5.智能天线的赋形
5.1波束形成技术
使阵列天线方向图的主瓣指向所需的方向，提高阵列输出所需信号的强度；
5.2零点技术
使阵列天线方向图的零点对准干扰方向，减少干扰信号的强度；
5.3空间谱估计技术
处理带宽内信号的到达方向DOA（Direction of Arrival）问题；
6.智能天线的常用准则
6.1最大信干噪比准则
最佳加权使得阵列输出信号的信号干扰噪声比最大；
6.2最小均方误差准则
最佳加权使得阵列输出和有用信号的均方误差最小；
6.3最小方差准则
最佳加权使得阵列输出噪声的方差最小；
6.4最大似然准则
经过空时加权后的估计信号与期望信号有最大可能的相似；
7.智能天线在移动通信中的用途
7.1抗衰落
在陆地移动通信中,电波传播路径由反射、折射及散射的多径波组成,随着移动台移动及环境变化,信号瞬时值及延迟失真的变化非常迅速,且不规则,造成信号衰落。采用全向天线接收所有方向的信号,或采用定向天线接收
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某个固定方向的信号,都会因衰落使信号失真较大。如果采用智能天线控制接收方向,天线自适应地构成波束的方向性,使得延迟波方向的增益最小,减小信号衰落的影响。智能天线还可用于分集,减少衰落。电波通过不同路径到达接收天线,其方向角各不相同,利用多副指向不同的自适应接收天线,将这些分量隔离开,然后再合成处理,即可实现角度分集。
7.2抗干扰
用高增益、窄波束智能天线阵代替现有FD-MA和TDMA基站的天线。与传统天线相比,用12个30°波束天线阵列组成360°全覆盖天线的同频干扰要小得多。将智能天线用于CDMA基站,可减少移动台对基站的干扰,改善系统性能。抗干扰应用的实质是空间域滤波。智能天线波束具有方向性,可区别不同入射角的无线电波,可调整控制天线阵单元的激励“权值”,其调整方式与具有时域滤波特性的自适应均衡器类似,可以自适应电波传播环境的变化,优化天线阵列方向图,将其“零点”自动对准干扰方向,大大提高阵列的输出信噪比,提高系统可靠性。
7.3增加系统容量
为了满足移动通信业务的巨大需求,应尽量扩大现有基站容量和覆盖范围。要尽量减少新建网络所需的基站数量,必须通过各种方式提高频谱利用效率。方法之一是采用智能天线技术,用多波束板状天线代替普通天线。由于天线波束变窄,提高了天线增益及C /I指标,减少了移动通信系统的同频干扰,降低了频率复用系数,提高了频谱利用效率。使用智能天线后,毋需增加新的基站就可改善系统覆盖质量,扩大系统容量,增强现有移动通信网络基础设施的性能。
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未来的智能天线应能允许任一无线信道与任一波束配对,这样就可按需分配信道,保证呼叫阻塞严重的地区获得较多信道资源,等效于增加了此类地区的无线网容量。采用智能天线是解决稠密市区容量难题既经济又高效的方案,可在不影响通话质量情况下,将基站配置成全向连接,大幅度提高基站容量。
当前我国正考虑大规模引入CDMA移动通信系统,但部分省市模拟系统占用了CDMA频段,必须采用清频手段解决此问题。使用智能天线,可大大改善模拟系统小区复用方式,增加模拟系统容量,即使清频也不会导致模拟系统资源匮乏,为CDMA系统留出频段。
7.4实现移动台定位
目前蜂窝移动通信系统只能确定移动台所处的小区,如果增加定位业务,则可随时确定持机者所处位置,不但给用户和网络管理者提供很大方便,还可开发出更多的新业务。
在陆地移动通信中,如果基站采用智能天线阵,一旦收到信号,即对每个天线元所连接收机产生的响应作相应处理,获得该信号的空间特征矢量及矩阵,由此获得信号的功率估值和到达方向,即用户终端的方位。通过此方法,用两个基站就可将用户终端定位到一个较小区域。
8.智能天线的应用
8.1用于FDMA系统
据研究,与通常的三扇区基站相比,C /I值平均提高约8dB,大大改善了基站覆盖效果;频率复用系数由7改善为4,增加了系统容量。在网络优化时,采用智能天线技术可降低无线掉话率和切换失败率。
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8.2用于TDMA系统
无线能量在时间和空间上都受到限制,智能波束切换规则可提高C /I指标。据研究,用4个30°天线代替传统的120°天线,C /I可提高6dB,提高了服务质量。在满足GSM系统C /I比最小的前提下,提高频率复用系数,增加了系统容量。
8.3用于CDMA系统
在CDMA系统中,智能天线可进行话务均衡,将高话务扇区的部分话务量转移到容量资源未充分利用的扇区;通过智能天线灵活的辐射模式和定向性,可进行软/更软切换控制;智能天线的空间域滤波可改善远近效应,简化功率控制,降低系统成本,也可减少多址干扰,提高系统性能。
8.4用于无线本地环路系统
在无线本地环路系统中,基站对收到的上行信号进行处理,获得该信号的空间特征矢量,进行上行波束赋形,达到最佳接收效果。由于本系统采用TDD方式,可将上行波束赋形数据直接用于下行发射信号,实现对下行波束的赋形。天线波束赋形等效于提高天线增益,改善了接收灵敏度和基站发射功率,扩大了通信距离,并在一定程度上减少了多径传播的影响。
8.5用于DECT、PHS等系统
DECT、PHS都是基于TDD方式的慢速移动通信系统。欧洲在DECT基站中进行智能天线实验时,采用和评估了多种自适应算法,并验证了智能天线的功能。日本在PHS系统中的测试表明,采用智能天线可减少基站数量。近期受移动“本地通”业务的启发,我国一些地方提出利用PHS等技术建设“移动市话”,期望与蜂窝移动网争夺本地移动用户群。由于PHS等系统的通信
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距离有限,需要建立很多基站,若采用智能天线技术,则可降低成本。
8.6用于第三代移动通信
采用智能天线技术可提高第三代移动通信系统的容量及服务质量,W-CDMA系统就采用自适应天线阵列技术,增加系统容量。在第三代移动通信系统中,我国SCDMA系统是应用智能天线技术的典型范例。SCDMA系统采用TDD方式,使上下射频信道完全对称,可同时解决诸如天线上下行波束赋形、抗多径干扰和抗多址干扰等问题。该系统具有精确定位功能,可实现接力切换,减少信道资源浪费。
9.智能天线技术的研究动向
我国早已将研究智能天线技术列入了国家863-317通信技术主题研究中的个人通信技术分项,许多专家及大学正在进行相关的研究。中国的第三代移动通信系统基于同步码分多址技术,广泛采用了智能天线和软件无线电技术。作为系统根基的SCDMA-WLL的现场运行结果,足以证明基于TD-SCDMA技术的第三代移动通信系统是可行和成熟的。
欧洲在进行了基于DECT基站的智能天线技术研究后,继续进行诸如最优波束形成算法、系统性能评估等研究。日本某研究所提出了基于智能天线的软件天线概念,即用户所处环境不同,影响系统性能的主要因素亦不同,可通过软件采用相应的算法。
美国的Metawave公司对用于FDMA、CD-MA、TDMA系统的智能天线进行了大量研究开发;ArrayComm公司也研制了用于无线本地环路的智能天线系统;美国德州大学建立了智能天线试验环境;加拿大McMaster大学也对算法进行了研究。
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