智能天线介绍
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。
智能天线与MIMO的区别
解释1.智能天线通常也称作自适应天线阵列，可以形成特定的天线波束，实现定向发送和接收，主要用于完成空间滤波和定位。
从本质上看，它利用了天线阵列中各单元之间的位置关系，即利用了信号的相位关系克服多址干扰及多径干扰，这是它与传统分集技术的本质区别。
MIMO系统是指在发射端和接收端同时使用多个天线的通信系统，其有效地利用随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高业务传输速率。
其核心技术是空时信号处理，即利用在空间中分布的多个时间域和空间域结合进行信号处理。
因此，可以被看作是智能天线的扩展。
智能天线可以理解为对天线应用与今后演进的LTE（MIMO的双天线），这样今后中国移动发展LTE时，现有的智能天线仍然可以使用解释2.TD-SCDMA系统采用智能天线技术，这种技术也是采用了多阵元天线，但与MIMO 不同的是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效提高天线增益，降低用户间的干扰。
因此智能天线技术也可以算一种天线分集技术，但没有实现空间复用，不是MIMO技术。
MIMO技术中，信息源杂散化之后，以多余前向纠错（FEC，ForwardErrorCorrectionredundancy）的方式作编码。
这些编码过的位会被分别交叉放置到不同的天线发射链中，也就是连续的编码位被随机送到不同的OFDM调制器，每个调制器再将编码位往后送到发射处理链及天线。
因此，不同的发射天线上发送的是不同的数据，接收端通过特定的技术将这些不同天线发送的数据拼装起来，还原成原始信息。
解释3.（1）相同信息，不同的空间发射途径传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落，具有相同信息的信号通过不同的路径被发送出去，在接收机端可以获得数据符号多个独立衰落的复制品，从而获得更高的接收可靠性。
智能天线技术也是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效的提高天线增益，降低用户间的干扰。
广义上来说，智能天线技术算一种天线分集技术。
3G智能天线原理和应用
3G智能天线原理和应用1. 智能天线原理智能天线采用空分复用（SDMA）方式，利用信号在传播路径方向上的差别，将时延扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰的影响降低，将同频率、同时隙信号区别开来，和其他复用技术相结合，最大限度地有效利用频谱资源。
基站智能天线是一种有多个天线单元组成的阵列天线，通过调节各单元信号的加权幅度和相位，改变阵列的方向图，从而抑制干扰，提高信噪比，它可以自动测出用户方向，将波束指向用户，实现波束跟用户走。
图1 智能天线方框图智能天线是天线阵列，图7-2表示方框图，图中可以看出，由N个天线单元组成，每个天线单元有对应加权器，共有M组加权器，可以形成M个方向的波束，M表示用户数，其可以大于天线单元数，天线阵的尺寸和天线元的数目决定最大增益和最小波束宽度，意味在天线阵的尺寸和天线增益，及天线侧瓣性能两者之间要取得平衡。
智能天线通过调节从每一个天线收到的信号的相位与幅度，结合使得形成所需要的波束，此过程称为波束形成。
可以形成各种波束--扫描波束、多波束、成型波束、及有受控零位的波束。
根据方向图分成两种类：自适应方向图智能天线和固定形状方向图智能天线。
智能天线关键技术是识别信号到达方向以及数字成型的实现，识别信号到达方向AOA（ANGLE OF ARRIV AL）的算法有：MUSIC算法、ESPRIT算法、最大似然算法等。
数字成型实现就是选取最佳加权系数，获得最佳波束。
自适应算法首先确定准则，常用有最大似然、最大信噪比SINR、最小均方误差MMSE、最小方差，具体产品选择其中一种，图7-3表示形成波束智能天线框图。
图2 波束成型智能天线原理示意图2. 智能天线在3G中应用智能天线在2G网络中的成功应用，表明智能天线对于抑制干扰有明显改善作用，3G标准指出智能天线应用要求，改善网络容量与性能，技术上考虑“聚集波束”、“自适应波束形成”以及“波束切换”。
“聚集波束”用在特定地理区域，增加覆盖面或容量。
第6章 TD-SCDMA智能天线技术
图6-2 不同几何形状的天线阵列
2.平面波传播
空时信号可以表示为),,,(t z y x s ，
这其中x ，y 和z 分别代表三维空间坐标系的三个变代表时间。
根据电磁场领域的麦克思维方程，自由空间中信号源的电场E r
满足下式：
012222
=∂∂⋅−∇t
E c E r r （6.1.1）
是光速。
对上式求解得到
图6-7 TD-SCDMA 系统下行信号传输模型
北京邮电大学无线信号处理与网络实验室(WSPN) 作者：彭木根 （pmg@）
版权所有，翻印必究
图6-10 孔径扩展示意图
)()(t s t r = )exp()()(x d jk t s t x r
−= )exp()()(y d jk t s t y r
−=
图6-11 EVESPA估计结果（4个线阵，6个信号)
个阵元组成，其中4个阵元组成均匀线阵。
有三组相干信号（， [800, 1000]和[1200, 1400], 对应的幅度分别为[1, 0.7-0.4i] [ 0.4+0.5i, -0.6+0.4i]。
噪声为高斯噪声，信噪比SNR＝15。
10。
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。
21 -智能天线权值
智能天线权值第一部分智能天线广播波束权值相关知识第一章引言1.1 智能天线的基本功能智能天线是N列取向相同的天线按照一定方式排列和激励，利用波的干涉原理形成预定波束的阵列结构天线。
智能天线可以通过阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列的方向图形，即自适应或以预制方式控制波束宽度、指向和零点位置，使波束指向期望的方向，实现对移动用户的波束跟踪，并自动地抑制干扰方向的副瓣电平。
1.2 智能天线与GSM天线的区别1.2.1 结构组成区别智能天线由两个或以上天线阵列组成，而GSM系统天线只由一个天线阵列构成。
8列单极化智能天线GSM单极化天线8通道双极化智能天线GSM双极化天线1.2.2 功能区别智能天线可以通过改变对各天线阵列的激励（即权值）形成预定波束。
而GSM天线只有一个阵列，其波束在设计时已确定，出厂后不可改变。
在进行小区覆盖宽度调整时，GSM天线只能更换，TD-SCDMA智能天线可以通过软件改变预定波束的宽度(特指广播波束)，灵活的调整覆盖范围。
第二章智能天线的分类2.1 全向天线在360°任意方位上均可进行波束扫描的智能天线阵列。
2.2 定向单极化天线特指采用单极化辐射单元，组成定向阵列，可以在特定方向内进行波束扫描的天线阵列。
2.3 定向双极化天线特指采用双极化辐射单元，组成定向阵列，可以在特定方向内进行波束扫描的天线阵列。
第三章相关基本概念3.1 单元波束、广播波束、业务波束单元波束定义为：智能天线单一阵列的接收或者发射的水平面辐射方向图。
即，智能天线阵列中任意馈电端口在其它所有端口都接负载时发射或接收到的辐射方向图。
广播波束定义为：对智能天线阵列施加特定的幅度和相位激励所形成的全向覆盖或扇区覆盖的辐射方向图。
业务波束定义为：对智能天线阵列施加特定的幅度和相位激励所形成的在工作角域内具有任意波束指向扫描以及具有高增益窄波束的方向图。
3.2 波束宽度波束宽度指波束的主瓣中功率电平下降一半（3dB）的角度范围。
面向5G的智能天线设计
面向5G的智能天线设计随着5G的到来, 智能天线设计变得非常重要。
智能天线是根据环境和需求自动调整方向的天线, 它可以通过优化信号传输, 提高通信质量。
这些天线可以在不同环境下支持高数据速率, 并克服了传统天线的一些不足。
1. 什么是智能天线？智能天线是一种具备自适应功能的天线。
它可以根据不同条件、不同情况实现自动调节和自适应选择。
传统天线通常只适用于一个特定的频率, 但是, 智能天线能够同时适用于多个频率, 这是因为它能够自动调整其方向和极化，从而在多个信号源之间切换。
此外, 智能天线采用多种信号处理技术,可以提高天线的灵活性和抗干扰能力, 并且可以适应不同的环境和场景。
2. 智能天线的优点智能天线具有许多优点。
它们可以提高通信的可靠性和速度, 增大信号覆盖范围, 并提高连接稳定性。
另外, 智能天线也可以提高信号的质量, 并有助于减缓建筑物、障碍物和人的干扰。
即使在复杂的极端天气条件下, 智能天线也可以快速自适应, 提高信号的稳定性, 提高通信质量。
还有一个优点是, 智能天线能够根据不同的场景和使用情况, 调整方向和角度, 以满足不同需求。
3. 智能天线设计的难点尽管智能天线有很多优点, 但是它们的设计并不容易。
一个重要的问题是如何确定天线的方向和极化。
在设计智能天线时, 我们必须考虑天线的尺寸、形状、材料和工作频率等多个关键参数。
此外, 在确定天线的方向和极化时, 我们还要考虑周围的环境和条件。
4. 如何克服设计难点设计智能天线需要采用多种技术手段, 包括多天线技术、反馈控制技术、自适应波束成形技术等。
其中, 反馈控制技术可以通过不断收集和评估信号反馈信息, 实现天线的自适应调整。
自适应波束成形技术则可以根据不同的使用场景, 调整天线的方向和角度, 以达到最佳通信效果。
此外, 还可以通过多台智能天线的连接, 实现信号的优化和协同处理, 从而实现更好的信号传输效果。
5. 结论随着5G技术的不断发展和普及，智能天线开始成为通信行业中的热点技术。
第九章 智能天线与软件无线电技术
第九章智能天线与软件无线电技术9.1 智能天线技术9.1.1 智能天线基本概念与发展过程智能天线（Smart Antenna）可定义为：天线阵+智能算法。
其中，智能算法的作用是根据不同的无线电传播环境，调整天线波束，以达到提取期望信号、抑制干扰和滤除噪声的目的。
智能天线的本质是一种自适应空分多址技术（SDMA），智能天线+软件无线电（Software radio）技术是未来无线通信的发展方向。
智能天线的发展过程如下：（1）智能天线的概念最早源于雷达和声纳系统中采用的阵列天线。
（2）阵列天线根据波束形成方式的不同，又可分为模拟波束成形和数字波束成型两种。
模拟波束成形一般可用于中频、射频直接成形，实现难度大、精度低，而数字波束成形一般在中频以下，实现方便、精度高。
现阶段移动通信中的智能天线就属于这一类。
数字波束成形的发展方向是在射频实现。
（3）智能天线技术中，将中频和射频看作是一个线性系统的信道，为了实现在基带数字信号处理与最终的射频调整的一致性和等效性，要求中频和射频系统有较高的线性度。
（4）自1959年Van Atta提出自适应天线阵列的概念以来，到目前已经历了45年发展历程，可分为5个阶段：a.1964年IEEE Tran.AP的特刊为标志，研究工作主要集中在自适应波束的控制上。
例如，自适应相控制阵列天线和自适应波束操纵天线等。
b.1976年IEEE Tran.AP的特刊为标志，研究工作主要集中在自适应零陷控制上。
例如，自适应滤波、自适应调零、自适应旁瓣对消和自适应杂波控制等。
c.1986年IEEE Tran.AP的特刊为标志，研究工作主要集中在空间谱估计上。
例如，最大似然谱估计、最大熵谱估计和空间正交谱估计等。
d.1997年Godara对智能天线在移动通信中的应用进行了综述。
e.2002年Reed出版了专著，首次从无线电工程的角度全面介绍了软件无线电设计方法学，提出了图9.1所示的软件无线电模型，明确了智能天线在未来无线通信发展中的作用。
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智能天线介绍
技术室：李盼星
摘要：智能天线是天线技术发展的一个方向，了解智能天线的基本构造和原理，对以后的工作有重要的意义。
关键词：智能天线、波束、阵元、端口
第一章：引言
1.1 智能天线的基本功能
智能天线是N列取向相同的天线按照一定方式排列和激励，利用波的干涉原理形成预定波束的阵列结构天线。
智能天线可以通过镇原信号的加权幅度和香味来改变阵列的方向图形，即自适应或以预制方式控制波束宽度，指向和零点位置，使波束指向期望的方向，实现对移动用户的波束跟踪，并自动地一直干扰方向的副瓣电平。
1.2智能天线与GSM天线的区别
1.2.1结构组成区别
智能天线由两个以上天线阵列组成，而GSM系统天线只由一个天线阵列构成
1.2.2功能区别
智能天线可以通过改变对各天线阵列的激励（即权值）形成预定波束。
而GSM天线只有一个阵列，起波束在设计师已确定，出厂后不可改变。
在进行小区覆盖宽度调整是，GSM天线只能更换，TD-SCDMA智能天线可以通过软件改变预定波束的宽度（特指广播波束），灵活的调整覆盖范围。
第二章智能天线的分类
2.1 全向天线
在360°任意方位上均可进行波束扫描的智能天线阵列。
2.2定向单极化天线
特指采用单极化辐射单元，组成定向阵列，可以在特定方向内进行波束扫面的天线阵列。
2.3定向双极化天线
特指采用双极化辐射单元，组成定向阵列，可以在特定方向内进行波束扫描的天线阵列。
第三章：相关基本概念
3.1单元波束、广播波束、业务波束
单元波束定义为：智能天线单一阵列的接收或者发射的水平面辐射方向图。
即智能天线阵列中任意馈电端口在其他所有端口都接负载是发射或接收到的辐射方向图。
广播波束定义为：对智能天线阵列施加的幅度和相位激励所形成的全向覆盖或扇区覆盖的辐射方向图。
业务波束定义为：对智能天线阵列市价特定的幅度和相位激励所形成的在工作角域内具有任意波束指向扫描以及具有高增益窄束的方向图。
3.2波束宽度
波束宽度值波束的主瓣中功率电平下降一半（3DB）的角度范围，如下图所示：横坐标是角度值，纵坐标-3db处的虚线与波束图相交叉的两个点之间的角度约为65°。
3.3波束权值
a)什么是权值，什么是TD广播波束权值：
权值是天线各端口所施加的特定激励信号的量化表示方法，天线端口施加特定激励的目的是为了得到具有特定覆盖效果的方向图。
权值可以表示为幅度/相位方式，幅度一般用归一化的电压值U或电流值I表示（也可以用归一化公路车表示，注意，功率表示与电压电流表示方式的关系为平方、开方），相位用角度表示。
在将权值导入某些厂家的OMC前可能需要将其转化为其他格式。
TD广播权值是为得到满足特定小区广播信道覆盖方向图而对各天线端口施加的激励信号。
一般所提到的权值均值“TD广播波束权值”。
B）不同厂家天线广播波束权值不同：
各厂家的单元列方向图因天线内部具体实现结构的不同而存在差异，而广播波束是在权值作用下个单元列方向图的矢量叠加，各厂家单元方向图不同，导致各厂家权值可能存在差异。
一般来说权值不能通用，但是也存在将A厂家的权值赋在B厂家的天线上仍可以勉强工作的情况。
C）不同类型天线广播波束权值不同，特别是单极化双极化完全不同：
单极化天线权值一般呈对称分布，即，端口1与端口8相同或近似、端口2与端口7相同或
近似、端口3与端口6相同或近似，端口4和端口5相同或近似。
典型的单极化权值如下（仅为示意，不做实际应用）：
双极化天线8个端口如果分成前后2组，每组4个，则前4个端口与后4个端口的权值完全相同（非轴对称）。
典型的双极化权值如下（仅为示意，不做实际应用）
由此可见，一旦将双极化天线的权值用在单极化上或者反之，会对覆盖带来极不利的影响。
d)给同一面天线不同的广播波束权值激励，可以得到不同宽度的广播波束：
这是智能天线的应用优势，可以不改变硬件，完全使用软件方法实现波束的动态调整。
e）对于同一面天线同一个广播波束宽度可能存在若干组不同的管波波束权值：
这些权值都能够实现对特定宽度（如65度）的广播波束惊醒赋型（具体形状可能略有不同），这些组权值可能都是正确的，但是只有一组是最优的。
一般认为绝对最优的权值是不能得到的。
虽然理论上存在相对最有权值，但有其存在的前提。
第一、针对具体的单元方向图；
第二、第二、确定最有的判断标准，如3dB内起伏小、3dB宽度稳定、60度下降稳定或EIRP 损耗小等等。
第三、第三测试所用功分板和测试方法足够准确。
对于第一点，即便考虑同一批次的产品，每个天线的单元方向图都可能存在差异，因此不存在某一权值对于所有天线军事最优的。
对于第二点，由于图形是一条曲线而不是简单的几个数字，目前业界缺乏对图形好坏的同一判断标准，仅片面的考察个别指标值判断权值最有是没有意义的，即便暂时获得，也不能断定未来没有更好的出现。
对于第三点，从理论计算和方针得到的权值必须要经过实际测试验证才能确认，现在比较通用的做法是：按照理论计算得到的交友全职生产特定幅度相位的功分板，将功分板得到最终
权值。
而目前由于制造工艺的限制，功分板的精度还未达到十分理想的程度，而功分板与天线间存在馈线及接头，导致在测试过程中每逢短裤的幅相准确度有差异。
因此从测试角度讲，只能得到相对准确的权值而无法得到绝对准确的权值，更无法谈及最优权值。
第四章、智能天线应用场景
一般智能天线有4阵元、6阵元、8阵元三种型号的。
一、市区
在市区常用到有6阵元天线，6阵元天线+优化算法性能比8阵元单极化的性能要好。
还有4+4双极化天线，性能和8阵元相当。
面积和重量都比八阵元的小。
二、郊区和农村
因为天线平台空间相对充裕，郊区和农村可以采用8阵元单极化的天线。
三、特殊场景
在室内分布或者小型覆盖的特殊场景下可以采用4阵元的天线。
第五章、MIMO技术和智能天线
MIMO技术是利用多根发射天线和多根接收天线进行无线传输的技术，它的关键是通过空间分集将传统通信系统中存在的多径影响因素变成对通信性能有利的增强型因素，从而提高信道的容量和信道的可靠性。
智能天线是利用多根发送天线发送相同的数据流，提高链路的可靠性。
Mimo技术是在不同的天线上发送不同的数据，提高整体的信道容量。
据说，双极化天线是MIMO技术和智能天线的最佳结合。
双极化天线可以获得2个独立衰落通道，满足MIMO多流传输的要求，而且双极化天线可以提供波束赋型增益和分集增益，提高信道可靠性。