特征，且來(lái)波簇的平均來(lái)波角越大，振蕩特性就越明顯，但是，來(lái)波簇情形下的最大分集增益與單一來(lái)波情形下的最大分集增益基本相同，這與實(shí)測(cè)的結(jié)果相吻合。

2 波束掃描技術(shù)

　　基于以上的分析，嘗試用波束掃描技術(shù)號(hào)察將一個(gè)來(lái)波簇內(nèi)的信號(hào)作為單一來(lái)波信號(hào)加以處理時(shí)，所引入的來(lái)波方向估計(jì)結(jié)果誤差。由文獻(xiàn)[3]可知，該誤差受到多種因素的影響。例如，多徑簇內(nèi)來(lái)波分量的分布，來(lái)波簇入射中心角、來(lái)波簇角域范圍、來(lái)波簇內(nèi)射線相關(guān)性以及陣列處理性能如采樣快拍數(shù)等。在此以全向陣元構(gòu)成的三元均勻直線陣模型為例，利用數(shù)值分析，來(lái)分別考察連續(xù)采樣和離散采樣情況下各種因素不同影響下，由2個(gè)自相關(guān)矩陣差異所引入的來(lái)波方向估計(jì)結(jié)果的變化。其中，陣列輸出數(shù)據(jù)矢量的各分量問(wèn)具有線性的相位關(guān)系，在計(jì)算中，選擇陣元間距d為0.5λ，λ為工作波長(zhǎng)。

(1)來(lái)波多徑簇角域范圍內(nèi)射線相關(guān)性對(duì)誤差的影響

　　選取的仿真參數(shù)為：多徑簇來(lái)波中心角度為30°，角域范圍為10°，在角域范圍內(nèi)隨機(jī)等概地確定各方向入射射線數(shù)目(n=10，20，30，40，50，80，100，200)，每根射線的幅值服從均值為0，方差為1的復(fù)高斯分布，且多徑簇內(nèi)任2根射線間的相關(guān)系數(shù)依次服從模值為0，0.2，0.3，相位在區(qū)間[0，2π]內(nèi)均勻分布。對(duì)陣列輸出進(jìn)行連續(xù)采樣以得到陣列輸出自相關(guān)矩陣，通過(guò)特征分解，可以基于數(shù)值計(jì)算來(lái)進(jìn)一步分析。

　　隨著來(lái)波多徑簇內(nèi)射線數(shù)目的增加，來(lái)波方向估計(jì)誤差是逐漸減小的，然而，在射線數(shù)目相同時(shí)，隨著多徑來(lái)波簇內(nèi)射線相關(guān)性的增強(qiáng)，來(lái)波方向估計(jì)誤差變大，需要更少的射線就能使得來(lái)波方向估計(jì)誤差收斂。

(2)來(lái)波多徑簇角域范圍對(duì)誤差的影響

　　選取的仿真參數(shù)為：多徑簇來(lái)波中心角度為30°，角域范圍為5°和10°，每個(gè)簇內(nèi)射線的數(shù)目為50根且服從均勻分布，每根射線的幅值服從均值為0，方差為1的復(fù)高斯分布，射線相關(guān)系數(shù)服從幅值為0.3，相位在[0，2π]內(nèi)均勻分布。

　　隨著多徑簇角域范圍的增大，對(duì)多徑簇中心角的估計(jì)誤差隨之而增大。