探讨智能天线在移动通信中的应用
智能天线技术原理及其应用
智能天线技术原理及其应用一、智能天线技术的原理智能天线原名自适应天线阵列(AAA,Adaptive Antenna Ar-ray)。
最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、抗干扰通信等，用来完成空间滤波和定位，后来被引入移动通信系统中。
智能天线通常包括波束转换智能天线(Switched Beam Antenna)和自适应阵列智能天线(Adaptive Array Antennal。
智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA(DirectionofArrlnal)，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。
同时，智能天线技术利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。
在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。
总之。
自适应阵列智能天线利用基带数字信号处理技术，通过先进的算法处理，对基站的接收和发射波束进行自适应的赋形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖和提高无线数据传输速率的目的。
移动通信信道传输环境较恶劣。
实际环境中的干扰和多径衰落现象异常复杂。
多径衰落、时延扩展造成的符号间串扰ISI、FDMATDMA系统(如GSM)由于频率复用引入的同信道干扰、CDMA系统中的MAI等都使链路性能、系统容量下降。
使用自适应阵列天线技术能带来很多好处，如扩大系统覆盖区域、提高系统容量、提高数据传输速率、提高频谱利用效率、降低基站发射功率、节省系统成本、减少信号间干扰与电磁环境污染等。
自适应阵天线一般采用4-16天线阵元结构，在FDD中阵元间距1／2波长，若阵元间距过大，则接收信号彼此相关程度降低：太小则会在方向图形成不必要的栅瓣，故一般取半波长。
而在TDD 中，如美国Ar-rayComm公司在PHS系统中的自适应阵列天线的阵元间距为5个波长。
刍议智能天线在移动通信中的应用
（ ３站
扩 大系统容量， 增强现有移动通信 网 励 信号， 调整天 线阵列单元 的辐射 方 向图、 频率 响应 及其它参 就可改善系统覆 盖质量 ， 络基础设施的性能。 采 用智能天线是解决稠密市区容量难题既 数。 利 用天线阵列的波束合成和指 向， 产生多个 独立的波 束， 自 可在不影 响通话质 量情况下， 将 基站配置 适应地调整其方 向图， 跟踪信号变化， 对干扰方 向调零， 减弱甚 经济又高效 的方 案， 成全向连接， 大幅度提高基站容量。 至抵消干扰 ， 从而提高接收信号的载干 比， 改善无线 网基 站覆 盖质量， 增加系统容量。 （ ４ ） 实现移动 台定位 。 在陆地移动通信 中， 如果基站采用 一旦收到信号， 即对每个天 线元所 连接 收机产 生 基 站使用智 能天 线， 可为用户提供 窄定向波束 ， 在一定的 智能天线 阵， 获得该信号 的空 间特征矢 量及矩 阵， 由此 方 向区域 内收发信号。 这样 既充分利用信 号发 射功率， 又 可降 的响应作相 应处理 ， 获得信号的功率估值和到达方 向， 即用户终端的方位。 通 过此 低 发射信号带来 的电磁干扰 。 智能天 线引入空分多址 （ Ｓ Ｄ Ｍ Ａ ） 方 式， 根据信号的空间传播方 向不同， 区分用户。
刍议智能天线在移动通信中的应用
潘红期 ６ 蔡振兴（ 江西 渝州科技 职业 学院， 江西 新余 ３ ３ ８ ０ ０ ０ ）
摘 要 ： 近 年发 展 起 来 ６ ４ ｊ Ｃ Ｄ Ｍ Ａ 移动 通信 系统技 术 相对 － ￣ Ｆ Ｄ Ｍ Ａ 、 Ｔ Ｄ Ｍ Ａ 系统具有较 大的容量， 但 由于多径干扰 、 多址干扰 的存在 ， 其容量优势 并
（ ２ ） 用于 Ｔ Ｄ Ｍ Ａ 系统
能天线的各种应用。
智能天线及其在无线通信中的应用
智能天线及其在无线通信中的应用
智能天线是一种新型的天线系统，它具有智能化、可控性和自适应性等特点，可以应用于各种无线通信领域。
本文将介绍智能天线的原理、特点和在无线通信中的应用。
智能天线的原理
智能天线的原理是利用电磁波散射、反射等物理现象，通过控制天线发射和接收的信号相位和幅度，达到控制天线方向和波束形状的目的。
智能天线系统主要包括天线单元、射频前端控制单元、数字信号处理单元以及控制系统。
智能天线的特点
1. 可控性强：智能天线可以通过控制电路、软件等实现信号的精确定向、聚焦和扩散，从而实现不同方向和波束形状的信号发射和接收。
2. 自适应性好：智能天线可以根据环境变化和通信需求动态调整波束方向和形状，提高信号传输质量和覆盖范围。
3. 多功能性：智能天线可以实现多种通信功能，比如多天线、宽带、多频段等，具有较大的灵活性。
4. 集成化：智能天线可以集成在手机、车载通信系统、无人机等设备中，减小系统体积和功耗，提高通信效率。
智能天线在无线通信中的应用
1. 4G/5G通信：智能天线可以实现空间分集、波束赋形和交叉极化等多个天线技术，提高系统容量和数据传输速率。
2. 雷达系统：智能天线可以实现多波束、多角度扫描和目标跟踪等功能，提高雷达探测精度和抗干扰能力。
3. 无人机通信：智能天线可以通过不同方向和波束形状的信号发射和接收，实现无人机的定位、导航和控制。
4. 智能交通系统：智能天线可以实现车辆间通信和车辆与基础设施通信，提高路况监测、导航和安全管理等功能。
综上所述，智能天线系统具有可控性强、自适应性好、多功能性和集成化等特点，可以应用于各种无线通信领域，具有广阔的应用前景。
浅议智能天线在移动通信网中的应用
ｔ ｎｍｉ ｉｎｑ ａｉ ｄｓｓｅ ｃ ｐｃｔ， ｅａｐｉａｉｎｏ ｔｅ ｒ ｓ ｓ ｏ ｕ ｌｙａ ｙｔｍ ａ ａｉ ｔ ｐ ｌ ｔ ｆ ａ ｓ ｔｎ ｙｈ ｃ ｏ ｈ ＣＤＭＡ ｅ ｒ ａ ｅｉｌ ｉｎｆ ａ ｃ ． ｎｔ ｋｈ ｓ ｃａ ｓ ｉ ｃ ｅ ｗｏ ｓ ｐ ｇ ｉ ｎ
一
、
慢。
自 应 天线 阵列 一般 采用 ４ １ 天 线阵 元结构 ， 适 —６ 阵元 间距为 半 个 波长 。天线 阵元分 布方式 有直 线型 、圆环 型和平 面型 。 ２ 多波束 智能天 线 。 ． 多波 束天 线在 工作 时，天 线方 向图形状 基 本不变 ，其 利用 多 个并行波 束覆 盖整 个用 户区 ，每个 波束 的指 向是 固定的 ，波束 宽 度也 随天线 元数 目而确 定 。当用户 在小 区中移 动时 ，它通 过测 向 确 定用户 信号 的到达 方 向 （Ｏ ），然后 根据信 号 的 Ｄ Ａ 取合适 ＤＡ ０选 的阵元加 权 ，将 方 向 图的主瓣指 向用 户方 向 ，从而提 高用户 的信 噪比 。基 站在 不 同的相 应波束 中进 行选择 ，使接 收信 号最 强 。波 束智 能天线对 于 处于非 主瓣 区域 的干扰 ，是通 过控制 低 的旁瓣 电 平来确 保抑 制的 。与 自适应 智能天 线相 比， 固定形状 波束 智能天 线 无需迭 代 、响应速 度快 ，但 它对天 线单 元与信 道 的要求较 高 ， 而 且用户 信 号并不 一定在 波束 中心 ，当用 户位 于波束 边缘及 干扰 信 号位 于波束 中央 时 ，接 收效 果最 差 ，所 以多波 束天 线不 能实现 信 号最佳 接 收，一般 只用 作接 收天线 。 （ ）智能天线 的优 点 四 智 能天线对 系统 性能 的改善 如下 ：
摘 要 ：智能天 线是一 个天 线阵列 。 它由 多个天线单 元组 成 ，可 以形 成 多个不 同方 向的 波束 ，其基 本思 想是通过 天线 阵列及 时空信 号 处理技 术 ，提 取各 移动 用户的 空 间方位信 息 ，利 用 用户位置 的不 同 ，减 少干扰 提 高移动通 信的 传输质 量及
智能天线在未来5G移动通信中的应用
智能天线在未来5G移动通信中的应用摘要：随着信息技术的发展，智能天线应用越来越广泛。
通信对于各种器件和部件的要求越来越苛刻，智能天线是目前适应通信技术发展的一项新兴事物，也是一种比较新颖的部件，在卫星通信、无线电网络接入、移动通信接入和军事通信接入的系统过程中，有着非常重要的应用作用。
智能天线之所以具有如此多的应用领域，就是因为它有很好的抗干扰能力，而且其设频率较高。
智能天线是一种崭新的概念，被公认为一种非常良性的发展趋势。
关键词：智能天线；未来5G；移动通信；应用引言随着科学技术的发展和进步，通信网络要求网络器件和部件的质量越来越高，连接性能越来越智能化，智能化的天线就是顺应这种形势发展出来的一种新事物，但是目前它已经被广泛的应用到卫星通信领域和移动通信领域，尤其是在无线接入时展现出了非常明显的优势。
智能天线的抗干扰性非常强，应用较高，而且它有一系列传统天线所不能替代的优点，起到对于电磁波的辐射和感应作用，将是未来5G移动通讯的一种应用发展趋势。
1智能天线的概念和特点1.1智能天线的含义智能天线是一种能够具有自适应能力的天线阵列，它是可变的天线，也是一种多元化的天线，它可以自动的判断信号，比如信号的传播方向自动获取等。
可以跟踪信号的走向，也可以智能化的采用算法来定位信号源，智能天线甚至可以过滤掉一些必要的天线信号，安装在基站现场可以作为双向天线使用。
智能天线的发展可分成3个阶段:第1阶段是应用于上行链路,通过使用智能天线增加基站的接收增益,从而使接收机的灵敏度和接收距离大大增加;第2阶段是将智能天线技术同时应用于下行链路,在智能天线应用于下行链路后,能够控制波束的发射方向,从而有助于频率的复用,提高系统的容量;最后一个阶段是完全的空分多址,此时在一个蜂窝系统中,可以将同一个物理信道分配给不同的用户,例如,在TDMA中,可以将同一小区内同一时隙同一载波同时分配给两个用户。
1.2智能天线的特点智能天线技术采用一种空分多址技术，这种技术最大的好处就是能够保证，在相同的时间间隙和频率的情况之下，用户仍然处于一种信号接通的状态，智能天线有一种波形过滤功能，因此如果其他信号在周围进行干扰，智能天线仍然能够，产生相同频率的波形，在这种波形的时间间隙和信号传播的幅度值波动的过程中，智能天线能够很好的抓住信号不失真的波形。
智能天线技术及其在移动通信中的应用研究
智 能天 线 技 术 及 其在 移 动通 信 中 的应 用 研 究
郭 建英
（ 阳职业 技术 学 院 ， 南 濮 阳 ４ ７ ０ ） 濮 河 ５ ０ ０
摘 要： 智能天线作为提高移动通信 系统性 能的关键技术 ， 已经成 为移动通信领域的研究热点。文章介 绍 了智能天线的原理、
移 动 智 能 天 线技 术 对 系 统性 能参 数 提 高 的估 计 ， 析 了应 用 中 的 实 际 问题 和 今 后 的 发 展 方 向 。 分
关 键 词 ： 能 天线 ； 线 阵 列 ； 动 通 信 智 天 移 中图 分 类 号 ：Ｎ １ Ｔ ９１ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２ １ １ ２ １ ）１ １２—０ １７ ～９ ６ （０ １０ —０ ５ ４
１ 引 言
波束切 换 系统 可 以认为 是 目前小 区扇 区化 的推 广。 与传统 扇 区相 比 ， 能 天线切 换 波束采 用更 加窄 智
一
ｌ — ５２
（） １ 当用户信号不在波束的中心 ， 而干扰信号位
于 波 束 中 央 时 ，多波 束 天 线 不 能 很 好 地 将 它 们 分
离。
少 时 延 和 多 径 衰 落 ，实 现 角 度 分 集 和 空 分 多 址 （Ｄ ）而 这些 参数 的提 高 和技 术 的实现 最终 使得 Ｓ ＭＡ ， 系统 的频谱 利用 率 和容量 提 高 。
３ １ 提 高信 噪 比 （Ｎ ． Ｓ Ｒ）
（） ２ 当用 户 在不 同 的波束 间移 动 时 ，理 复杂 。
智 能 天线把 窄 定 向波 束指 向期 望 用户 ，增 加 了 信 号功 率 ， 降低 了主波束 外 的噪声 和干扰 ， 而使 并 从
第２ ４卷第 １ 期
智能天线技术在移动通信中的应用
关 键 词 ：智 能 天 线 技 术 ； 波 束 智 能 天 线 ； 多 自适 应 智 能 天 线 中图分类号 ： ＴＮ８ １ Ｔ ２ ２ 。 Ｎ９ ９ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ａｐ ｌ ａ ｉｎ ｏ ｍ ａ ｔＡｎ ｅ ｎ ｃ ｎｑ ｅｉ ｏ ｉ ｏ ｍｕ ｉａ ｉｎ ｐｉ ｔ ｆＳ ｒ ｔ ｎ ａＴｅ ｈ ｉｕ ｎ Ｍ ｌ Ｃ ｍ ｃ ｏ ｂｅ ｎｃ ｔ ｏ
多 波 束 智 能天线 主要 采 用 波 束转 换 技 术 ，因此 ， 也 称为 波束 转换 天线 。 在对 用户 区进 行 分 区 （ 区） 它 扇 的基础 上 ， 天 线 的每 个 波 束 固定 指 向 不 同 的分 区 ， 使 使 用多个 并行 波 束就 能覆 盖整个 用 户 区 ，从 而形 成 了 形 状基 本 不 变 的天 线 方 向 图 。当 用 户 在 小 区 中移 动 时 ， 据测 量各 个 波 束 的 信 号 强 度来 跟 踪 移 动用 户 ， 根 并 能在 移动用 户 移动 时适 当地转 换 波束 ，使 接 收信 号 最 强 ，同时较好 地抑 制 了干扰 ，提 高 了服 务 质量 。可 以说 ，多波 束 天线是 介 于扇形定 向天 线与 自适 应 智 能 天 线之 间 的一种 技术 。 （） ２ 自适 应智 能天 线 自适 应智 能 天线原 名 叫 自适 应 天 线 阵列 ， 一种 是 安装 在 基站 现场 的双 向 （ 可接 收又 可 发送 ） 线 。它 既 天 基 于 自适应 天线 原理 ， 用现 代 自适应 空 间 数字 处理 采 技术 ，通过 选择 合适 的 自适 应 算法 ，利 用 天线 阵 的 波 束赋 形 技术 动态地 形成 多个 独立 的高增 益 窄波 束 ， 使 天线 主 波束对 准用 户信 号 到达方 向 ，同时 旁瓣 或 零 陷 对 准干 扰信 号到 达 方 向 ，以 增 强有 用 信 号 、 少甚 至 减 抵 消干扰 信 号 ，提高 接 收 信号 的载 干 比 ，同 时增加 系 统 的容 量和 频谱 效 率【 。从 空 分 多址 技 术 角 度来 说 ， ２ ］ 它 是利 用信号 在 传输方 向上 的差别 ，将 同频 率或 同 时 隙、 同码 道 的信 号 区分 开 来 ，从 而 最 大 限 度 地 利 用 有 限的信 道资 源 ， 加 系统 的容量 和提 高频谱 效 率 。 增 从 双 向天线 的 角度来 讲 ， 能 天线包 括 两个 重 要 智 组成部 分 ： 一是 对来 自移 动 台 发射 的多径 电波 方 向进
智能天线技术及在移动通信中的应用
智能天线采用空分复用 （ Ｄ Ｓ ＭＡ） 利用 在信号传 播方 向 ，
上的差别 ， 同频率 、 将 同时 隙的信号 区分 开来 ， 可以成倍地 它 扩展通信容量 ， 并和其 他复用 技术 相结合 ， 最大 限度地 利用
有限的频谱 资源 。
随着全球通信业务 的迅速发展 ， 智能天线成为 移动通信
￥华 夏 银 行 济 南 分行 ２０ ０ ５０１
阵元的相位来改变天线方 向图特性 ， 对接收信号 进行实时处
理， 完成 自适应波束形成 ， 使天线波束 的零 位对准干扰方 向 ， 从而有效地提 高系统 的抗 多径 衰落 和抗 干扰能 力 。由于
天线有发射和接收两种工作状态 ， 以智能天线包括智 能发 所
射和智能接收 两个部分 ， 它们 的工 作原理基本相 同。天线 的 主要 组成为 ： 高频处 理部分 、 中频处 理部分 、 波束形 成部分 。
在 蜂窝系统 中 ， 户的 干扰主要 来 自其 他用 户 ， 用 而智能
天线将波束零点对 准其他用 户 ， 而减少 了干扰 的影响． 从 由 于 系统 提高 了接 收信 噪 比 ， 因此 减少 了频 谱 资源 的复 用距 离 ， 而获得 了更 大的系统 容量 。 从 ２ ３ 抑制干扰信号 ．
智能天线 原名 自适应 天线阵 列 （ Ａ Ａ ａｔ ｅＡ ｔｎ ａ Ａ Ａ， ｄｐｉ ｎｅｎ ｖ Ａｒｙ ， 能通过调整接收或 发射特性 来增强 天线性能 的一 ｒ ）是 ａ 种 天线 … ， 它是一种能够根 据环境 条件 、 通信 要求实 时 自动 地实现天线方 向图的优 化 ， 高通 信性 能 的 自适 应 天线 系 提
统。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
相反的处理。
自适应天线阵能够在干扰方 向未知的情况下 ， 自动调 节 阵列 中各个 阵元 的信号加权值 的大小 ， 使阵列 天线方 向图的
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探讨智能天线在移动通信中的应用摘要：智能天线是移动通信领域的研究热点。
作为具有测向和波束形成能力的天线阵列技术, 智能天线是提升频谱资源效率、系统容量和通信质量的有效途径之一, 被广泛应用于各类移动通信系统中。
文章介绍智能天线的基本概念、工作原理、分类及其在第二代和第三代移动通信系统中的应用。
关键词：智能天线；软件无线电；移动通信0 引言随着移动通信产业的高速发展, 用户数量迅速增加, 频谱资源越发紧张, 如何提高现有频谱的使用效率, 扩展网络容量已成为移动通信发展的关键问题。
尤其是中国入世后加快了通信行业对外开放步伐, 同世界全面接轨, 使我国的通信行业面临新的机遇和挑战。
从国际上 3G 牌照拍卖情况看, 频率资源的投入已成为全球各运营商资金投入成本的重要组成部分。
运营商迫切希望提高系统的频谱利用率, 从而提供更大的容量, 智能天线作为解决这个矛盾的核心技术之一, 受到业界的广泛关注。
1 智能天线的基本概念智能天线是一种具有测向和波束形成能力的天线阵列, 最初广泛应用于雷达、声纳和军事通信领域。
近年来, 由于数字信号处理技术的迅速发展、 IC 处理速度的提高和价格的普及, 使其在商用无线通信系统中的应用可能性大幅提高。
智能天线主要由天线阵、波束形成单元和自适应控制单元三部分组成。
其中天线阵列是收发射频信号的辐射单元, 常用的阵列形式有直线阵列与圆形阵列。
波束形成单元则将来自每个单元天线的空间感应信号加权相加, 其中的权系数为复数。
自适应控制单元是智能天线的核心, 该单元的功能是根据一定算法和优化准则, 主动适应周围电磁环境的变化。
它利用数字信号处理技术, 通过满足某一准则的算法来调节各个阵元的加权幅度和相位,动态地产生空间定向波束, 使天线的主波束跟踪用户信号的到达方向, 旁瓣或零辐射方向对准干扰信号的到达方向, 进而达到抑制干扰信号, 提高所需信号信噪比的目的。
虽然天线阵列是射频前端的很重要的设备,但自适应阵列天线技术最重要的部分还在于基频(或包括中频) 数字信号处理算法, 算法决定了瞬时响应速率和电路实现的复杂程度, 其好坏将直接影响系统的工作指标。
从是否需要参考信号(导频序列或导频信道)的角度来划分, 这些算法可分为盲算法和非盲算法两大类。
在多址方式上,智能天线技术突破了传统的三维思维模式, 引入了空分多址( SDMA )方式, 在第四维空间上极大地拓宽了频谱的使用方式。
SDMA的主要作用是压制同信道干扰, 可在不影响通信质量的前提下提升系统容量, 或在不改变系统容量的前提下提升通信质量。
传统的固定扇形划分通常可提升少许容量或通信质量, 但在引进智能天线后, 改善程度可大幅提高, 其原因是智能天线不仅能有效消除干扰, 同时也能对目标信号提供较大增益。
SDMA的终极理想目标是希望能达到每一用户与基地台之间均有一条专属的波束作为上下行链路信道,而不同用户的波束经过特殊设计和处理后,可以避免相互间干扰。
系统理论与实验模拟证明, 在无线通信系统中采用智能天线技术, 对于系统性能特别是系统容量的改善作用十分显著。
2 智能天线的分类根据不同的复杂度和结构, 智能天线可分为波束转换智能天线和自适应阵列智能天线两大类。
2.1 波束转换智能天线波束转换天线将传统的一个扇区一个波束变为一个扇区数个波束来覆盖, 每个波束的指向是固定和预定义的, 波束宽度随阵元数目而定。
它采用波束切换技术, 随着用户在小区内的移动, 基地台自动选择不同的相应波束, 使接收信号最强。
波束转换天线虽然不能实现信号最佳接收, 但结构简单, 便于实现, 且无需判定所接收信号的方向。
波束转换天线的波束宽度由天线阵列的口径决定。
对于处于主波束外的干扰, 波束转换天线通过控制低的旁瓣电平确保抑制。
而对于处于主波束内的干扰, 波束转换天线则无法抑制, 所以它对于主波束内的干扰信号的抑制能力是有限的。
由于所需信号的到达方向并不一定固定在主波束中央, 当信号的到达方向随着移动台的移动位于波束边缘, 而干扰信号位于波束中心时, 接收效果最差。
此时必须进行波束间切换, 切换至载干比好的波束中。
2.2 自适应阵列智能天线自适应阵列智能天线融入了自适应数字处理技术, 在天线阵接收到信号后, 通过由处理器和权值调整算法组成的反馈控制系统, 根据一定的算法分析该信号, 判断信号及干扰到达的方位角度, 将计算分析所得的信号作为天线阵元的激励信号, 调整天线阵列单元的辐射方向图、频率响应及其他参数。
利用天线阵列的波束合成和指向, 产生多个独立的波束, 自适应地调整其方向图, 跟踪信号变化,对干扰方向调零, 减弱甚至抵消干扰, 从而提高接收信号的载干比, 改善无线网基站覆盖质量, 增加系统容量。
自适应天线阵列通常采用 4-16 天线阵元结构,在FDD中阵元间距 1/2 波长, 若阵元间距过大, 接收信号彼此相关程度降低, 太小则会在方向图中形成不必要的栅瓣, 故一般取半波长。
而在TDD中(如美国 ArrayComm 公司在PHS系统中的自适应阵列天线) 阵元间距为 5 个波长,间距宽波束更窄。
PHS 系统中采用TDD模式, 因而更容易进行定位处理。
即使旁瓣多, 但由于用户和信道都较少, 因而不会带来不利影响。
自适应天线阵列的效益虽高, 但因需执行复杂的适应性算法, 实现成本较高。
为满足无线通信高频谱效率需求, 自适应天线阵列仍为未来的发展趋势。
3 采用软件无线电实现智能天线智能天线需根据通信系统的传输特性和环境,选用不同的算法来调整波束, 甚至改变系统的资源管理状态, 为提高其运用弹性和灵活度, 采用软件无线电( SDR )实现智能天线已成为主流趋势。
软件无线电采用开放式架构, 以硬件作为其通用的基本平台, 通过软件完成功能性的重组, 以满足不同环境、多模式、多功能的通信要求, 同时具备可适应性信号处理、组件可程序化的能力。
在此概念下, 利用软件控制方式改变硬件特性的通信设备, 均可视为软件无线电系统。
软件无线电系统的发展方式类似于软件开发, 系统中各个硬件组件模块可视为功能不同的对象( object ),根据呼叫的不同启动相应的执行程序, 因此可直接通过下载程序代码的方式来置换对象, 即可显现在同一硬件平台上, 可适应性的调整应用架构, 借以提高系统的运用弹性和扩充能力, 提供高效率、高弹性、高适应性的处理能力。
因为不对硬件组态进行任何改变, 所以系统具有易维护、易应用的操作环境。
鉴于未来无线通信系统的体制繁多, 为使智能天线能配合系统进行平滑的技术演进, 进而能更弹性地运用于多模系统中, 软件无线电将是未来智能天线研制的重要系统架构。
利用软件无线电实现智能天线系统示意如图 1 所示。
软件无线电系统由不同的硬件模块所构成,其中包括可组态通信系统模块、基频处理单元( 含DSP及FPGA模块)、数字宽频收发单元(含模拟/数字转换器(ADC)数字/模拟转换器(DAC)实时操作系统及智能天线单元等。
运用软件无线电系统架构发展智能天线的最大挑战在于各种算法的建立。
4 智能天线在移动通信中的应用在实际的移动通信信道传输环境中, 干扰和多径衰落现象异常复杂, 智能天线的使用能有效改善系统的性能, 扩大系统覆盖区域、提高系统容量、提高数据传输速率、提高频谱利用效率、降低基站发射功率、节省系统成本、减少信号间干扰和电磁环境污染等。
由于智能天线技术是物理层技术, 不会影响系统的高层协议, 因此, 它适用于各种无线接口, 在现有和未来的移动通信系统中将发挥越来越大的作用。
4.1 第二代移动通信系统在第二代移动通信系统中, 智能天线技术已得到初步应用。
通过在 GSM 网络中的应用可见, 智能天线可以匹配原网络的覆盖情况, 通过上下行的波束切换进行干扰控制, 在采取四天线阵的情况下,频谱的使用效率较传统的可以提高四倍。
在 CDMA系统中使用智能天线系统, 通过有选择性的空间传输, 基站的发射功率可以远远低于普通的基站, 从而可减少网络内的射频污染, 降低干扰电平, 提高了网络的运营质量, 也提高了网络的无线容量, 为网络的进一步扩容奠定了坚实的基础。
在现有的PHS 商用系统中, 有近十万台基站装备了自适应智能天线系统, 得到了很好的应用。
4.2 第三代移动通信系统在第三代移动通信系统中, 我国自主提出TD-SCDMA标准是应用智能天线技术的典型范例, 从某种意义上讲, TD-SCDMA系统就是基于智能天线设计的。
智能天线良好的抗多用户干扰性能使其成为系统的关键技术之一, 它对网络性能有着重要的影响。
TD-SCDMA智能天线的高效率是基于上行链路和下行链路的无线路径的对称性( 无线环境和传输条件相同)而获得的。
此外, 智能天线可减少小区间干扰, 也可减少小区内干扰。
智能天线的这些特性可显著提高移动通信系统的频谱效率。
目前,常规定向智能天线有8个天线阵元, 单天线阵元的增益是15dBi。
其原理是使一组天线和对应的收发信机按照一定的方式排列和激励, 利用波的干涉原理可以产生强方向性的辐射方向图, 使用数字信号处理器( DSP )使主瓣自适应地指向移动台方向, 就可达到提高信号的载干比, 降低发射功率等目的。
智能天线的上述性能允许更为密集的频率复用, 使频谱效率显著提高。
由于每个用户在小区内的位置都是不同的。
这一方面要求天线具有多向性, 另一方面则要求在每一独立的方向, 系统都能跟踪个别用户。
通过DSP控制用户的方向测量使上述要求可以实现。
每个用户的跟踪通过到达角进行测量。
在TD-SCDMA系统中, 由于无线子帧的长度是5ms ,则至少每秒可测量200次,每个用户的上下行传输发生在相同的方向, 通过智能天线的方向性和跟踪性,可获得其最佳的性能。
时分双工( TDD)模式的TD-SCDMA的另一优势是用户信号的发送和接收都发生在完全相同的频率上。
因此在上行和下行两个方向中的传输条件是相同的或者说是对称的, 使得智能天线能将小区间干扰降至最低, 从而获得最佳的系统性能。
对第三代移动通信系统另外两个标准WCDMA和CDMA2000系统而言, 智能天线虽然是推荐配置，但是目前一些WCDMA和CDMA2000 的基站产品已经开始支持智能天线了。
5 结束语随着TD-SCDMA 试验网的建设, 智能天线受到业界的普遍重视, 已经有很多原来从事小灵通天线和 GSM 天线制造的企业也陆续把产品开发的重点转移到智能天线上来, 并致力于解决智能天线的小型化、美化以及电调智能天线等应用难题。
这一领域厂商投入数量的增加将会为未来的移动通信的产品提供有力支持。
我们有理由相信, 在未来的3G以及Beyond 3G 中, 智能天线能为我们提供一个领先的技术平台, 从而推动移动通信的发展。