探索智能天线技术

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在无线通信领域中,面临着如何抗同道干扰及多径衰落等诸多问题。智能天线利用数字信号处理的能力,合成天线阵列的输入和输出,以自适应的方式发射和接收信号。也就是说,相应于信号环境的改变,系统能自动改变其辐射方向图,因而可大大提高系统容量、质量及覆盖范围。
智能天线系统涵盖如智能天线、相控阵、多路空分接入SDMA(Spatial Division Mulitiple Access、空间处理、数字波束成形以及自适应天线等等多个方面。尽管如此,人们在习惯上还是将智能天线系统分为两类,开关波束和自适应阵列系统。
开关波束具有有限数目的、固定的、预定义的方向图,其天线系统可形成多个固定的波束,在特定的方向上提高灵敏度。它从几个预定义的、固定波束中选择其一,检测信号强度,当移动台越过扇区时,从一个波束切换到另一个波束。
自适应天线具有无限数目的、随时间调整的方向图,该技术是目前最先进的智能天线方法,它采用多种较新的信号处理算法,可以有效地跟踪、锁定各种类型的信号,动态抑制其干扰到最小,而所希望的信号最大。
开关波束和自适应天线这两种系统都力图根据用户的位置来提高增益,但是只有自适应天线系统能提供优化增益。为了处理对方向敏感的信息,需要一个天线阵元阵列(通常4到12个阵元),其输入被合成,用于自适应地控制信号的发射。天线阵元可以设计成线性的、环型的或是平板结构,通常安装在基站内。
在智能天线技术中最复杂的应用是SDMA。它采用先进的处理技术去锁定和跟踪固定的或是移动终端,自适应地把发射信号对准用户,远离干扰。采用这种自适应技术能获得较好的干扰抑制,有可能频率的重复利用模式比标准的固定六角形的重复利用模式更有效。在本质上,这种系统能够根据多数用户的位置自适应地进行频率分配。
智能天线系统的目的是在通过无线电信号的集中发射来提高系统信号质量的同时,通过提高频率的重复利用来扩大容量。根据覆盖范围所需的可用功率的大小,对从多个天线接收到的信号进行优化合成,以集中能量发射,增大基站的覆盖范围,同时延长了手机待机时间。通过控制天线方向图,提高了接收信号的C/I值,从而提高频率复用率,减小簇的半径,增加了容量。通过将来自阵列的信息合成,可使衰落和其它多径传输中不希望有的结果最小化以降低成本,同时减小信道的有效时延扩展,支持较高的比特率,实现多径抑制。另外,它还可以利用下行链路中多个天线输入的合成,优化可用的处理增益,降低功放成本,减小功耗,获得较高的可靠性和功率效率。
智能天线技术还可以大大改善无线系统的性能以及减少用户投资,能使PCS、GSM、WLL(无线局域网)等的信号质量和系统容量以及覆盖范围得到很大的提高。
考虑到目前空分多址接入技术的发展还不是十分成熟,为了解决频谱日益紧张的问题,应适当考虑利用现有技术作为过渡,一个较好的方法就是采用固定的窄波束技术。对于频分或时分多址接入方式,只要做好频率规划,可以复用距离很近的小区频率,而不至于引起很强的小区间干扰。
由于SDMA引入空分多址后的容量改善要远远大于FDMA及TDMA,还具有容量共享等灵活性。可以想象,随着SDMA技术的成熟,它与CDMA技术的结合必然会成为潮流和趋势,且可能成为第三代移动通信中多址技术的核心。
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