智能天線在移動通信中的應用

興月娜 金鑫

摘要：近年來，移動通信技術發展迅速。20世紀80年代以來，移動通信的發展經歷了第一代模擬蜂窩移動通信、第二代數字蜂窩移動通信和第三代多媒體移動通信三個階段。隨著移動用戶的顯著增長，通信系統目前面臨著許多需要解決的問題，如多徑衰落、跨區域切換、信號的遠近效應、信道干擾、移動站功率限制等。智能天線具有抑制干擾、信號自動跟蹤、數字波束整形等功能。它可以用于移動通信，既可以提高信號質量，又可以提高通信系統的容量。

關鍵詞：智能天線；移動通信；應用

智能天線采用空分復用（SDMA），利用信號傳播方向上的差異，區分具有頻率和同時隙的信號。它可以增加通信能力，并與其他重用技術結合，以最大限度地利用有限的頻譜資源。此外，在移動通信中，復雜地形和建筑結構對無線電波傳輸的影響，以及大量用戶之間的交互作用，會導致延遲擴散、多徑衰落和對同一信道的干擾，嚴重影響通信質量。使用智能天線可以有效地解決這一問題。

1智能天線概念及其組成

1.1智能天線的概念

智能天線主要是指具有定向和波束形成能力的天線陣列。首先，智能天線只能應用于雷達系統和軍事系統。隨著數字智能處理技術的發展，智能天線在移動通信系統中的應用越來越多。天線比傳統天線更具成本效益。

1-2智能天線的優點

首先，智能天線可以從多方面提高通信系統的通信質量。智能天線可以通過兩種方式減少延遲擴展和多徑衰落。（1）發射時，能量主要集中在目標的方向上，在傳播過程中可以減少多路徑反射的次數，從而減少延遲的擴展。（2）接收時，可以通過分集合并來降低多徑衰落，也可以通過對各多徑信號進行時延補償使它們相位相同來降低多徑衰落，還可以通過濾掉除主要信號以外的多徑信號來降低多徑衰落。其二，CDMA系統是一個自干擾系統，其容量的限制主要來自本系統的干擾。也就是說，降低干擾對CDMA系統極為重要，所以利用智能天線來降低干擾就可以大大增加CDMA系統的容量。其三，在給定的頻譜條件下，智能天線也可以通過形成過多的波束增加新的信道來增加用戶數量，提高頻譜效率。其四，采用智能天線的基站可以獲得接收信號的空間特征矩陣，由此獲得信號的功率估值和到達方向（DOA）。

1.3智能天線的組成

智能天線包括智能傳輸和智能接收。首先對DOA進行估計，同時完成空間濾波，然后形成一個數字波束，將返回信號向特定方向傳輸，降低傳輸功率，減少與其他移動站的干擾。整個系統由高頻處理、中頻處理和波束成形組成。高頻處理主要是接收或傳輸信號進行放大。中頻處理是將高頻信號放大、混合、轉化為模擬信號，然后采樣處理成數字信號，再發送給數字信號處理器。波束形成部分校正A/D轉換后的數字信號，并控制波束，使其在最精確的傳輸范圍內。

2智能天線在移動系統中的應用

2.1提高基站接收機的靈敏度

如果采用最大功率合成算法，相對于單個天線單元，接收到的總信號將增加10 logN（dB），其中N為天線單元的個數。當有多個路徑時，該接收靈敏度的改善將由多路徑傳播條件和上行波束形成算法決定，而相對于單個天線單元，其增加通常約為1010gN（dB）。

2.2在CDMA系統中的應用

在CDMA系統中，智能天線可進行話務均衡，將高話務扇區的部分話務量轉移到容量資源未充分利用的扇區；通過智能天線靈活的輻射模式和定向性，可進行軟及軟切換控制；智能天線的空間域濾波可改善遠近效應，簡化功率控制，降低系統成本，也可減少多址干擾，提高系統性能。

2.3在無線本地環路系統中的應用

智能天線在無線局部環路系統中也得到了廣泛的應用。在TDD模式的無線局部環路系統中，基站對接收到的上行信號進行處理，得到信號的空間特征向量，并進行下行波束形成，以達到最佳的接收效果。由于系統采用TDD方法，上行波束形成數據可以直接用于下行發射信號，實現下行波束形成。天線波束的自適應形狀提高了接收機靈敏度和基站傳輸功率，擴大了通信距離，在一定程度上減小了多徑傳播的影響。中國郵政和電信科學研究所的ArrayComm和Xinwei公司開發了一套用于無線本地回路的智能天線系統。ArrayComm產品在不同的環境中配置了12和4元的可變數組。ArrayComm的WLL系統可以提供15公里的覆蓋范圍和數千用戶的容量。

2.4第二代移動通信系統

第二代移動通信系統又稱為2G網或GSM網絡，是我國較早期的移動通信網絡模式，2G中的智能天線具有部分應用，主要功能為匹配原網絡的覆蓋情況，并控制上下行鏈路的干擾。2G中的智能天線具有當前智能天線大部分功能，主要使用四天線陣來提高頻譜轉化效率。在CDMA系統的智能天線則可以完成選擇性的空間傳輸，降低基站的發射功率，降低電磁誤擾和信號干擾。自適應智能體現就是這一時期的主要形式，應用廣泛且效果明顯。

2.5基于時分雙工的智能天線優化

同頻干擾就是在同一頻率下完成信息的發送與接收，時分雙工智能技術是其技術核心。對我國移動3G和4G業務而言，智能天線的應用和優化都是必要的。在向4G轉化過程中，3G依然會在長時間內發揮作用。智能天線的作用明顯，智能天線改善了無線通信網絡中的不足，分析智能天線移動通信技術是必要的。一些WCDMA與CDMA2000的基站產品已經開始支持智能天線了。

結束語

智能天線技術是近年來移動通信領域的研究熱點。它已經在PHS中被商業化，并且在第三代移動通信系統中得到了更多的關注。WCDMA和CDMA2000都支持不同程度的智能天線技術。TS-SCDMA明確規定了智能天線的使用?？梢哉f，智能天線是未來移動通信的關鍵技術，在其他無線系統中也有很好的應用前景。