智能無線技術(shù)3

1、智能天線技術(shù)智能天線技術(shù)何謂智能天線技術(shù)？何謂智能天線技術(shù)？f智能天線技術(shù)：在微波技術(shù)、自動(dòng)控制理論、自適應(yīng)天線技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)和軟件無線電技術(shù)等多學(xué)科基礎(chǔ)上綜合發(fā)展而成的一門新技術(shù).f智能天線：有多個(gè)天線單元組成，每一個(gè)天線后接一個(gè)復(fù)數(shù)加權(quán)器，最后用相加器進(jìn)行合并輸出。智能天線原理智能天線原理f自適應(yīng)或智能的主要含義是指這些加權(quán)系數(shù)可以根據(jù)一定的自適應(yīng)算法進(jìn)行自適應(yīng)更新調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)天線多個(gè)高增益窄波束動(dòng)態(tài)的跟蹤多個(gè)期望用戶。接收模式下來自窄波束之外的信號(hào)被抑制，發(fā)射模式下能使期望用戶接收的信號(hào)功率最大，同時(shí)使窄波束照射范圍以外的非期望用戶受到的干擾最小。f智能天線系統(tǒng)主要包

2、括:智能天線陣列（圓陣、線陣）、多RF通道收發(fā)信機(jī)子系統(tǒng)（每根天線對(duì)應(yīng)一個(gè)RF通道）、基帶智能天線算法（基帶實(shí)現(xiàn)，各用戶單獨(dú)賦形）智能天線原理圖智能天線原理圖智能天線的分類智能天線的分類f全向天線 全向天線，即在水平方向圖上表現(xiàn)為360都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。全向天線在移動(dòng)通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用與郊縣大區(qū)制的站 型 ， 覆 蓋 范 圍 大 。 智能天線的分類智能天線的分類f定向天線 定向天線，在在水平方向圖上表現(xiàn)為一定角度范圍輻射，也就是平常所說的有方向性，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，同全向天線一樣，波

3、瓣寬度越小，增益越大。智能天線的分類智能天線的分類f機(jī)械天線 所謂機(jī)械天線，即指使用機(jī)械調(diào)整下傾角度的移動(dòng)天線。 智能天線的分類智能天線的分類f電調(diào)天線 所謂電調(diào)天線，即指使用電子調(diào)整下傾角度的移動(dòng)天線。柵狀拋物面天線柵狀拋物面天線 八木定向天線八木定向天線室內(nèi)吸頂天線與壁掛天線室內(nèi)吸頂天線與壁掛天線智能天線系統(tǒng)智能天線系統(tǒng)f開關(guān)波束具有有限數(shù)目的、固定的、預(yù)定義的方向圖，其天線系統(tǒng)可形成多個(gè)固定的波束，在特定的方向上提高靈敏度。它從幾個(gè)預(yù)定義的、固定波束中選擇其一，檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)越過扇區(qū)時(shí)，從一個(gè)波束切換到另一個(gè)波束。f自適應(yīng)天線具有無限數(shù)目的、隨時(shí)間調(diào)整的方向圖，該技術(shù)是目前最先進(jìn)

4、的智能天線方法，它采用多種較新的信號(hào)處理算法，可以有效地跟蹤、鎖定各種類型的信號(hào)，動(dòng)態(tài)抑制其干擾到最小，而所希望的信號(hào)最大。 開關(guān)波束天線接收機(jī)開關(guān)波束天線接收機(jī)波束切換系統(tǒng)原理圖波束切換系統(tǒng)原理圖開關(guān)波束天線方向圖開關(guān)波束天線方向圖自適應(yīng)天線陣接收機(jī)自適應(yīng)天線陣接收機(jī)自適應(yīng)天線陣方向圖自適應(yīng)天線陣方向圖波束形成步驟波束形成步驟f首先，估計(jì)所有多徑分量的入射角；f其次，確定某一方向的信號(hào)為有用信號(hào)還是干擾信號(hào)，當(dāng)然這需要有用戶識(shí)別信號(hào)；f第三，計(jì)算出天線加權(quán)值，形成特定的波束，得到最優(yōu)化的信號(hào)噪聲干擾信號(hào)比。該波束自適應(yīng)波束形成需三個(gè)能夠最大限度地放大有效信號(hào)，同時(shí)以零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)，使干擾信

5、號(hào)在理論上被完全地抑制。智能天線的用途智能天線的用途f智能天線在移動(dòng)通信中的用途主要包括抗衰落、抗干擾、增加系統(tǒng)容量以及移動(dòng)臺(tái)的定位?？顾ヂ淇顾ヂ鋐采用智能天線控制接收方向，天線自適應(yīng)地構(gòu)成波束的方向性，使得延遲波方向的增益最小，減少信號(hào)衰落的影響。智能天線還可以用于分集，減少衰落?？垢蓴_抗干擾f高增益、窄波束智能天線陣用于WCDMA基站，可減少移動(dòng)臺(tái)對(duì)基站的干擾，改善系統(tǒng)性能?？垢蓴_應(yīng)用實(shí)質(zhì)是空間域?yàn)V波。增加系統(tǒng)容量增加系統(tǒng)容量f為了滿足移動(dòng) 通信業(yè)務(wù)的巨大需求，應(yīng)盡量擴(kuò)大現(xiàn)有基站容量和覆蓋范圍。要盡量減少新建網(wǎng)絡(luò)所需的基站數(shù)量，必須通過各種方式提高頻譜利用效率。方法之一是采用智能天線技術(shù)，

6、用多波束板狀天線代替普通天線。實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)定位實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)定位f目前蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)只能確定移動(dòng)臺(tái)所處的小區(qū)。如果基站采用智能天線陣，一旦收到信號(hào)，即對(duì)每個(gè)天線元所連接收機(jī)產(chǎn)生的響應(yīng)作相應(yīng)處理，獲得該信號(hào)的空間特征矢量及矩陣，由此獲得信號(hào)的功率估值和到達(dá)方向，即用戶終端的方位。智能無線技術(shù)的分類智能無線技術(shù)的分類f智能天線是一個(gè)天線陣列，它由N個(gè)天線單元組成。每個(gè)天線單元有M套加權(quán)器，可以形成M個(gè)不同方向的波束，用戶數(shù)M可以大于天線單元數(shù)N。根據(jù)采用的天線方向圖形狀，可以分為兩類：智能天線方框圖智能天線方框圖自適應(yīng)方向圖智能天線自適應(yīng)方向圖智能天線f采用自適應(yīng)算法，其方向圖沒有固定的形狀，隨著信號(hào)

7、及干擾而變化。它的優(yōu)點(diǎn)是算法較為簡(jiǎn)單，可以得到最大的信號(hào)干擾比。但是它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度相對(duì)較慢。另外，由于波束的零點(diǎn)對(duì)頻率和空間位置的變化較為敏感，在頻分雙工系統(tǒng)中上下行的響應(yīng)不同，因此它不適應(yīng)于頻分雙工而比較適應(yīng)時(shí)分雙工系統(tǒng)。自適應(yīng)天線陣著眼于信號(hào)環(huán)境的分析與權(quán)集實(shí)時(shí)優(yōu)化上。自適應(yīng)天線的發(fā)展自適應(yīng)天線的發(fā)展f自適應(yīng)天線已有30多年，大體上可以分成三個(gè)發(fā)展階段f第一個(gè)10年主要集中在自適應(yīng)波束控制上。f第三個(gè)10年主要集中在空間譜估計(jì)上，諸如最大似然譜估計(jì)、最大熵譜估計(jì)、特征空間正交譜估計(jì)等等。f第二個(gè)10年主要集中在自適應(yīng)零點(diǎn)控制上。固定形狀方向圖智能天線固定形狀方向圖智能天線 f固定形狀方向

8、圖智能天線方向圖形狀基本不變。它通過測(cè)向確定用戶信號(hào)的到達(dá)方向(DOA)，然后根據(jù)信號(hào)的DOA選取合適的陣元加權(quán)，將方向圖的主瓣指向用戶方向，從而提高用戶的信噪比。固定形狀波束智能天線對(duì)處于非主瓣區(qū)域的干擾，是通過控制低的旁瓣電平來確保抑制的。與自適應(yīng)智能天線相比，固定形狀波束智能天線無需迭代、響應(yīng)速度快，而且魯棒性好，但它對(duì)天線單元與信道的要求較高。智能天線的增益智能天線的增益f如圖是一個(gè)8元圓形自適應(yīng)陣列對(duì)1用戶(實(shí)心矩形)、10干擾用戶(空心矩形)通信環(huán)境的等效方向圖。由圖可見，系統(tǒng)在干擾方向形成凹點(diǎn)，并在所需信號(hào)方向形成峰值。通常自適應(yīng)算法在無干擾信號(hào)的其它角度上也可能出現(xiàn)峰值。也有等

9、旁瓣的智能天線。智能天線對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)性智能天線對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)性能及電磁輻射的改善能及電磁輻射的改善f對(duì)無線干擾的控制一直是移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的問題，良好的干擾控制不僅可以提高通信質(zhì)量，而且可以提升網(wǎng)絡(luò)所能承載的用戶數(shù)。為了有效地控制干擾，移動(dòng)通信基站從單小區(qū)全向站發(fā)展到了三小區(qū)定向站，CDMA系統(tǒng)甚至使用六小區(qū)定向站。麥得威的麥得威的GSMGSM智能天線智能天線f麥得威的GSM智能天線系統(tǒng)實(shí)際是一個(gè)近似十二小區(qū)的系統(tǒng)，在使用上，廣播信道和公用控制信道使用三小區(qū)系統(tǒng)，而話務(wù)信道使用十二小區(qū)系統(tǒng)。如圖是12小區(qū)的系統(tǒng)相對(duì)與全向站，載干比有大約11dB B的增益。的增益。 f麥得威的GSM智能天線系統(tǒng)是一個(gè)基于三小區(qū)定向站開發(fā)的系統(tǒng)，每個(gè)小區(qū)方向由一個(gè)寬波束（900或1200）天線和四個(gè)窄波束天線構(gòu)成。窄波束天線半功率角為22.50或300，如圖所示:f對(duì)一些同頻信道進(jìn)行了干擾強(qiáng)度的比較測(cè)試，結(jié)果是這些信道的干擾強(qiáng)度在使用智能天線后，得到了很大程度的控制。從表中可以看出對(duì)其他小區(qū)同頻信道的干擾減少了3.56dB。上行、下行信號(hào)的誤率也降 低，移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率、場(chǎng)強(qiáng)也降低了。測(cè)試次測(cè)試次數(shù)數(shù) 測(cè)試測(cè)試頻點(diǎn)頻點(diǎn) 平均干擾強(qiáng)平均干擾強(qiáng)度（傳統(tǒng)天度（傳統(tǒng)天線線） 平均干擾強(qiáng)平均干擾強(qiáng)