3G之智能天線課件

1、智能天線8/19/20221第1頁，共22頁。智能天線技術引言智能天線技術的主要優(yōu)點智能天線的工作原理 自適應陣列系統(tǒng)原理智能天線和自適應天線的不同智能算法智能天線對移動通信的作用智能天線在3G中的應用智能天線的現狀及展望8/19/20222第2頁，共22頁。引言由于無線電頻率資源的日益緊張，導致蜂窩系統(tǒng)的容量受到限制，因此把空域處理看作無線容量戰(zhàn)中最后的陣地，從而引起對智能天線技術的重視。智能天線在蜂窩系統(tǒng)中的應用研究于20世紀90年代初，人們希望通過引入智能天線來擴大系統(tǒng)容量，同時克服共信道、多徑衰落等無線移動通信技術中急需解決的問題。 8/19/20223第3頁，共22頁。使用智能天線技

2、術的主要優(yōu)點有：具有較高的接收靈敏度。使空分多址系統(tǒng)（SDMA）成為可能。消除在上下鏈路中的干擾。抑制多徑衰落效應。8/19/20224第4頁，共22頁。智能天線的工作原理 智能天線是由天線陣和智能算法構成，是數字信號處理技術與天線有機結合的產物。由天線陣的理論可知，陣列天線的方向圖取決于各天線單元上的電流幅度和相位，也就是說，如果天線單元上的電流幅度或相位發(fā)生變化，則方向圖也發(fā)生相應的變化。 8/19/20225第5頁，共22頁。自適應陣列系統(tǒng) 8/19/20226第6頁，共22頁。自適應陣列系統(tǒng)原理 融入自適應數字處理技術的智能天線是利用數字信號處理的算法去測量不同波束的信號強度，因而能動

3、態(tài)地改變波束使天線的傳輸功率集中。應用空間處理技術可以增強信號能力，使多個用戶共同使用一個信道。 8/19/20227第7頁，共22頁。自適應陣列系統(tǒng)原理是相鄰的抽頭之間的延遲，是天線第個抽頭因子。每個天線后接一個延時抽頭加權網，可自適應的調整加權系數。這樣一來同時具有時域和空域處理能力。 自適應天線陣是一個由天線陣和實時自適應信號接收處理器所組成的一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，它用反饋控制方法自動調準天線陣的方向圖，使它在干擾方向形成零陷，將干擾信號抵消，而且可以使有用信號得到加強，從而達到抗干擾的目的。 8/19/20228第8頁，共22頁。自適應陣列系統(tǒng)原理由自適應天線陣接收到的信號被加權和合并

4、，取得最佳的信噪比系數。采用個陣元自適應天線，理論上，自適應天線陣的價值是能產生（ ）倍天線放大，可帶來的改善，消除扇形失真的影響，并且它的（）倍分集增益相關性是足夠低的。對相同的通信質量要求，移動臺的發(fā)射功率可減小。這不但表明可以延長移動臺電池壽命或可采用體積更小的電池，也意味著基站可以和信號微弱的用戶建立正常的通信鏈路。8/19/20229第9頁，共22頁。自適應陣列系統(tǒng)原理對基站發(fā)射而言，總功率被分配到個陣元，又由于采用可以使所需總功率下降，因此，每個陣元通道的發(fā)射功率大大降低，進而可使用低功率器件。采用自適應抽頭時延線天線陣對信號接收、均衡和測試很有幫助。對每一接收天線加上若干抽頭延時

5、線，然后送入智能處理器，則可以對多徑信號進行最佳接收，減少多徑干擾的影響，從而使基站的接收信號的信噪比得到很大程度的提高，降低了系統(tǒng)的誤碼率。 8/19/202210第10頁，共22頁。自適應陣列系統(tǒng)原理通常采用 天線陣元結構，相鄰陣元間距一般取為接收信號中心頻率波長的 。陣元間距過大，降低接收信號相關度；陣元間距過小，將在方向圖引起不必要的波瓣，因此陣元半波長間距通常是優(yōu)選的。天線陣元配置方式包含直線的型，環(huán)型和平面的型，自適應天線是智能天線的主要的型式 。 8/19/202211第11頁，共22頁。自適應陣列系統(tǒng)原理自適應天線完成用戶信號接收和發(fā)送可認為是全向天線。它采用數字信號處理技術識

6、別用戶信號的 ，或者是主波束方向。根據不同空間用戶信號傳播方向，提供不同空間通道，有效克服對系統(tǒng)干擾。自適應天線主要用于數字通信系統(tǒng)。8/19/202212第12頁，共22頁。智能天線和自適應天線的不同智能天線以自適應天線為基礎的新一代天線系統(tǒng)，其目標是通過抑制干擾和對抗衰落來增加系統(tǒng)容量，進而提高頻譜利用率，不僅涉及智能接收，還包括智能發(fā)射；智能天線與自適應天線有著本質的區(qū)別，后者只能對功率方向圖進行調整，而前者還可以獨立的對信道方向圖進行調整。智能天線的最大魅力在于，它可以利用信號方向的不同，將不同信號分開，從而對傳統(tǒng)信道空分復用，增加系統(tǒng)容量。8/19/202213第13頁，共22頁。智

7、能算法智能天線系統(tǒng)的核心部分 實際上，智能天線包含來波到達角檢測、數字波束形成和零點相消三種技術，它們是由智能算法控制天線陣來實現的，因此智能算法是智能天線系統(tǒng)的核心部分。 8/19/202214第14頁，共22頁。智能算法當天線陣接收到來自移動臺的多徑電波時，一是利用數字信號處理進行來波到達角估計（D0A），并通過高效、快速的算法來自動調整權值以便實現所需的空間和頻率濾波；二是對天線陣采用數字方法進行波束形成，即數字波束形成（DBF），使天線主波束對準用戶信號到達方向，旁瓣或零輻射方向對準干擾信號到達方向，從而節(jié)省了發(fā)射機的功率，減少了信號干擾與電磁環(huán)境污染。 8/19/202215第15頁

8、，共22頁。智能算法分類 智能算法分為兩大類：一類是時域中進行處理來獲得天線最優(yōu)加權，這些算法起源于自適應數字濾波器，像最小均方算法、遞歸最小均方誤差算法等；另一類是在空間域對頻譜進行分析來獲得DOA的估計，它是通過使用空間取樣，空間譜估計算法來得到天線的最優(yōu)加權值，如果處理速度足夠快，可以跟蹤信道的時變，所以空間譜估計算法在快衰落信道上優(yōu)于時域算法。8/19/202216第16頁，共22頁。智能算法進來，人們又提出了時空聯(lián)合算法以提高分辨率。當然，智能算法還在不斷的研究探索中，相信在不遠的將來會有更好的算法來滿足日益增長的移動通信需求。 8/19/202217第17頁，共22頁。智能天線對移

9、動通信的作用智能天線將在以下幾個方面提高移動通信系統(tǒng)的性能：提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用效率。增大基站的覆蓋面積。提高數據傳輸速率。降低基站發(fā)射功率，節(jié)省系統(tǒng)成本，減少信號干擾與電磁環(huán)境污染?？梢姡悄芴炀€技術對提高未來移動通信系統(tǒng)的性能起著在舉足輕重的作用，它已成為實現第三代移動通信的關鍵技術之一。8/19/202218第18頁，共22頁。智能天線在3G中的應用歐洲歐洲通信委員會(CEC)在RACE(Research into Advanced Communication in Europe)計劃中實施了第一階段智能天線技術研究，2019年初開始現場試驗。天線由八個陣元組成，射頻工作頻率為1

10、.89GHz，陣元間距可調，陣元分布分別有直線型、圓環(huán)型和平面型三種形式。 日本ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長的16陣元平面方陣，射頻工作頻率是1.545GHz。 中國ArrayComm公司和中國郵電電信科學研究院信威公司研制出應用于無線本地環(huán)路(WLL)智能天線系統(tǒng)。中國的TD-SCDMA是3G中比較明確使用智能天線的方案 8/19/202219第19頁，共22頁。智能天線的發(fā)展狀況我國已將智能天線技術列入國家863-317通信技術主課題研究中的個人通信技術分項；我國的第三代移動通信系統(tǒng)基于同步碼分多址技術，廣泛采用了智能天線和軟件無線電技術作為系統(tǒng)根基的SCDMA-WLL的現場運行結果，足以證明基于TD-SCDMA技術的第三代移動通信系統(tǒng)是可行和成熟