興月娜 金鑫

摘要：近年來(lái)，移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展迅速。20世紀(jì)80年代以來(lái)，移動(dòng)通信的發(fā)展經(jīng)歷了第一代模擬蜂窩移動(dòng)通信、第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信和第三代多媒體移動(dòng)通信三個(gè)階段。隨著移動(dòng)用戶的顯著增長(zhǎng)，通信系統(tǒng)目前面臨著許多需要解決的問(wèn)題，如多徑衰落、跨區(qū)域切換、信號(hào)的遠(yuǎn)近效應(yīng)、信道干擾、移動(dòng)站功率限制等。智能天線具有抑制干擾、信號(hào)自動(dòng)跟蹤、數(shù)字波束整形等功能。它可以用于移動(dòng)通信，既可以提高信號(hào)質(zhì)量，又可以提高通信系統(tǒng)的容量。

關(guān)鍵詞：智能天線；移動(dòng)通信；應(yīng)用

智能天線采用空分復(fù)用（SDMA），利用信號(hào)傳播方向上的差異，區(qū)分具有頻率和同時(shí)隙的信號(hào)。它可以增加通信能力，并與其他重用技術(shù)結(jié)合，以最大限度地利用有限的頻譜資源。此外，在移動(dòng)通信中，復(fù)雜地形和建筑結(jié)構(gòu)對(duì)無(wú)線電波傳輸?shù)挠绊?，以及大量用戶之間的交互作用，會(huì)導(dǎo)致延遲擴(kuò)散、多徑衰落和對(duì)同一信道的干擾，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。使用智能天線可以有效地解決這一問(wèn)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(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)和軍事系統(tǒng)。隨著數(shù)字智能處理技術(shù)的發(fā)展，智能天線在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越多。天線比傳統(tǒng)天線更具成本效益。

1-2智能天線的優(yōu)點(diǎn)

首先，智能天線可以從多方面提高通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。智能天線可以通過(guò)兩種方式減少延遲擴(kuò)展和多徑衰落。（1）發(fā)射時(shí)，能量主要集中在目標(biāo)的方向上，在傳播過(guò)程中可以減少多路徑反射的次數(shù)，從而減少延遲的擴(kuò)展。（2）接收時(shí)，可以通過(guò)分集合并來(lái)降低多徑衰落，也可以通過(guò)對(duì)各多徑信號(hào)進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償使它們相位相同來(lái)降低多徑衰落，還可以通過(guò)濾掉除主要信號(hào)以外的多徑信號(hào)來(lái)降低多徑衰落。其二，CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，其容量的限制主要來(lái)自本系統(tǒng)的干擾。也就是說(shuō)，降低干擾對(duì)CDMA系統(tǒng)極為重要，所以利用智能天線來(lái)降低干擾就可以大大增加CDMA系統(tǒng)的容量。其三，在給定的頻譜條件下，智能天線也可以通過(guò)形成過(guò)多的波束增加新的信道來(lái)增加用戶數(shù)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(hào)的空間特征矩陣，由此獲得信號(hào)的功率估值和到達(dá)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(duì)DOA進(jìn)行估計(jì)，同時(shí)完成空間濾波，然后形成一個(gè)數(shù)字波束，將返回信號(hào)向特定方向傳輸，降低傳輸功率，減少與其他移動(dòng)站的干擾。整個(gè)系統(tǒng)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(hào)進(jìn)行放大。中頻處理是將高頻信號(hào)放大、混合、轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，然后采樣處理成數(shù)字信號(hào)，再發(fā)送給數(shù)字信號(hào)處理器。波束形成部分校正A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，并控制波束，使其在最精確的傳輸范圍內(nèi)。

2智能天線在移動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1提高基站接收機(jī)的靈敏度

如果采用最大功率合成算法，相對(duì)于單個(gè)天線單元，接收到的總信號(hào)將增加10 logN（dB），其中N為天線單元的個(gè)數(shù)。當(dāng)有多個(gè)路徑時(shí)，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(duì)于單個(gè)天線單元，其增加通常約為1010gN（dB）。

2.2在CDMA系統(tǒng)中的應(yīng)用

在CDMA系統(tǒng)中，智能天線可進(jìn)行話務(wù)均衡，將高話務(wù)扇區(qū)的部分話務(wù)量轉(zhuǎn)移到容量資源未充分利用的扇區(qū)；通過(guò)智能天線靈活的輻射模式和定向性，可進(jìn)行軟及軟切換控制；智能天線的空間域?yàn)V波可改善遠(yuǎn)近效應(yīng)，簡(jiǎn)化功率控制，降低系統(tǒng)成本，也可減少多址干擾，提高系統(tǒng)性能。

2.3在無(wú)線本地環(huán)路系統(tǒng)中的應(yīng)用

智能天線在無(wú)線局部環(huán)路系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用。在TDD模式的無(wú)線局部環(huán)路系統(tǒng)中，基站對(duì)接收到的上行信號(hào)進(jìn)行處理，得到信號(hào)的空間特征向量，并進(jìn)行下行波束形成，以達(dá)到最佳的接收效果。由于系統(tǒng)采用TDD方法，上行波束形成數(shù)據(jù)可以直接用于下行發(fā)射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)下行波束形成。天線波束的自適應(yīng)形狀提高了接收機(jī)靈敏度和基站傳輸功率，擴(kuò)大了通信距離，在一定程度上減小了多徑傳播的影響。中國(guó)郵政和電信科學(xué)研究所的ArrayComm和Xinwei公司開(kāi)發(fā)了一套用于無(wú)線本地回路的智能天線系統(tǒng)。ArrayComm產(chǎn)品在不同的環(huán)境中配置了12和4元的可變數(shù)組。ArrayComm的WLL系統(tǒng)可以提供15公里的覆蓋范圍和數(shù)千用戶的容量。

2.4第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)

第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)又稱為2G網(wǎng)或GSM網(wǎng)絡(luò)，是我國(guó)較早期的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)模式，2G中的智能天線具有部分應(yīng)用，主要功能為匹配原網(wǎng)絡(luò)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(dāng)前智能天線大部分功能，主要使用四天線陣來(lái)提高頻譜轉(zhuǎn)化效率。在CDMA系統(tǒng)的智能天線則可以完成選擇性的空間傳輸，降低基站的發(fā)射功率，降低電磁誤擾和信號(hào)干擾。自適應(yīng)智能體現(xiàn)就是這一時(shí)期的主要形式，應(yīng)用廣泛且效果明顯。

2.5基于時(shí)分雙工的智能天線優(yōu)化

同頻干擾就是在同一頻率下完成信息的發(fā)送與接收，時(shí)分雙工智能技術(shù)是其技術(shù)核心。對(duì)我國(guó)移動(dòng)3G和4G業(yè)務(wù)而言，智能天線的應(yīng)用和優(yōu)化都是必要的。在向4G轉(zhuǎn)化過(guò)程中，3G依然會(huì)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用。智能天線的作用明顯，智能天線改善了無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的不足，分析智能天線移動(dòng)通信技術(shù)是必要的。一些WCDMA與CDMA2000的基站產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始支持智能天線了。

結(jié)束語(yǔ)

智能天線技術(shù)是近年來(lái)移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。它已經(jīng)在PHS中被商業(yè)化，并且在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到了更多的關(guān)注。WCDMA和CDMA2000都支持不同程度的智能天線技術(shù)。TS-SCDMA明確規(guī)定了智能天線的使用?？梢哉f(shuō)，智能天線是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)，在其他無(wú)線系統(tǒng)中也有很好的應(yīng)用前景。