基于智能天线浅谈其在移动通信中的延伸发展
关于移动通信发展趋势

浅谈关于移动通信的发展趋势【摘要】:21世纪移动通信技术和市场飞速发展,在新技术和市场需求的共同作用下,未来移动通信技术将呈现以下几大趋势:网络业务数据化、分组化,移动互联网逐步形成;网络技术数字化、宽带化;网络设备智能化、小型化;应用于更高的频段,有效利用频率;移动网络的综合化、全球化、个人化;各种网络的融合;高速率、高质量、低费用。
这正是第四代(4g)移动通信技术发展的方向和目标。
【关键词】:移动通信、4g、技术要求、关键技术引言:移动通信技术飞速发展.已经历了3个主要发展阶段。
每一代的发展都是技术的突破和观念的创新。
第一代起源于20纪8 o年代.主要采用模拟和频分多址(fdma)技术。
第二代(2g)起源于90年代初期.主要采用时分多址(tdma)和码分多(cdma)技术。
第三代移动通信系统(3g)可以提供更宽的频带.不仅传输话音.还能传输高速数据,从而提供快捷方便的无线应用。
但是第三代移动通信系统仍是基于地面标准不~的区域性通信系统.尽管其传输速率可高达2mb/s。
仍无法满足多媒体通信的要求.因此第四代移动通信系统(4g)的研究势在必行。
一、4g的定义及技术要求第四代移动通信技术可称为广带(broadband)接入和分布网络.具有非对称超过2mb/s的数据传输能力.对全速移动用户能提供150mb/s的高质量影像服务,将首次实现三维图像的高质量传输。
它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统).集成不同模式的无线通信.移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。
其广带无线局域网(wlan)能与b-isdn和atm兼容.实现广带多媒体通信.形威综合广带通信网(1bcn),他还能提供信息之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。
其主要技术要求及特征如下:通信速度更快由于人们研究4g通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问internet的速率,因此4g通信的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。
5G通信系统下的智能天线设计与优化研究

5G通信系统下的智能天线设计与优化研究5G通信作为下一代移动通信技术的重要组成部分,将以更快的速度、更大的容量和更低的延迟来满足用户对移动通信的需求。
而作为5G通信系统的关键技术之一,智能天线设计与优化研究将对整个通信系统的性能起到至关重要的作用。
首先,让我们来了解一下智能天线的概念。
所谓智能天线,是指具备天线结构和系统的启发式、自适应和优化特性,能够自动调整其工作频率、辐射方向、极化方式和增益等参数,以适应不同通信环境和信号条件的一种天线。
在5G通信系统中,智能天线的设计与优化将面临一系列挑战。
首先,由于5G 通信系统将采用更高的频率,导致天线的辐射效率和方向性将受到更多的限制。
其次,5G通信系统将涉及更多的天线,例如大规模天线阵列和多输入多输出系统,因此智能天线的设计和优化将更加复杂和多样化。
另外,5G通信系统中的智能天线还需要具备更高的能量效率和更低的功耗,以满足可持续发展的要求。
为了解决这些问题,研究人员提出了一系列智能天线的设计和优化方法。
其中,一种常用的方法是基于人工智能和机器学习算法来实现智能天线的自适应和优化。
通过采集和分析实时的信号和环境数据,利用人工智能算法来优化天线的工作参数,从而实现更好的通信性能。
例如,利用深度学习算法,在多路径信号和干扰信号环境下对天线进行自适应波束成形,提高信号的传输效率和质量。
除了基于人工智能的方法,还有一些传统的优化算法被应用于智能天线的设计与优化。
例如,粒子群优化算法、遗传算法和模拟退火算法等。
这些算法通过优化天线的结构、参数或工作方式,来提高通信系统的性能。
同时,还可以通过对不同通信场景和应用需求的建模和仿真,来指导智能天线的设计与优化。
此外,智能天线的设计与优化还可以结合其他5G关键技术来实现更好的性能。
例如,将智能天线与大规模天线阵列、自组织网络和非正交多址接入等技术相结合,可以进一步提高通信系统的容量和覆盖范围。
另外,利用智能天线的自适应性和优化能力,可以构建更加灵活和高效的无线资源管理机制,实现对网络负载和干扰的实时监测和调整。
智能天线技术原理及其应用

智能天线技术原理及其应用发表时间:2009-04-08T12:34:28.153Z 来源:《科海故事博览•科教创新》2009年第3期供稿作者:龙金林[导读] 本文介绍了智能天线技术的原理,其在移动通信中的应用以及应用进展。
摘要: 智能天线是一种安装在基站现场的双向天线,通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性,并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。
与其它日渐深入和成熟的干扰削除技术相比,智能天线技术在移动通信中的应用研究更显得方兴未艾并显示出巨大潜力。
本文介绍了智能天线技术的原理,其在移动通信中的应用以及应用进展。
关键词: 智能天线技术原理应用一、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 Array)。
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 Antenna)。
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(DirectionofArrinal),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。
细说移动通信中的新技术

该 技术 可 能会 使 用在 DS— 测技术能够使 系统在高 速运 动的
C MA D 通信标准 中 其 中信道编解 信 道环境 中达到较好 的性能 。多 码主 要是降低信号传播 功率和解 用户 检测技术是通 过去除小 区内
决信号 在无线传播环境 中不可避 干扰 来改进系统性 能 增加系统
力 P S是 利用较低 的功率发 射 寻址 ,编 号在 业务控制 区内将编 计算机 的c u H P 一样 , 被誉 为D P S的
无线 电 波 信 号 .故 涵盖 范 围 较 号转为相应 的路 由号码 ,供最 终 心脏 ,大量 的算法和操作 都得 通 小. 较适合城市 型 区域 , 相对地 . 选择 路由和 建立呼 叫。 过它来完成 .因此该 内核结构 的
天线 技术对移动 通信 系统所带来 进入屏 蔽 区或信 道繁忙而无法 与 随着人们 的生活空 间,活动 的优 势是 目前任何技 术所难 以替 新 基站 联系 时 .掉话就 会产 生 . 空 间和参 与 领域 在不 断 地扩 大 . 代 的。智能 天线技术 已经成 为移 C MA D 技术采 用的是 软切换 在 . 对移动手机 的功能要 求 ,也不仅 动 通信 中最具 有吸引力 的技 术之 越 区切换 时 ,手机并不断 掉与原 仅是 对话和 通讯 ,还有许 许多 多 智能 天线技术是利用 自适 应 基站 的联系而同时与新基站联系 .
.
本 电报公司所 开发出来的 ,它利 提供终端 可移动性 . N用 以标识 出 一系列 更 高档 的新 技 术平 台 . R 用数 码传送方式结合 先进 的无线 被 呼用户 当前 的网络接人点 .用 人 们又开始注重 D P的内核技 术 S 电接取 技术和智 能型数码 网络能 户利用P N 号 , T拨 为了对被 呼用户 的开发 , 为D P 内核就相 当于 因 S的
移动通信中的智能天线技术

技术作 为 3 未来移动通信 的关键技 术之 一 , 为全球移 G及 成
动通信 研究的热点 。
器是根据 自 适应空 间滤波 / 波束成型算法和估计的来 波方向
等产生权值 , 波束成型网络进行动态自适应加权处理以产生
希望的 自 应波束。从 接受的角度来看 , 适 基站利用智 能天线
1 智能 天线 的基 本原 理
来的 , 工程 师们希望用智能天线来提 高移 动通 信系统 的 通信
信道复用率、 基站覆盖面积 , 并克服共信道、 多径衰落等 日 益
严重 的干扰 问题 。智能天线采用空分复用 的概念 , 利用信号 在 入射 方向上 的差别 , 同频率 、 将 同时隙 、 道的信号 区分 同码
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硕士研究 生
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第 3期
田雨 : 动 通信 中的智能天 线技 术 移
1 5
2 智能天线的自适应波束成型技术
智能天线核心问题是波束成型技术, 因此 自 适应波束成 型算法是人们研究智能天线的关键, 它决定智能天线暂态响 应的速率和数字信号处理的复杂性。按照算法是否利用参 考信号可将 自 适应算法分为盲算法、 非盲算法和半盲算法。 盲算法无须参考信号或导频信号, 而是充分利用调制信 号本身固有的与具体承载信息比特无关的一此特征( 如恒包 络、 子空间、 有限符号集、 循环平稳等) 来调整权值 以使输出 误差尽量小。常见的算法有常数模算法( M )子空间算 c A 、
束, 使天线主波束对准期望用户信号到达方向, 旁瓣或零陷 对准干扰信号到达方向, 从而达到充分利用移动用户信号, 并抑制干扰信号的目的。智能天线类似一个空问滤波器, 发
射机把 高增 益天线波束对 准通信 中的接 收机 , 这样既可增大
浅谈智能天线的原理及在TD—SCDMA系统中的应用

Oc 2 0 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt. 0 7
浅 谈 智 能 天线 的原 理 及在 T — S D A系统 中的应 用 D CM
张 丽
( 邢台职业技术学院 教务处,河北 邢台 04 3) 5 05 摘 要:近年来,智能天线技术 已经成为移动通信 中最具有吸 引力的技术之一。本文对移动通 信 中的智能天线技术的原理和在 T- CM D SDA系统中的实现做一个简要的介绍。 关键 词 :智 能天 线; 移动 通信 ;D SDA系统 T - CM 中图 分类号 :T 2 .1 N8 1 文献标 识码 : A 9 文章编 号 :0 8- 19 (07 5 05 3 10-6 2 2 0 )0—0 7—0 -
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第2 4卷 第 5期 20 年 1 07 O月
邢 台 职 业 技 术 学 院 学 报
J u a f n t i lt c n cCo lg o r l Xi g a y e h i l e n o Po e
Vl . N 0. 0 24 1 5
第 三 代 移 动通 信 中 的核 心 技 术 是 无 线传 输 技 术 (T ) RT 。在 20 00年 5月 5日,国际 电联最 后确 认 了 IT2 0 M - 00的无 线传输 技术 ,其 中,主 流 为 C M DA 技 术 。在 国际 电联 20 00年 3月份 的会议 上 ,更 是 提 出要 重视在 C M D A系统 中使用 智 能天线 技术 。 智 能 天 线是 在 自适应 滤 波 和 阵 列信 号处 理 技 术 的基础 上 发展起 来 的, 是通 信 系统 中能通 过 调整 接 收或 发射特 性来 增强天 线性 能 的一种 天线 。 它利 用信 号传 输 的空 间特 性 , 空间位 置及 入射 角度 上 从 区分所 需 信号 与干扰 信号 , 而控 制 天线 阵的方 向 从
天线阵列在移动通信中的应用研究分析

天线阵列在移动通信中的应用研究分析一、引言在当今数字化、信息化的时代,移动通信已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
从语音通话到高清视频流,从在线游戏到物联网应用,我们对移动通信的速度、容量和质量的需求不断增长。
为了满足这些日益苛刻的要求,天线阵列技术应运而生,并在移动通信领域发挥着至关重要的作用。
二、天线阵列的基本原理天线阵列,简单来说,就是由多个天线单元组成的系统。
这些天线单元按照一定的规则排列,可以是线性排列、平面排列或者立体排列。
通过合理地控制每个天线单元的信号发射和接收,可以实现波束的形成和控制。
当信号从天线阵列发射时,不同天线单元发出的信号在空间中相互叠加,形成特定方向的波束。
这个波束可以指向特定的用户终端,从而提高信号的传输效率和质量。
同样,在接收信号时,天线阵列可以通过对不同天线单元接收的信号进行处理,增强来自特定方向的有用信号,同时抑制来自其他方向的干扰信号。
三、天线阵列在移动通信中的优势(一)提高频谱效率频谱资源是有限的,而移动通信的需求却在不断增长。
天线阵列通过波束成形技术,可以将信号集中在特定的方向上,减少信号的散射和干扰,从而提高频谱的利用率。
这意味着在相同的频谱带宽下,可以传输更多的数据,满足更多用户的需求。
(二)增强信号覆盖在一些信号覆盖困难的区域,如山区、地下室等,传统的单个天线往往难以提供稳定的信号。
天线阵列可以通过调整波束的方向和形状,有效地覆盖这些区域,为用户提供更好的服务体验。
(三)提高系统容量通过同时为多个用户提供独立的波束,天线阵列可以实现空间复用,即在同一时间和频率资源上为多个用户传输数据,从而大大提高系统的容量。
(四)降低干扰天线阵列可以精确地控制波束的方向和范围,减少对其他小区或用户的干扰,提高整个移动通信网络的性能。
四、天线阵列在移动通信中的应用场景(一) 5G 通信5G 通信对高速率、低延迟和大容量有着极高的要求。
天线阵列技术在 5G 中得到了广泛的应用,如大规模 MIMO(多输入多输出)系统。
智能天线及其在3G中的应用

天线 了 。
2 在 T SD . 2 D-C MA 系 统 中 的 应 用 。 T D—
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赵 全 军
智能天线及其在 3 G中的应用
唐晓字 唐 宏
( 重庆 邮 电大 学 移 动 通信 技 术 重点 实验 室 , 重庆 4 06 ) 0 0 5
摘 要: 近年 来, 着全球移动通信用户数量 的不断增加 以及无线新业务的开发 , 随 如何有效地利用有限的频谱 资源, 高系统容量 , 提 己成 为第三 代移动通信 系统(MT 20 的关键 问题 。 I 一 00) 智能天线技 术作 为解决上述 问题 的有效手段 , 越来越受到无线通信工作者的关注。 简单介绍 了智能天线技 术并对智能天线技 术在 第三代移动通信 系统 中的应 用进行 了简单 的综述 。 关键词 : 智能 天 线 ;G; 用 3 应 raC m 引言 : 移动通信替代固定 电话业务的现象正 智能天线。而美国的 A ry o m公 司和中国电信 在全球范围迅猛扩展. 为了最大限度地实现全球统 科学研究院信威公司也研制出应用于无线本地环 WL ) 频段、统一制式和无缝漫游 ,开拓新的频谱资 路( L 智能天线系统 。我国也早 已将研究智能 源、 应对 中高速数据和多媒体业务的市场需求 , 进 天线技术列入国家 8 33 7通信技术主题研究中 6- 1 步提高频谱效率 、 增加系统容量和降低运营成 的个人通信技术分项 ,许多专家及大学正在进行 。 本,由2 G向 3 G移动通信发展已成为必然趋势。 相关 的研 究 智能天线利用数字信号处理 的能力 ,合成天线阵 2 . WC MA和 C MA 0 0中的应用。 1在 D D 20 第 列输入和输出, 以白适应的方式发射和接收信号。 3 代系统被设计为 一个可以提供相当高速的数据
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基于智能天线浅谈其在移动通信中的延伸发展摘要:近年来,随着移动通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐深入,智能天线开始用于具有复杂电波传播环境的移动通信。
本文主要介绍了智能天线技术的原理,及其在移动通信中的应用以及智能通信技术未来的展望。
关键词:智能天线;移动通信;未来展望
abstract: in recent years, with the gradual deepening of the development of mobile communications and the mobile communication radio wave propagation, network technology, antenna theory and so on, the smart antenna for complex radio propagation environment of mobile communications. this paper introduces the principle of smart antenna technology, and its application in mobile communications and intelligent communications technology vision for the future.key words: smart antennas; mobile communications; future
中图分类号:s972.7+6文献标识码:a
1 智能天线的基本原理智能天线包括多波束天线阵列和自适应天线阵列,后者是智能天线的主要形式。
智能天线技术主要基于自适应天线阵列原理,天线阵收到信号后,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、频率响应及其它参数。
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。
基站使用智能天线,可为用户提供窄定向波束,在一定的方向区域内收发信号。
这样既充分利用信号发射功率,又可降低发射信号带来的电磁干扰。
智能天线引入空分多址(sdma)方式,根据信号的空间传播方向不同,区分用户。
2 智能天线在移动通信中的用途2.1 抗衰落。
在陆地移动通信中,电波传播路径由反射、折射及散射的多径波组成,随着移动台移动及环境变化,信号瞬时值及延迟失真的变化非常迅速,且不规则,成信号衰落。
采用全向天线接收所有方向的信号,或采用定向天线接收某个固定方向的信号,都会因衰落使信号失真较大。
如果采用智能天线控制接收方向,天线自适应地构成波束的方向性,使得延迟波方向的增益最小,减小信号衰落的影响。
智能天线还可用于分集、减少衰落。
电波通过不同路径到达接收天线,其方向角各不相同,利用多副指向不同的自适应接收天线,将这些分量隔离开,然后再合成处理即可实现角度分集。
2.2 抗干扰。
用高增益、窄波束智能天线阵代替现有fd-ma和tdma基站的天线。
与传统天线相比,用12个30°波束天线阵列组成360°全覆盖天线的同频干扰要小得多。
将智能天线用于cdma基站,可减少移动台对基站的干扰,改善系统性能。
抗干扰应用的实质是空间域滤波。
智能天线波束具有方向性,可区别不同入射角的无线电波,可调整控制天线阵单元
的激励“权值”,其调整方式与具有时域滤波特性的自适应均衡器类似,可以自适应电波传播环境的变化,优化天线阵列方向图,将其“零点”自动对准干扰方向,大大提高阵列的输出信噪比,提高系统可靠性。
2.3 增加系统容量。
为了满足移动通信业务的巨大需求,应尽量扩大现有基站容量和覆盖范围。
要尽量减少新建网络所需的基站数量,必须通过各种方式提高频谱利用效率。
方法之一是采用智能天线技术,用多波束板状天线代替普通天线。
由于天线波束变窄,提高了天线增益及c /i指标,减少了移动通信系统的同频干扰,降低了频率复用系数,提高了频谱利用效率。
使用智能天线后,毋需增加新的基站就可改善系统覆盖质量,扩大系统容量,增强现有移动通信网络基础设施的性能。
未来的智能天线应能允许任一无线信道与任一波束配对,这样就可按需分配信道,保证呼叫阻塞严重的地区获得较多信道资源,等效于增加了此类地区的无线网容量。
采用智能天线是解决稠密市区容量难题既经济又高效的方案,可在不影响通话质量情况下,将基站配置成全向连接,大幅度提高基站容量。
当前我国正考虑大规模引入cdma移动通信系统,但部分省市模拟系统占用了cdma频段,必须采用清频手段解决此问题。
使用智能天线,可大大改善模拟系统小区复用方式,增加模拟系统容量,即使清频也不会导致模拟系统资源匮乏,为cdma系统留出频段。
2.4 实现移动台定位。
目前蜂窝移动通信系统只能确定移动台所处的小区,如果增加定位业务,则可随时确定持机者所处位置,不但给用户和网络管理者提供很大方便,还可开发出更多的新业务。
在陆地移
动通信中,如果基站采用智能天线阵,一旦收到信号,即对每个天线元所连接收机产生的响应作相应处理,获得该信号的空间特征矢量及矩阵,由此获得信号的功率估值和到达方向,即用户终端的方位。
通过此方法,用两个基站就可将用户终端定位到一个较小区域。
3 智能天线在3g中的应用
智能天线技术在3g中的应用主要体现在2个方面,即基站的收和发,具体而言就是上行收与下行发。
智能天线的上行收技术研究较早,因此也较为成熟。
上行收主要包含全自适应方式和基于预波束的波束切换方式。
在自适应方式中,可根据一定的自适应算法,对空、时域处理的各组权值系数进行调整,并与当前传输环境进行最大限度的匹配,从而实现任意指向波束的自适应接收。
全自适应方式在理论研究中具有很大的实用价值。
但在实际工程中,由于全自适应算法的计算量大等因素而很不实用。
在工程设计时,更感兴趣的是基于预波束的波束切换方式。
因为波束切换中的各权值系数只能从预先计算好的几组中挑选,因此计算量、收敛速度等方面较全自适应方式有优势。
然而在这种方式下由于智能天线的工作模式只能从预先设计好的几个波束中选择,因而它不能完全实现自适应性的任意指向,在理论上只是准最优的。
实现基站智能天线下行发难度相对较大,这主要因为智能天线在设计波束时很难准确获知下行信道的特征信息。
目前在这方面主要有下述两种方案:a. 利用类似第二代移动通信的is-95中的
上行功率控制技术,形成闭环反馈测试结构形式,也就是说基站通过正向链路周期性地向移动台发射训练序列,而移动台通过反向链路反馈信号,从而估计最佳正向链路加权系数;b. 利用上行信道信息估计下行信道。
对于fdd方式,由于上下行频率间隔相差90 mhz,衰落特性完全独立因而不能使用。
但对tdd方式,只要上下行的帧长较短完全可以实现。
4 智能天线的未来展望4.1目前还没有一个完整的通信理论能够较全面地将智能天线的所有课题
有机地联系起来,故需要建立一套较完整的智能天线理论;另一方面,高效、快速的智能算法也将是智能天线走向实用的关键。
4.2采用高速dsp技术,将原先的射频信号转移到基带进行处理。
基带处理过程是数字算法的硬件实现过程。
4.3由于圆形布阵和二维任意布阵比等间隔线阵优越,同时阵列天线的数字合成算法能够用于任意形式阵列天线而形成任意图案的方向图,因而可考虑在cdma基站中采用二维任意布阵的智能天线。
4.4在移动台中(如手机)采用智能天线技术。
4.5采用智能天线技术来改善移动通信信道中上下链路不能使用同一套权值的问题,以改善上下链路的性能。
4.6目前,智能天线技术的研究已不是单一地研究智能天线本身,应与cdma的一些关键技术(如多用户检测技术、多用户接收技术、功率控制等)结合在一起研究。
5 结束语智能天线是一门综合性很强的学科。
它涉及到天线技术、无线电传播技术、信号检测与处理等多学科。
智能天线已从单一的军事应用步入民用通信领域。
由于cdma移动通信系统技术相对于fdma、tdma系统具有较大的容量,且由于智能天
线可以降低多径干扰、多址干扰等因素,这使得智能天线技术成为当前移动通信的研究热点。