智能天线在移动通信中的应用

兴月娜 金鑫

摘要：近年来，移动通信技术发展迅速。20世纪80年代以来，移动通信的发展经历了第一代模拟蜂窝移动通信、第二代数字蜂窝移动通信和第三代多媒体移动通信三个阶段。随着移动用户的显著增长，通信系统目前面临着许多需要解决的问题，如多径衰落、跨区域切换、信号的远近效应、信道干扰、移动站功率限制等。智能天线具有抑制干扰、信号自动跟踪、数字波束整形等功能。它可以用于移动通信，既可以提高信号质量，又可以提高通信系统的容量。

关键词：智能天线；移动通信；应用

智能天线采用空分复用（SDMA），利用信号传播方向上的差异，区分具有频率和同时隙的信号。它可以增加通信能力，并与其他重用技术结合，以最大限度地利用有限的频谱资源。此外，在移动通信中，复杂地形和建筑结构对无线电波传输的影响，以及大量用户之间的交互作用，会导致延迟扩散、多径衰落和对同一信道的干扰，严重影响通信质量。使用智能天线可以有效地解决这一问题。

1智能天线概念及其组成

1.1智能天线的概念

智能天线主要是指具有定向和波束形成能力的天线阵列。首先，智能天线只能应用于雷达系统和军事系统。随着数字智能处理技术的发展，智能天线在移动通信系统中的应用越来越多。天线比传统天线更具成本效益。

1-2智能天线的优点

首先，智能天线可以从多方面提高通信系统的通信质量。智能天线可以通过两种方式减少延迟扩展和多径衰落。（1）发射时，能量主要集中在目标的方向上，在传播过程中可以减少多路径反射的次数，从而减少延迟的扩展。（2）接收时，可以通过分集合并来降低多径衰落，也可以通过对各多径信号进行时延补偿使它们相位相同来降低多径衰落，还可以通过滤掉除主要信号以外的多径信号来降低多径衰落。其二，CDMA系统是一个自干扰系统，其容量的限制主要来自本系统的干扰。也就是说，降低干扰对CDMA系统极为重要，所以利用智能天线来降低干扰就可以大大增加CDMA系统的容量。其三，在给定的频谱条件下，智能天线也可以通过形成过多的波束增加新的信道来增加用户数量，提高频谱效率。其四，采用智能天线的基站可以获得接收信号的空间特征矩阵，由此获得信号的功率估值和到达方向（DOA）。

1.3智能天線的组成

智能天线包括智能传输和智能接收。首先对DOA进行估计，同时完成空间滤波，然后形成一个数字波束，将返回信号向特定方向传输，降低传输功率，减少与其他移动站的干扰。整个系统由高频处理、中频处理和波束成形组成。高频处理主要是接收或传输信号进行放大。中频处理是将高频信号放大、混合、转化为模拟信号，然后采样处理成数字信号，再发送给数字信号处理器。波束形成部分校正A/D转换后的数字信号，并控制波束，使其在最精确的传输范围内。

2智能天线在移动系统中的应用

2.1提高基站接收机的灵敏度

如果采用最大功率合成算法，相对于单个天线单元，接收到的总信号将增加10 logN（dB），其中N为天线单元的个数。当有多个路径时，该接收灵敏度的改善将由多路径传播条件和上行波束形成算法决定，而相对于单个天线单元，其增加通常约为1010gN（dB）。

2.2在CDMA系统中的应用

在CDMA系统中，智能天线可进行话务均衡，将高话务扇区的部分话务量转移到容量资源未充分利用的扇区；通过智能天线灵活的辐射模式和定向性，可进行软及软切换控制；智能天线的空间域滤波可改善远近效应，简化功率控制，降低系统成本，也可减少多址干扰，提高系统性能。

2.3在无线本地环路系统中的应用

智能天线在无线局部环路系统中也得到了广泛的应用。在TDD模式的无线局部环路系统中，基站对接收到的上行信号进行处理，得到信号的空间特征向量，并进行下行波束形成，以达到最佳的接收效果。由于系统采用TDD方法，上行波束形成数据可以直接用于下行发射信号，实现下行波束形成。天线波束的自适应形状提高了接收机灵敏度和基站传输功率，扩大了通信距离，在一定程度上减小了多径传播的影响。中国邮政和电信科学研究所的ArrayComm和Xinwei公司开发了一套用于无线本地回路的智能天线系统。ArrayComm产品在不同的环境中配置了12和4元的可变数组。ArrayComm的WLL系统可以提供15公里的覆盖范围和数千用户的容量。

2.4第二代移动通信系统

第二代移动通信系统又称为2G网或GSM网络，是我国较早期的移动通信网络模式，2G中的智能天线具有部分应用，主要功能为匹配原网络的覆盖情况，并控制上下行链路的干扰。2G中的智能天线具有当前智能天线大部分功能，主要使用四天线阵来提高频谱转化效率。在CDMA系统的智能天线则可以完成选择性的空间传输，降低基站的发射功率，降低电磁误扰和信号干扰。自适应智能体现就是这一时期的主要形式，应用广泛且效果明显。

2.5基于时分双工的智能天线优化

同频干扰就是在同一频率下完成信息的发送与接收，时分双工智能技术是其技术核心。对我国移动3G和4G业务而言，智能天线的应用和优化都是必要的。在向4G转化过程中，3G依然会在长时间内发挥作用。智能天线的作用明显，智能天线改善了无线通信网络中的不足，分析智能天线移动通信技术是必要的。一些WCDMA与CDMA2000的基站产品已经开始支持智能天线了。

结束语

智能天线技术是近年来移动通信领域的研究热点。它已经在PHS中被商业化，并且在第三代移动通信系统中得到了更多的关注。WCDMA和CDMA2000都支持不同程度的智能天线技术。TS-SCDMA明确规定了智能天线的使用。可以说，智能天线是未来移动通信的关键技术，在其他无线系统中也有很好的应用前景。