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無線通信智能天線技術(shù)的未來發(fā)展趨勢( 三 )


智能天線通過利用多徑可以改善鏈路的質(zhì)量,通過減小相互干擾來增加系統(tǒng)的容量,并且答應(yīng)不同的天線發(fā)射不同的數(shù)據(jù) ??傊?,智能天線的優(yōu)點可以歸納如下:
(1)增加覆蓋范圍 。在接收端由于天線陣列對信號進(jìn)行相干接收,這樣就會產(chǎn)生陣列或波束成形增益,該增益與接收天線的數(shù)目成正比 。這樣也會延長電池的使用時間 。
(2)降低功率/減小成本 。智能天線可以對特定用戶的傳輸進(jìn)行優(yōu)化,這樣就會使發(fā)射功率降低,從而降低放大器的成本 。
(3)改善鏈路質(zhì)量/增加可靠性 。由于通過獨立的衰落路徑可以接收到獨立的信號副本,而在這些信號副本中一般會有一個或者多個副本沒有受到衰落,這樣多個獨立的維數(shù)就會減小信號波動的影響,產(chǎn)生分集 。分集的形式包括時間分集、頻率分集、碼分集和空間分集等 。當(dāng)用智能天線對空間域進(jìn)行抽樣時就會產(chǎn)生空間分集 。在非頻率選擇性衰落的MIMO信道中,最大的空間分集階數(shù)等于發(fā)射天線數(shù)目和接收天線數(shù)目的乘積 。多個發(fā)射天線通過采用非凡的調(diào)制和編碼機(jī)制就可以產(chǎn)生發(fā)射分集,而多個接收天線的接收分集取決于對獨立衰落信號的合并 。
(4)增加頻譜效率 。通過不同方法精確地控制發(fā)射功率就會減小干擾,從而增加使用同樣資源的用戶數(shù)目 。通過波束成形技術(shù)可以產(chǎn)生一種新的多址接入方式——空分多址(SDMA,Space-DivisionMultipleAccess) 。SDMA可以實現(xiàn)資源的重用,增加數(shù)據(jù)速率,從而增加頻譜效率 。該增益也被稱為空間復(fù)用增益 。通過利用多個獨立的空間維數(shù)來同時傳送數(shù)據(jù),在MIMO系統(tǒng)中這種獨立的空間維數(shù)被稱為MIMO信道特征模式 。在不相關(guān)瑞利衰落MIMO信道中,其信道容量與收發(fā)天線數(shù)目的最小值成正比 。
通常設(shè)計智能天線主要集中在上面提到的某一種增益,如波束成形、分集增益、復(fù)用增益 。最近這些增益之間的相互折衷已經(jīng)成為研究的焦點 。
4、未來無線系統(tǒng)中的智能天線技術(shù)
未來無線系統(tǒng)需要可以適用于各種通信環(huán)境的信號處理技術(shù),因此未來智能天線設(shè)計的初始階段必須認(rèn)真地考慮在性能和復(fù)雜度之間折衷地優(yōu)化 。下面,我們將介紹未來無線通信中智能天線的發(fā)展趨勢和會碰到的問題 。
4.1物理層的可重配置性

;為了使無線通信收發(fā)機(jī)可以工作在多參數(shù)連續(xù)改變的環(huán)境中,需要在收發(fā)機(jī)中采用可重新配置的自適應(yīng)技術(shù)來調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu),從而獲得最好的性能 。
智能天線收發(fā)機(jī)中的可重配置性可以看作是在各種不同環(huán)境中收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)的智能切換 。例如,已經(jīng)有專家提出了在MIMO信道中用于空間分集和復(fù)用相互折衷的算法 。
4.2不同層之間的優(yōu)化
通過由OSI(OpenSystemInterconnection,開放系統(tǒng)互連)模型定義的高層之間的相互作用可以提高整個系統(tǒng)的性能 ??梢酝ㄟ^結(jié)合物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層的參數(shù)來設(shè)計智能天線,也就是說要考慮到各層之間相互關(guān)系來設(shè)計,而不是單獨考慮某一層 。實踐表明,單獨考慮一層的設(shè)計方法所得到性能評估是低效的 。例如,當(dāng)引入調(diào)度后,通過空時編碼所得到的增益將會減小,甚至?xí)?。
在OSI不同層之間交換的信息可以歸類如下:
(1)CSI:需要估計出信道脈沖響應(yīng)、定位信息、車載速度、信號強(qiáng)度、干擾強(qiáng)度、干擾模型等 。
(2)QoS相關(guān)的參數(shù):包括時延、吞吐量、誤比特率、分組差錯率(PER,PacketErrorRate)等 。
(3)物理層資源:包括空間處理機(jī)制、天線陣列的數(shù)目、電池電量的損耗等 。
考慮層之間的優(yōu)化準(zhǔn)則是非常重要的 。在實際系統(tǒng)中,使用智能天線的鏈路質(zhì)量不僅取決于采用的數(shù)據(jù)檢測方法,而且還取決于特定的編碼機(jī)制以及在鏈路層采用的媒體接入控制(MAC,MediumAccessControl)功能,甚至取決于高層采用的協(xié)議棧性能 。因此,在設(shè)計時應(yīng)該綜合考慮上述因素,而不是單獨考慮某一個因素 。對于時延不敏感業(yè)務(wù),將智能天線技術(shù)如V-BLAST同混合自動請求重復(fù)(H-ARQ,HybridAutomatic Repeat Request)機(jī)制結(jié)合的前景是非常看好的 。

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