4G移动通信中的SA技术

*（$）/ 13’（$），
（1）
（!，"）方向的阵列因子为：
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（2）
向量%（!，"）称为（!，"）方向的导引向量!当平面波从（!，"）方向入射时，导引向量%（!，"）表示
各个阵元信号与参考阵元（阵元.）信号间的相位差!利用式$，导引向量为
其中
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第!"卷总第#$期
西 北 民 族 大 学 学 报（自然科学版）
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67 移动通信中的 08 技术
贺艳平
（西北民族大学 电气工程学院，甘肃 兰州 #!""!"）
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［摘 要］随着对通信业务范围和业务速率要求的不断提高，人们已经把目光越来越投向第四代移动通信系统中， 而智能天线就是67 的关键技术之一9文章就 08 的基本概 念、基 本 原 理 及 其 分 类 作 了 介 绍，并 在 此 基 础 上 分 析 研 究 了 阵列天线是如何实现波达方向估计的9
图+是开关波束天线接收机的示意图［(］"接收机中空间角度搜索模块的作用是寻找移动用户所在 的波束；信号滤波器只对波束指向的用户进行信号处理，*$$ 方式下可以结合一些联合检测的技术进 行滤波"在开关天线系统中，利用天线阵列发射一系列相互重叠的波束，对整个小区进行全方位覆盖， 每一个波束能量集中方向不同，相互之间以一定的角度区分"
缺点是增加了收发信机以及无线资源管理的复杂性，同时需要高层的支持! "#系统的接入层允许用户使用各种终端通过各种形式接入到"# 通信系统中，这是移动通信革命
性的演进!此时，结合空时处理的多天线技术提供了解决问题的新途径!可以说，多天线系统是智能天 线演进的必然成果!因此，结合天线发射分集与接收分集技术，是充分利用而不是抑制多径传播，进一 步开发空域资源，提高无线传输性能，成为必然的发展趋势，即从智能天线向多天线系统演进!
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,（!，"）称为阵列因子!阵列因子是波达方向（!，"）的函数，决定了阵列输出端的信号*（$）与参考阵元
处测得的信号 (#（$）的比值!通过调整权集｛!" ｝，可以将阵列因子的最大主瓣对准任意方向（!.，".）! 在阵列输出端接收到的功率为
-. / $-0*（$）0- / $-0(#（$）0-0,（!，"）0-! 用向量形式表示天;2$］3， 各个天线阵元的信号合成一个数据向量!
（0）
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（#）
于是由式"知，阵列输出*（$）可以表示成阵列权向量和数据向量的内积，
覆盖的区域建立通信链路!信道估计模块，对每一个波束中用户的信道进行估计，为后面的信号恢复提 供信道信息!信号滤波器，利用上两个模块提供的估计信息对接收到的信号进行滤波处理，处理符号间 干扰和用户间干扰!与开关波束天线不同，自适应天线能够准确地估计出用户的位置，利用基站分配的 波束进行上下行链路通信!通信时波束直接对准用户，避免或者减小了多径形成的可能，也减小了其他 用户（包括蜂窝内和蜂窝间的）的干扰!最终的好处就是降低了发射的功率，扩大了基站的覆盖范围，提 高了蜂窝的容量!
自适应天线阵列的接收设备与开关波束天线有些相似，都是基于波束的，但它们的具体操作不同" 自适应天线阵列如图,所示［(］"
— -+ —
自适应天线主要采用一个天线阵列，对每一个用户进行到达角度估计，在对移动用户正确定位的基
础上，估计用户信道，最后得到想要的信号!图中，到达角度估计（"#$："%&’()%*+#,$&&%-./）模块是接 收机中最重要的一部分，接收机根据这个估计定位移动用户的位置，形成对应的波束，随后在这个波束
图’ 自适应智能天线结构示意图
’!( 智能天线的分类 智能天线是一个比较大的概念，根据不同的要求它的分类也不同，一般可以分为三类：空间分集接
收、开关波束天线和自适应天线阵列"它们的复杂度依次递增，性能也依次递增" ’!(!’ 空间分集接收
空间分集接收如图(所示［(］"图中简 单 表 示 了 天 线 与 接 收 机 的 情 况，其 中 )指 两 个 天 线 之 间 的 间 距，! 为载波的波长，一般情况下!!!"接收机中的信道估计器对每个天线接收到的所有用户的信道 脉冲响应进行估计，将估出的响应值与接收到的信号值一同送到空间分集算法，最后计算出信号估计 值!空间分集算法对于 *$$方式一般采用联合检测的算法"
! 阵列天线的基本模型
智能天线使用一列低增益天线阵元，连接在合并网络上!设! 是入射到阵列上的平面波的方位 角，" 是仰角，水平面用"0#／1表示!
为简化天线阵列的分析，我们作如下假设：
2）阵元间距足够小，不同阵元接收到的信号幅值相同； 1）阵元间没有互耦合； 3）所有入射场都可分解为一系列离散的平面波，即信号的数目有限； 4）入射到阵列上的信号带宽小于载频! 对于来自（"，!）方向的入射平面波（如图5所示），入射在阵元 ! 和原点参考阵元的信号分量间的 相位差为：
在无线移动信道中，最大的一个特点就是每一个用户的信号或多或少地要受到信道衰落的影响，信 道衰落持续时间的长短有时会成为决定误码率高低的一个重要方面!空间分集中由于每个天线之间相隔 较远，接收到的信号之间的相关性很小，利用这个特点可以减小信道深衰落的影响，降低输出信号的误码率! ’!(!( 开关波束天线
参考文献：
［$］佟学俭，罗涛%&’() 移动通信技术原理与应用［)］%北京：北京邮电大学出版社，*++,! ［*］王文博，等%时分双工移动通信技术［)］%北京：北京邮电大学出版社，*++$% ［,］-./0123%4560785，920.:.70;%<=11=1.78%无线通信中的智能天线：>;?@A和第,代 3()B 应用［)］!马凉等译%北京：
（3） （$.）
（!，"）称为接收平面波的波达方向（567）!
! 结束语
/8 系统应用智能天线的优势是可以去除更多的 干 扰，提 供 更 高 的 信 道 和 系 统 容 量，增 加 小 区 吞 吐 量，降低系统对功率的要求，增强信道的抗干扰特性以及降低比特费率等!而/8 系统应用智能天线的
— 00 —
$%! 0&$"! 0&（#!(*6!6%+"7$!6%+!6%+"7%!(*6"），
（2）
其中，&01#／’ 是相位传播因子（窄带平面波的波数）!’ 表示波长，等于&／’，其中&是光速3829:;／6，’ 是
载波频率，单位是 <=，$"! 是第 ! 个阵元与原点的距离（，#!，$!，%!）为第 ! 个阵元的空间坐标!
考察一个入射到阵列上的平面波，其与阵列轴线所夹的入射角为（!，"），我们用基带复包络#（$）表
示平面调制波!暂且假设所有阵元都是无噪声的各向同性天线，在各个方向具有相同的增益!由式$
及%"%"& 知，等距线阵阵元 " 上接收到的信号为：
’"（$）%(#（$）&’)#"$&%(#（$）&’)#"&()*"*+,!! 其中 ( 是任意的增益常数!阵列输出端的信号*（$）为
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一般来说，构成阵列的阵元可按任意方式排列，但通常这些相似的共极化、低增益阵元是按直线等
距、圆周等距或平面等距排列的，并且取向相同! 阵列的基带复包络［"］表示如图#所示!阵列的每条支路具有一个权因子 !"，权因子 !" 具有幅
值和相位!
图# 直线等距阵列天线接收来自（!，"）方向平面波时的基带复包络模型
4 智能天线（08）
;(; 智能天线（08）的基本概念及原理 所谓“智能天线”就是利用数字信号处理（@0A）技术，在空间产生指向性波束，使阵列主瓣对准用户
信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，从而可以高效地利用移动用户信号的空域信息最大 化接收期望信号并删除或抑制干扰信号的目的9智能天线的“天线”不仅是指将传统的电磁波转化为无 线频率信号，或反之将无线信号转化为电磁波的器件，这在智能天线中称为传感器件［*］9此外，还包括 合成模式网 由若干个线性时变滤波器组成9智能天线的“智能”体现在系统中的一个自适应处理器 上，它能够根据得到的信号对天线输出进行加权处理，使整个链路性能达到最优化9由图;所示的智能 天线组成可看出，当系统处于接收状态时，由各个天线单元接收到的信号，首先经过射频单元进行放大 和下变频等处理后，再进行 8／@变换，送入自适应信号处理器中与一组权值进行加权处理，合成后一路 得到输出信号；另一路生成误差信号，并用它在某个选定的准则下按照一定的算法控制自适应信号处理 器进行权值的更新、完成自适应信号处理9通常我们在基站使用全向收发智能天线，为每个用户提供一 个窄的定向波束，使信号在有限的方向区域发射和接收，降低信号全向发射带来的电磁污染与相互干