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智能天線技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

云知道

作者：林輝 ;信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所工程師
摘要：本文首先介紹了智能天線的概念，以及它在提高無線系統(tǒng)能力（容量、覆蓋和新業(yè)務(wù)等）方面的應(yīng)用價(jià)值 。
在此基礎(chǔ)上，文章的第二部分對(duì)智能天線的工作原理和技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行了描述，最后對(duì)智能天線技術(shù)在3G各種通信制式中的應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)討論 。
要害詞：智能天線WCDMAcdma2000 TD-CDMA
1; 引言
移動(dòng)通信迅速發(fā)展給系統(tǒng)帶來的容量壓力，使得如何高效率的利用無線頻譜受到了廣泛的重視，智能天線技術(shù)被認(rèn)為是目前進(jìn)一步提高頻譜利用率的最有效的方法之一 。本文首先介紹了智能天線的概念，以及它在提高無線系統(tǒng)能力（容量、覆蓋和新業(yè)務(wù)等）方面的應(yīng)用價(jià)值 。在此基礎(chǔ)上，文章的第二部分對(duì)智能天線的工作原理和技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行了描述 。由于目前3G是我國(guó)在通信系統(tǒng)應(yīng)用研究方面的重點(diǎn)，因此本文的后續(xù)部分對(duì)智能天線技術(shù)在3G各種通信制式中的應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)討論 。除了TD-SCDMA已經(jīng)將智能天線的應(yīng)用列入標(biāo)準(zhǔn)化以外，文章中引用了一些在FDD情況下應(yīng)用智能天線的研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，說明了該技術(shù)在WCDMA和cdma2000的應(yīng)用前景 。
2; 智能天線簡(jiǎn)介
隨著移動(dòng)通信的迅速發(fā)展，越來越多的業(yè)務(wù)將通過無線電波的方式來進(jìn)行，有限的頻譜資源面對(duì)著越來越高的容量需求的壓力 。對(duì)于第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM，在我國(guó)的一些大城市已經(jīng)出現(xiàn)了容量供給困難的現(xiàn)象，小區(qū)蜂窩的半徑已經(jīng)很小，而目前作為應(yīng)用研究重點(diǎn)的3G以及它的業(yè)務(wù)模式無疑將對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量有更高的要求 。高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將作為3G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的一個(gè)主要特點(diǎn)，這使得網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量尤其是下行方向上將有明顯的提高 。因此，為了在3G系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)與第二代系統(tǒng)明顯的差別服務(wù)，充分體現(xiàn)3G系統(tǒng)在業(yè)務(wù)能力上的優(yōu)勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)容量將是網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)者必須重點(diǎn)考慮的問題 。就目前的情況而言，智能天線技術(shù)將是提高網(wǎng)絡(luò)容量最有效的方法之一，尤其對(duì)于3G中以自干擾為主要干擾形式的通信系統(tǒng) 。
天線方向圖的增益特性能夠根據(jù)信號(hào)情況實(shí)時(shí)進(jìn)行自適應(yīng)變化的天線稱為智能天線 。與普通天線以射頻部分為主不同，智能天線包括射頻部分以及信號(hào)處理和控制部分 。同時(shí)，由于終端在尺寸和成本上的限制，所以目前對(duì)于智能天線的研究主要集中在基站側(cè)，我們下面討論的智能天線也指的是在基站上的應(yīng)用 。
目前，基站普遍使用的是全向天線或者扇區(qū)天線，這些天線具有固定的天線方向圖形式，而智能天線將具有根據(jù)信號(hào)情況實(shí)時(shí)變化的方向圖特性（見圖1） 。
如圖1所示，在使用扇區(qū)天線的系統(tǒng)中，對(duì)于在同一扇區(qū)中的終端，基站使用相同的方向圖特性進(jìn)行通信，這時(shí)系統(tǒng)依靠頻率、時(shí)間和碼字的不同來避免相互間的干擾 。而在使用智能天線的系統(tǒng)中，系統(tǒng)將能夠以更小的刻度區(qū)別用戶位置的不同，并且形成有針對(duì)性的方向圖，由此最大化有用信號(hào)、最小化干擾信號(hào)，在頻率、時(shí)間和碼字的基礎(chǔ)上，提高了系統(tǒng)從空間上區(qū)別用戶的能力 。這相當(dāng)于在頻率和時(shí)間的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一個(gè)新的維度，能夠很大程度地提高系統(tǒng)的容量以及與之相關(guān)的其它方面的能力（例如覆蓋、獲取用戶位置信息等） 。
3; 智能天線的工作原理與發(fā)展情況
天線的方向圖表示的是空間角度與天線增益的關(guān)系，對(duì)于全向天線來說，它的方向圖是一個(gè)圓；對(duì)于陣列天線，可以通過調(diào)整陣列中各個(gè)元素的加權(quán)參數(shù)來形成更具方向性的天線方向圖，形成主瓣方向具有較大增益，而其它副瓣方向增益較小的形式 。智能天線正是一種能夠根據(jù)通信的情況，實(shí)時(shí)地調(diào)整陣列天線各元素的參數(shù)，形成自適應(yīng)的方向圖的設(shè)備 。這種方向圖通常以最大限度地放大有用信號(hào)、抑制干擾信號(hào)為目的，例如將大增益的主瓣對(duì)準(zhǔn)有用信號(hào)，而在其它方向的干擾信號(hào)上使用小增益的副瓣 。圖2為一個(gè)智能天線結(jié)構(gòu)的示例圖 。

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