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1、智能天線與現(xiàn)代移動(dòng)通信馮顯杰向衛(wèi)東胡健棟 張明德孫小菡 論文關(guān)鍵詞：智能天線碼分多址自適應(yīng)陣列移動(dòng)通信系統(tǒng)容量 論文摘要：近年發(fā)展起來的CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)相對(duì)于FDMA、TDMA系統(tǒng)具有較大的容量,但由于多徑干擾、多址干擾的存在,其容量?jī)?yōu)勢(shì)并沒有得到充分的發(fā)揮,如果在基站上采用智能天線可以降低這些干擾的影響,提高系統(tǒng)的性能。本文通過對(duì)智能天線的認(rèn)識(shí)、優(yōu)勢(shì)的闡述,從而引發(fā)智能天線在現(xiàn)代移動(dòng)通信中的重要性?！ ?引言 我們知道,天線有很多種,但大體上可分為三大類:“線天線”、“面天線”及“陣列天線”。陣列天線最初用于雷達(dá)、聲納以及軍事通信中,完成空間濾波和參數(shù)估
2、計(jì)兩大任務(wù)。當(dāng)陣列天線應(yīng)用到移動(dòng)通信領(lǐng)域時(shí),通信工程師喜歡用“智能天線”來稱謂之。智能天線根據(jù)方向圖形成(或稱為波束形成)的方式又可分為兩類:第一類,采用固定形狀方向圖的智能天線,且不需要參考信號(hào);第二類,采用自適應(yīng)算法形成方向圖的智能天線,需要參考信號(hào)?！ ”疚脑谝韵绿岬降闹悄芴炀€都是指第二類,即(自適應(yīng))智能天線,這也是目前智能天線研究的主流?！ ?智能天線的技術(shù)現(xiàn)狀 在分析研究智能天線技術(shù)理論的同時(shí),國(guó)內(nèi)外一些大學(xué)、公司和研究所分別建立了試驗(yàn)平臺(tái),用實(shí)驗(yàn)的方法來驗(yàn)證理論研究的成果,得出相應(yīng)的結(jié)論?！ ?1)在美國(guó) 在智能天線技術(shù)方面,美國(guó)較其它國(guó)家要成熟的多,
3、并已開始投入實(shí)用。美國(guó)Arraym公司將智能天線技術(shù)應(yīng)用于無線本地環(huán)路(I(TheTechnologyinSmartAntennasforUniver-salAdvancedMobileInfrastructure),由德國(guó)、英國(guó)、丹麥和西班牙合作完成。該項(xiàng)目是在DECT基站上構(gòu)造智能天線試驗(yàn)?zāi)Ｐ?于1995年初開始現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),天線陣列由8個(gè)陣元組成,射頻工作頻率為1.89GHz,陣元間距可調(diào),陣元分布有直線型、圓環(huán)型和平面型三種形式。試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀脭?shù)字波束成形的方法實(shí)現(xiàn)智能天線,采用ERA技術(shù)有限公司的專用ASIC芯片BDF1108完成波束形成,使用TMS320C40芯片作
4、為中央控制?！ ?3)在日本 ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長(zhǎng)的16陣元平面方陣,射頻工作頻率是1.545GHz。陣元組件接收信號(hào)在模數(shù)變換后,進(jìn)行快速付氏變換(FFT)處理,形成正交波束后,分別采用恒模(CMA)算法或最大比值合并分集算法,數(shù)字信號(hào)處理部分由10片F(xiàn)PGA完成,整塊電路板大小為23.3cm×34.0cm。ATR研究人員提出了智能天線的軟件天線的概念?！ ∥覈?guó)目前有部分單位也正進(jìn)行相關(guān)的研究。信威公司將智能天線應(yīng)用于TDD(時(shí)分雙工)方式的Hz,采用TDD雙工方式,收發(fā)間隔10ms,接收機(jī)靈敏度最
5、大可提高9dB?！ ?智能天線的優(yōu)勢(shì) 智能天線是第三代移動(dòng)通信不可缺少的空域信號(hào)處理技術(shù),歸納起來,智能天線具有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)?！ ?1)具有測(cè)向和自適應(yīng)調(diào)零功能,能把主波束對(duì)準(zhǔn)入射信號(hào)并適應(yīng)實(shí)時(shí)跟蹤信號(hào),同時(shí)還能把零響點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)?！ ?2)提高輸入信號(hào)的信干噪比。顯然,采用多天線陣列將截獲更多的空間信號(hào),也即是獲得陣列增益?！ ?3)能識(shí)別不同入射方向的直射波和反射波,具有較強(qiáng)的抗多徑衰落和同信道干擾的能力。能減小普通均衡技術(shù)很難處理的快衰落對(duì)系統(tǒng)性能的影響?！ ?4)增強(qiáng)系統(tǒng)抗頻率選擇性衰落的能力,因?yàn)樘炀€陣列本質(zhì)上具有空間分集的能力。 (5)可以利用智
6、能天線,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電磁環(huán)境和用戶情況來提高網(wǎng)絡(luò)的管理能力?！ ?6)智能天線自適應(yīng)調(diào)節(jié)天線增益,從而較好地解決遠(yuǎn)近效應(yīng)問題。為移動(dòng)臺(tái)的進(jìn)一步簡(jiǎn)化提供了條件。越區(qū)切換是根據(jù)基站接收的移動(dòng)臺(tái)功率的電平來判斷的。由于陰影效應(yīng)和多徑衰落的影響常常導(dǎo)致錯(cuò)誤的越區(qū)轉(zhuǎn)接,從而增加了網(wǎng)絡(luò)管理的負(fù)荷和用戶的呼損率。在相鄰小區(qū)應(yīng)用的智能天線技術(shù),可以實(shí)時(shí)地測(cè)量和記錄移動(dòng)臺(tái)的位置和速度,為越區(qū)切換提供更可靠的依據(jù)。 4智能天線與若干空域處理技術(shù)的比較 為了進(jìn)一步理解智能天線的概念,我們把智能天線和相關(guān)的傳統(tǒng)空域處理技術(shù)加以比較?！ ?1)智能天線與自適應(yīng)天線的比較 智能天線與自適應(yīng)天線并
7、沒有本質(zhì)上的區(qū)別,只是由于應(yīng)用場(chǎng)合不同而具有顯著的差異。自適應(yīng)天線主要應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)的干擾抵消,一般地,雷達(dá)接收到的干擾信號(hào)具有很強(qiáng)的功率電平,并且干擾源數(shù)目比天線陣列單元數(shù)少或相當(dāng)。而在無線通信系統(tǒng)中,由于多徑傳播效應(yīng)到達(dá)天線陣列的干擾數(shù)目遠(yuǎn)大于天線陣列單元數(shù),入射角呈現(xiàn)隨機(jī)分布,功率電平也有很大的動(dòng)態(tài)變化范圍,此時(shí)的天線叫智能天線。對(duì)自適應(yīng)天線而言,只需對(duì)入射干擾信號(hào)進(jìn)行抵消以獲得信干噪比(SINR,SignaltoInterferenceplusNoiseRatio)的最大化。對(duì)智能天線而言,由于到達(dá)陣列的多徑信號(hào)的入射角和功率電平
