論移動通信系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)智能天線和mimo

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1、論移動通信系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)智能天線和MIMO　　摘要智能天線與MIMO技術(shù)都是廣泛應(yīng)用于下一代移動通信中的多天線技術(shù)，這兩種技術(shù)的原理差異非常大，二者各有優(yōu)勢，智能天線在多徑效應(yīng)較輕情況下性能較好，MIMO在多徑效應(yīng)較重情況下性能較好，如何使兩種技術(shù)同時(shí)在系統(tǒng)中被使用，在不同場景下都能獲得較佳性能是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。本文在介紹智能天線與MIMO技術(shù)的基礎(chǔ)上，最后提出了相應(yīng)的融合機(jī)制。關(guān)鍵詞智能天線MIMO融合機(jī)制1引言隨著全球移動通信的不斷發(fā)展，移動用戶的日益增多，現(xiàn)一代移動通信網(wǎng)絡(luò)資源已經(jīng)變的非常有限。如何的利用有限的帶寬資源，已經(jīng)成為現(xiàn)在已經(jīng)成為了移動通信領(lǐng)域中一個(gè)熱門話題。智能天線可

2、以滿足服務(wù)質(zhì)量和擴(kuò)充容量的需要。移動通信中另一個(gè)難于解決的問題的如何克服多徑干擾。在傳統(tǒng)的SISO系統(tǒng)中多徑干擾始終存在并到現(xiàn)在為止沒有找出很好的克服方法。于是MIMO的研究成為現(xiàn)在通信領(lǐng)域的熱點(diǎn)。如果智能天線與MIMO技術(shù)結(jié)合使用，更加會開發(fā)空域在移動通信中的巨大潛力。必定能很好的解決系統(tǒng)容量擴(kuò)充問題與抗多徑干擾問題，改善通信質(zhì)量增大系統(tǒng)容量。8智能天線技術(shù)可以提高接收信號的信干比和小區(qū)的用戶容量，自提出以來就深受業(yè)內(nèi)關(guān)注，已經(jīng)被TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)采用，國際電聯(lián)也明確將它作為第三代及以后移動通信技術(shù)發(fā)展的主要方向。MIMO技術(shù)可以提高系統(tǒng)的信道容量提高信息傳輸速率，因此該技術(shù)已成為4G

3、的關(guān)鍵技術(shù)之一。MIMO和智能天線都是4G的關(guān)鍵技術(shù)，如果我們可以將二者有機(jī)地結(jié)合起來，就可以大大提高4G系統(tǒng)的性能，使得通信終端在更高的移動速度下實(shí)現(xiàn)可靠傳輸，因此如何把MIMO和智能天線技術(shù)結(jié)合起來加以應(yīng)用非常值得探討。2智能天線和MIMO技術(shù)分析MIMO和智能天線都屬于多天線系統(tǒng)中的技術(shù)，這兩種技術(shù)既有共性又有顯著區(qū)別，憑借在提高頻譜利用率方面的卓越表現(xiàn)，MIMO和智能天線共同成為了下一代移動通信系統(tǒng)發(fā)展中炙手可熱的新技術(shù)。2.1智能天線技術(shù)8智能天線技術(shù)可用于多天線系統(tǒng)中，但它與以往天線分集有著很大的區(qū)別。智能天線利用數(shù)字信號處理技術(shù)，采用了先進(jìn)的波束轉(zhuǎn)換技術(shù)和自適應(yīng)空間數(shù)字處理技

4、術(shù)，產(chǎn)生空間定向波束，使天線主波束對準(zhǔn)用戶信號到達(dá)方向，旁瓣或零陷對準(zhǔn)干擾信號到達(dá)方向，達(dá)到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。智能天線是僅在無線鏈路的一端采用陣列天線捕獲與合并信號的處理技術(shù)，即用于MISO系統(tǒng)和SIMO系統(tǒng)。一個(gè)典型陣列天線接收系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)由三部分組成：實(shí)現(xiàn)信號空間過采樣的天線陣列，對各陣元輸出進(jìn)行加權(quán)合并的波束成型網(wǎng)絡(luò)，更新合并權(quán)值的控制部分。這其實(shí)是智能天線用作接收天線時(shí)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)用它進(jìn)行發(fā)射時(shí)結(jié)構(gòu)稍有變化，加權(quán)器或加權(quán)網(wǎng)絡(luò)置于天線之前，也沒有相加合并器。由于智能天線能顯著提高系統(tǒng)的性能和容量，抑制干擾信號并增加了天線系統(tǒng)的靈活性，未來幾乎所

5、有先進(jìn)的移動通信系統(tǒng)都將采用該技術(shù)。2.2MIMO技術(shù)多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)通過空間復(fù)用，使頻譜效率得以成倍提高。空時(shí)編碼技術(shù)正是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的編碼和信號處理技術(shù)，它將信道編碼技術(shù)與陣列處理技術(shù)相結(jié)合，大幅度地提高無線通信中的系統(tǒng)容量和傳輸速率。MIMO系統(tǒng)是指發(fā)射端與接收端都有多個(gè)天線的通信系統(tǒng)，如圖2所示MIMO技術(shù)可以視為智能天線技術(shù)的一種擴(kuò)展。但是傳統(tǒng)的智能天線的智能體現(xiàn)在天線加權(quán)選擇算法上，而MIMO系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是信號的編解碼處理。MIMO系統(tǒng)與智能天線的不同在于它能夠同時(shí)獲得發(fā)送和接收分集增益。8MIMO無線通信技術(shù)的概念是在任何一個(gè)無線通信系統(tǒng)，只要其發(fā)射端

6、和接收端均采用了多個(gè)天線或者天線陣列，就構(gòu)成了一個(gè)無線MIMO系統(tǒng)。MIMO無線通信技術(shù)采用空時(shí)處理技術(shù)進(jìn)行信號處理，在多徑環(huán)境下，無線MIMO系統(tǒng)可以極大地提高頻譜利用率，增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。MIMO技術(shù)充分開發(fā)空間資源，利用多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不需要增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量。2.3MIMO和智能天線技術(shù)的比較MIMO和智能天線技術(shù)都用于多天線系統(tǒng)，但是兩者又有本質(zhì)的區(qū)別。從原理上看，智能天線利用到達(dá)天線陣的信號之間完全相關(guān)性形成天線方向圖，它關(guān)鍵能實(shí)現(xiàn)信號的定向發(fā)送和接收；而在MIMO中天線收發(fā)信號是全方位的，并且到達(dá)天線陣的信號必須相互獨(dú)立，

7、用多個(gè)天線接收信號來克服信號到達(dá)接收機(jī)的空間深衰落，增加分集增益。從天線結(jié)構(gòu)上看，兩種技術(shù)都可以使用多天線，智能天線通過反饋控制方式連續(xù)調(diào)整天線的方向圖，天線陣元間距一般取1/2波長，因?yàn)殛囋g距過大會減小接收信號彼此的相關(guān)程度，太小則會在方向圖上形成不必要的旁瓣；而在MIMO接收系統(tǒng)中，天線單元之間的間隔必須為多個(gè)波長一般為10～15波長，以確保到達(dá)天線陣各個(gè)單元的信號是互不相關(guān)的。從多天線系統(tǒng)來看，傳統(tǒng)的智能天線是指