智能天线在未来移动通信中的应用

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  近年来,随着微电子技术的高速发展,智能天线技术已成功应用于移动通信系统,并通过对无线数字信号的高速时空处理,极大地改善了频谱的使用效率。今后几年我国将进入3G高速建设发展期,智能天线技术将会迎来广阔的发展空间。

  智能天线技术的起源和发展

  一般说来,智能天线包括多波束智能天线和自适应阵列智能天线,自适应阵列智能天线已经成为智能天线发展的主流。

      
最初的自适应阵列智能天线技术主要用于雷达、声纳、军事抗干扰通信,用来完成空间滤波和定位等功能,提高系统的性能和电子对抗的能力,但由于价格等因素一直未能普及到其它通信领域。而智能天线真正的发展是在20世纪90年代初,随着移动通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐深入,微计算器和数字信号处理技术的飞速发展,DSP数字信号处理芯片的处理能力日益提高,利用数字技术在基带形成天线波束成为可能,提高了天线系统的可靠性与灵活程度;同时数字芯片的价格已经为现代通信系统所接受。因此,智能天线技术开始用于具有复杂电波传播环境的移动通信。

      
智能天线可将无线电的信号导向具体的方向,产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向DOAdirection of arrinal),旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。同时,利用各个移动用户间信号空间特征的差异,通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰,使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。在不增加系统复杂度的情况下,使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。

  智能天线的主要作用

  智能天线潜在的性能效益表现在多方面,例如,抗多径衰落、减小时延扩展、支持高数据速率、抑制干扰、减少远近效应、减小中断概率、改善比特差错率性能、增加系统容量、提高频谱效率、支持灵活有效的越区切换、扩大小区覆盖范围、灵活的小区管理、延长移动台电池寿命以及维护和运营成本较低等等。简单归纳起来智能天线的主要作用在以下两方面。

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改善系统性能,提高通信质量。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,WCDMA系统就采用自适应天线阵列技术,增加系统容量。我国TDSCDMA系统是应用智能天线技术的典型范例。TDSCDMA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。该系统具有准确的定位功能,可实现接力切换,减少信道资源浪费。 

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提高频谱利用效率,增加网络质量。智能天线通过空分多址,将基站天线的收发限定在一定的方向角范围内,其实质是分配移动通信系统工作的空间区域,使空间资源之间的交叠最小、干扰最小。