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《移動通信系統(tǒng)中的智能天線技術(shù)-硬件和射頻工程師.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、移動通信系統(tǒng)中的智能天線技術(shù) 隨著全球通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，作為未來個人通信主要手段的無線移動通信技術(shù)引起人們極大關(guān)注。如何消除同信道干擾(CCI)、多址干擾(MAI)與多徑衰落的影響成為人們在提高無線移動通信系統(tǒng)性能時考慮的主要因素。智能天線利用數(shù)字信號處理技術(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。與其它日漸深入和成熟的干擾削除技術(shù)相比，智能天線技術(shù)在移動通信中的應(yīng)用研究更顯得方興未艾并顯示出巨大潛力
2、。1 智能天線技術(shù)的起源和發(fā)展 智能天線通常包括多波束智能天線和自適應(yīng)陣智能天線。智能天線最初廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納及軍事通信領(lǐng)域，由于價格等因素一直未能普及到其它通信領(lǐng)域。近年來，現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展迅速，數(shù)字信號處理芯片處理能力不斷提高，芯片價格已經(jīng)可以為現(xiàn)代通信系統(tǒng)所接受。同時，利用數(shù)字技術(shù)在基帶形成天線波束成為可能，以此代替模擬電路形成天線波束方法，提高了天線系統(tǒng)的可靠性與靈活程度，智能天線技術(shù)因此開始在移動通信中得到應(yīng)用。另一方面移動通信用戶數(shù)目增加迅速，人們對移動通話質(zhì)量的要求也不斷提高，
3、這要求蜂窩小區(qū)在大容量下仍有高的話音質(zhì)量。使用智能天線可以在不顯著增加系統(tǒng)復(fù)雜度情況下滿足擴充容量的需要。不同于常規(guī)的扇區(qū)天線和天線分集方法，通過在基站使用全向收發(fā)智能天線，可以為每個用戶提供一個窄的定向波束，使信號在有限的方向區(qū)域發(fā)送和接收，充分利用了信號發(fā)射功率，降低了信號全向發(fā)射帶來的電磁污染與相互干擾。不同于傳統(tǒng)的時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)或碼分多址(CDMA)方式，智能天線引入了第四維多址方式：空分多址(SDMA)方式。在相同時隙、相同頻率或相同地址碼情況下，用戶仍可以根據(jù)信號不
4、同的空間傳播路徑而區(qū)分。智能天線相當(dāng)于空時濾波器，在多個指向不同用戶的并行天線波束控制下，可以顯著降低用戶信號彼此間干擾。具體而言，智能天線將在以下方面提高未來移動通信系統(tǒng)性能：(1)擴大系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域；(2)提高系統(tǒng)容量；(3)提高頻譜利用效率；(4)降低基站發(fā)射功率，節(jié)省系統(tǒng)成本，減少信號間干擾與電磁環(huán)境污染?！ ≈悄芴炀€可以通過模擬電路方式實現(xiàn)：首先根據(jù)天線方向圖確定饋源的激勵系數(shù)，然后確定饋源的饋電網(wǎng)絡(luò)即波束形成網(wǎng)絡(luò)。由于饋電布線呈矩陣狀，實現(xiàn)很復(fù)雜，隨著陣元數(shù)目增加，更增加電路復(fù)雜度。為此，未來
5、移動通信智能天線采用數(shù)字方法實現(xiàn)波束成形，即所謂數(shù)字波束形成DBF(DigitalBeam-forming)天線。使用軟件設(shè)計完成自適應(yīng)算法更新，可以在不改變系統(tǒng)硬件配置前提下，增加系統(tǒng)靈活性。2 智能天線技術(shù)的實現(xiàn)方案 智能天線分為兩大類：多波束智能天線與自適應(yīng)陣智能天線，簡稱多波束天線和自適應(yīng)陣天線?！ 《嗖ㄊ炀€利用多個并行波束覆蓋整個用戶區(qū)，每個波束的指向是固定的，波束寬度也隨陣元數(shù)目的確定而確定。隨著用戶在小區(qū)中的移動，基站選擇不同的相應(yīng)波束，使接受信號最強。因為用戶信號并不一定在固定波束的中
6、心處，當(dāng)用戶位于波束邊緣，干擾信號位于波束中央時，接收效果最差，所以多波束天線不能實現(xiàn)信號最佳接收，一般只用作接收天線。但是與自適應(yīng)陣天線相比，多波束天線具有結(jié)構(gòu)簡單、無需判定用戶信號到達(dá)方向的優(yōu)點。 自適應(yīng)陣天線一般采用4～16天線陣元結(jié)構(gòu)，陣元間距1／2波長，若陣元間距過大，則接收信號彼此相關(guān)程度降低，太小則會在方向圖形成不必要的柵瓣，故一般取半波長。陣元分布方式有直線型、圓環(huán)型和平面型。自適應(yīng)天線是智能天線的主要類型，可以實現(xiàn)全向天線，完成用戶信號接收和發(fā)送。自適應(yīng)陣天線系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理技術(shù)識
7、別用戶信號到達(dá)方向，并在此方向形成天線主波束。自適應(yīng)陣天線根據(jù)用戶信號的不同空間傳播方向提供不同的空間信道，等同于信號有線傳輸?shù)木€纜，有效克服了干擾對系統(tǒng)的影響?！ ≈悄芴炀€采用數(shù)字方法對陣元接收信號加權(quán)處理形成天線波束，使主波束對準(zhǔn)用戶信號方向，而在干擾信號方向形成天線方向圖零陷或較低的功率方向圖增益，達(dá)到抑制干擾的目的。根據(jù)天線波束形成的不同過程，實現(xiàn)智能天線的方式又分為兩類：組件空間處理方式與波束空間處理方式，以下分別討論。2.1 組件空間處理方式 組件空間處理方式直接對陣元接收信號支路加權(quán)，調(diào)整
8、信號振幅與相位，使天線輸出方向圖主瓣方向?qū)?zhǔn)用戶信號到達(dá)方向。因為是陣元組件信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)后不經(jīng)其它處理直接加權(quán)，故又稱組件空間處理方式。其接收示意圖如圖1所示。圖1 組件空間處理方式波束形成2.2 波束空間處理方式 與組件空間處理方式的不同之處在于，信號從陣元組件接收并模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)后，需經(jīng)相應(yīng)處理(如快速付立葉變換)，得到彼此正交的一組空間波束，再經(jīng)過波束選擇，從中根據(jù)需要選取部分或全部波束合成陣列輸出方向
