智能天線在移動通信中的應用分析

殷燕南

摘 要：智能天線技術作為移動通信系統的關鍵技術，能夠對系統進行性能優化，因此，在移動通信領域，智能天線一直是研究的熱點。首先闡述了智能天線的工作原理和優勢，接著從第二代、第三代和第四代移動通信技術入手，分析了智能天線在移動通信中的應用。

關鍵詞：智能天線；移動通信；干擾信號；頻譜利用率

中圖分類號：TN929.53；TN821+.91 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.023

在信息化進程不斷推進的今天，移動通信的發展十分迅速，用戶數量急劇增長。但是，隨著用戶數量的增長，目前通信系統出現了諸多急需解決的問題，比如頻譜資源匱乏，而要有效解決這些問題，就要科學、合理地應用智能天線。

1 智能天線的工作原理和優勢

1.1 智能天線的工作原理

智能天線實際為智能天線系統，由多條天線按照一定的規則組成多個天線陣列。智能天線由天線陣列、波束形成單元和自適應控制單元三部分構成。最常見的天線陣列主要為直線形和圓形，具有發射相應輻射信號的功能；在智能天線系統中，波束形成單元主要用于接收獨立單元的天線空間回應信號，并對這些信號進行加權處理；整個智能天線系統的核心結構是自適應控制單元，其主要功能是通過一定的算法和規則調整天線系統，以適應外部電磁環境的變化，并應用數字信號處理技術對各個陣列信號的加權幅度和相位進行處理，保證能夠持續產生空間定向波束。

1.2 智能天線的優勢

智能天線的優勢具體如下：①可以有效控制干擾信號。在通信系統運行的過程中，經常會出現信號干擾問題。如果不能有效解決這一問題，將會對移動通信信號造成較大的影響，進而對整個移動通信系統造成不良影響。而應用智能天線則可以通過抑制干擾信號解決信號干擾問題，從而改善移動通信信號的傳輸質量，更好地滿足通信過程中對數據傳輸的需求，以達到準確傳輸移動數據的目的。②抗衰落性很強。在移動通信中，高頻信號衰落問題很難解決。該問題的出現不僅會影響通信質量，還會影響通信設備的通話效果。通過應用智能天線控制信號接收方向，并結合逐步分級技術，可以改善高頻信號的傳輸質量，從而有效解決信號的衰落問題。③可以有效實現移動定位。智能天線依靠2個以上的信號傳輸基站對移動通信設備進行有效定位，跟蹤并記錄移動設備的準確位置，保障信號傳輸的暢通性。智能天線的移動定位功能為移動設備的發展提供了有利條件。④可以擴大系統容量。智能天線系統的空分多址技術能夠依據空間方向的不同對信道進行分割，使不同的信道可以在同一時間使用同一種頻率而不產生干擾信號，從而擴大了系統的容量。⑤可以有效降低系統的建設成本。智能天線的應用使區域覆蓋范圍進一步擴大，同時，基站的數量減少，從而降低了建設成本，提升了企業的經濟效益。

2 在移動通信中的應用

智能天線的應用有效提升了移動通信效率、改善了通信質量，進一步推動了移動通信的發展。

2.1 在第二代移動通信系統中的應用

對于第二代移動通信系統，在目前的頻寬下，無論采用哪一種方式，都只能以最多12 dB的載干比進行頻率規劃。如果要對不足的載干比進行增益，就需要通過動態頻率控制、調頻和不連續發射等方式補償。在GSM（全球移動通信系統）的快速發展時期，GPRS（通用分組無線服務技術）的應用對提高系統載干比和改善信號質量具有重要作用。正因為如此，智能天線被很多電信設備生產商和電信運營商運用于GPRS中。在GPRS中應用智能天線，不僅能夠覆蓋本來的網絡，還能夠通過切換智能天線的上下行波束，達到抑制信號干擾的目的。此外，對智能天線中的天線陣列進行改進，可以極大地提高頻譜的利用率——達到傳統網絡的4倍以上。可見，智能天線的應用能夠有效控制對網絡內部射頻的污染，大大改善網絡的傳輸質量，擴大網絡無線的容量。

2.2 在第三代移動通信系統中的應用

在移動通信快速發展的過程中，3G網絡業務要具備一定的優勢，就必須要有較高的頻譜利用率。要提高頻譜利用率，就必須采用新的頻譜技術，而應用智能天線能夠提高第三代移動通信系統的服務質量，并擴大其容量。

在智能天線系統中采用SDMA，可以有效緩解3G網絡中容量與高頻干擾之間的矛盾，從而為無線頻譜利用率的提高奠定基礎。當單一天線陣列單元增益滿足15 dBi時，智能天線只運用8個天線陣列單元就可以實現對頻率的密集復用，在降低信號發射機發射功率的同時提高信號的載干比，從而為提高3G網絡的傳輸質量奠定良好的基礎。

2.3 在第四代移動通信系統中的應用

在移動通信環境中有多個散射體和發射體，無線通信鏈路的傳播途徑也有很多，這樣的傳播對通信的有效性和可靠性造成了極大的影響。對于該問題，可以運用接收端信號分離法并借助接收信號的空間特性來解決。

運用多輸入-多輸出技術時，通信鏈的兩端使用了多條天線，當發射端將信源輸出的串行碼流分成多路并行子碼流，并通過不同的發射天線陣元同頻、同時發出時，接收方則通過多條接收天線上信號之間的不相關性實現信號的分離，同時重復利用原始子碼流的頻帶資源，在實現信息高速、準確傳輸的同時，提高頻譜資源的使用率和鏈路的可靠性。應用多輸入-多輸出技術可從整體上對多徑無線信道的發射和接收進行優化，從而擴大通信容量、提升頻譜利用率。如果功率和帶寬相同，系統的容量則可以通過增加天線數量來擴大。因此，應用多輸入-多輸出技術能夠在保持帶寬與天線發射功率不變的情況下，成倍提升頻譜的利用率，擴大無線通信系統的容量。

此同時，智能天線技術在第五代移動通信技術的研究中將被當作關鍵性技術。因此，我們要對智能天線的工作原理和優勢有一個明確的認識，并就智能天線的應用進行積極探索，以推動智能天線與信息技術的融合，最大限度地發揮智能天線的優勢。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕