自适应天线技术在CDMA系统中的应用

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        在移动通信系统中,系统的容量是比较重要的一个指标。为了提高系统的容量,一般都采用分集、编码增益等一系列技术,其中自适应阵列天线就是一种增加容量的新技术。 在码分多址(CDMA)系统中得到了有效的应用。

  由于CDMA系统采用的是自干扰的工作方式,基站信号的波形和划分不受频率再利用格式的限制,而是由本小区和相邻小区通话中手机受干扰的积累来决定。因此在基站的布放方式上应首先保证本小区的需要以及减少对相邻小区的干扰。这就要求极化的信号波形要随移动台位置的变化而变化,最好的方法就是使基站能定向地产生比较狭长的波束,用以覆盖高密度用户的地区,并能追踪移动台的活动。在这方面目适应阵列天线就成了这种灵活基站技术的核心,特别是与时分多址(TDMA)系统相比,CDMA系统的反向链路不需要同步,因此更适合在CDMA系统中应用。

  在CDMA系统中,反向链路是弱链路,用户接收基站信号所受到的干扰比较小,而基站接收用户的信号不仅会受到本小区其他用户的干扰,还会受到相邻小区用户的干扰,再加上受阵列天线功率和体积等方面的限制,所以在一般情况下,自适应阵列天线只能在基站中使用,而不在手机中应用。下面即对自适应阵列天线进行简要的介绍。

 1、自适应阵列天线的结构

  自适应阵列天线由传感器阵、方向图形成网络和自适应处理器(自适应方向图控制器)组成。传感器阵列由一空间分布的天线组成。其排列形成可分为直线形、平面形和环行。传感受器阵接收到达阵列的所有用户的信号后,通过方向图形成网络适应合并阵列后予以输出,并从中取出占用同一频带、同一时间的各个用户的信号,即“空间分集”。例如,环行自适应阵列天线一般由两组8根或16根天线的阵列组成。与传统的3扇区分集天线相比,自适应阵列天线没有固定的“空间分集”的概念,而是一种不断变化的“空间分集”。

  自适应阵列天线的每一根都是全向天线,覆盖面为360°。其外面的16根是接收天线,面的16根是发射天线。里面的16根是发射天线。每一根发射或接收天线都不单独进行发射或接收,而是与其它天线集合在一起发射或接收。但每根天线都用于所有的扇区,系统可通过修改软件或设置参数来控制自适应阵列天线的扇区数目,如设置为两个、三个或全向扇区。

 2、自适应阵列天线的工作原理

  在接收信号的时候,16根天线形成一个面向不同方向的阵列。从用户终端来的信号,被不同的天线及按不同的强度和相位进行接收,系统则对不同强度和相位的信号进行计算和合成,然后将合成的波束由接收信号最强的天线进行接收。

  在发射信号的时候,系统把发射阵列天线的合成波束调整到根据接收系统达到的方向,由话务信道发射。

  对于其它的控制信道,(导频信道、寻呼信道和同步信道),则采用与传统扇区天线相同的发射方式,以保证能让所有扇区的用户使用。

 3、使用自适应阵列天线的优越性

  由于自适应阵列天线能够确定各个用户到达的方向(或估计各用户信号的方向矢量),能够进行最佳的走向接收和发射,以及通过降低干扰电波,增加有用信号强度等方式来提高系统的性能和容量等等,进而改善了话音质量、降低了掉话的机率,而且通过增加系统容量,也使系统的频谱利用率得到了提高。因此自适应阵列天线是有极大优越性的。

  由于自适应阵列天线只用于基站内,所以对其容量的分析亦应考虑反向链路(用户到基站)的性能。假设K个用户随机分布在基站的周围,基站接收时实现了扩频码的同步,每个用户发射一个扩频码调制的数据信号,扩频增益为N,基站阵元数为M,系统的容量会随着阵元数M的增加而增加。

  综上所述,自适应阵列天线是利用多个全向天线组成的具有复杂方向矢量计算和控制的天线阵列组,用于提高移动通信系统的容量。该技术特别适用于CDMA移动通信系统。目前,自适应阵列天线正朝着小型化、商用化的方向发展。随着第三代(3G)移动通信系统的开发和商用,自适应阵列天线将会越来越多的被采用。

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