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無線通訊新變革 智能天線的應用

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【無線通訊新變革 智能天線的應用】最近幾年來, 隨著全球移動通信業(yè)務的迅速發(fā)展 。對于移動通訊中所要求的信號傳輸強度也越來越高，由于覆蓋范圍的增大和傳輸數(shù)據(jù)的增多，對網(wǎng)絡的傳輸和接收都提出了更高要求，智能天線能很好的解決這方面的問題，因此智能天線 也越來越受到人們廣泛的關(guān)注 。智能天線最初廣泛應用于雷達、聲納及軍事通信領(lǐng)域, 后來被引入移動通信系統(tǒng) 。智能天線目前已經(jīng)廣泛被應用于時分雙工(TDD)中的PHS系統(tǒng) 。雖然在FDD系統(tǒng)里,如GSM、CDMA、W-CDMA以及CDMA2000中應用智能天線難度更大, 但由于近年來在技術(shù)方面取得突破, 使得智能天線在FDD中的應用成為趨勢而備受關(guān)注 。

智能天線通常包括波束轉(zhuǎn)換智能天線(Switched Beam Antenna) 和自適應陣列智能天線(Adaptive Array Antenna) 。自適應陣列智能天線利用基帶數(shù)字信號處理技術(shù), 通過先進的算法處理, 對基站的接收和發(fā)射波束進行自適應的賦形, 從而達到降低干擾、增加容量、擴大覆蓋和提高無線數(shù)據(jù)傳輸速率的目的 。目前,自適應陣列智能天線已經(jīng)成為智能天線發(fā)展的主流 。

智能天線的特征及優(yōu)勢

智能天線由多個天線單元組成，不同天線單元對信號施以不同的權(quán)值，以形成多個不同方向的波束 。每一個天線單元后接一個加權(quán)器，最后用相加器進行合并輸出 。智能的主要含義是指這些加權(quán)系數(shù)可以根據(jù)一定的自適應算法進行調(diào)整 。智能天線的基本思想是：天線以多個高增益窄波束動態(tài)地跟蹤多個期望用戶，接收模式下，來自窄波束之外的信號被抑制；發(fā)射模式下，能使期望用戶接收的信號功率最大，同時使窄波束照射范圍以外的非期望用戶受到的干擾最小 。具體而言，應用智能天線的移動通信系統(tǒng)呈現(xiàn)以下四個方面的特點：形成多個波束，最簡單的情況是基站的智能天線形成多個波束覆蓋整個小區(qū)；形成自適應波束，在用戶結(jié)隊移動或沿限定路線（如在高速公路上）移動時尤其有效；形成波束零點，智能天線在其陣列方向圖上形成對準同頻MS的波束零點有助于減小收發(fā)兩個方向上的同頻干擾；構(gòu)造動態(tài)小區(qū)，使用智能天線可以改變小區(qū)邊界，從而能隨著業(yè)務需求的變化為每個小區(qū)分配一定數(shù)量的信道，即實現(xiàn)信道的動態(tài)分配 。

智能天線可以明顯改善無線通信系統(tǒng)的性能，提高系統(tǒng)的容量 。智能天線給移動通信系統(tǒng)帶來的優(yōu)勢是：擴大系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域，增加通信覆蓋距離；增加系統(tǒng)容量；提高頻譜利用效率；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 。智能天線還可用于分集，減少衰落，實現(xiàn)移動臺定位，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 。由于目前蜂窩移動通信系統(tǒng)只能確定移動臺所處的小區(qū)，因此移動臺定位的實現(xiàn)可以使許多與位置有關(guān)的新業(yè)務得以方便地推出，而發(fā)展新業(yè)務是目前移動運營商提升ARPU值、加強自身競爭力的必然手段 。

智能天線的應用

智能天線的發(fā)展也有四五十年的歷史了，隨著移動通訊技術(shù)及業(yè)務的發(fā)展，到今天智能天線也取得了長足的發(fā)展，且廣泛應用于全球的移動通信之中 。

現(xiàn)在的2G移動通信系統(tǒng)，已經(jīng)廣泛采用了智能天線 。PHS、GSM和CDMA可以看做是2G移動通信系統(tǒng), 其中，PHS為時分雙工TDD模式, 即收發(fā)頻率共用，而GSM和CDMA均為FDD模式, 收發(fā)頻率之間要間隔一定的頻率 。目前，在PHS中自適應陣列天線技術(shù)比較成熟, 應用十分泛 。PHS系統(tǒng)的通信距離有限，需要建立很多基站，若采用智能天線技術(shù), 可以提高覆蓋, 而且可以降低成本 。在GSM系統(tǒng)中,目前有ArrayComm和愛立信推出了自己的解決方案. ArrayComm在與美國Airnet的合作中推出了具有自適應陣列天線功能和軟件無線電功能的GSM基站 。愛立信在德國Mannesman公司的GSM的網(wǎng)絡中曾進行過試驗 。

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