智能天线技能的运用
摘要本文首要介绍了智能天线的概念，以及它在进步无线体系才能（容量、掩盖和新事务等）方面的运用价值。在此基础上，文章的第二部分对智能天线的作业原理和技能的展开状况进行了描绘，最终对智能天线技能在3G各种通讯制式中的运用进行了要点评论。
关键词智能天线WCDMAcdma2000TD-CDMA
1导言
移动通讯迅速展开给体系带来的容量压力，使得怎么高效率的运用无线频谱遭到了广泛的注重，智能天线技能被认为是现在进一步进步频谱运用率的最有用的办法之一。本文首要介绍了智能天线的概念，以及它在进步无线体系才能（容量、掩盖和新事务等）方面的运用价值。在此基础上，文章的第二部分对智能天线的作业原理和技能的展开状况进行了描绘。因为现在3G是我国在通讯体系运用研讨方面的要点，因而本文的后续部分对智能天线技能在3G各种通讯制式中的运用进行了要点评论。除了TD-SCDMA现已将智能天线的运用列入规范化以外，文章中引用了一些在FDD状况下运用智能天线的研讨和现场实验效果，说明晰该技能在WCDMA和cdma2000的运用远景。
2智能天线简介
跟着移动通讯的迅速展开，越来越多的事务将经过无线电波的办法来进行，有限的频谱资源面对着越来越高的容量需求的压力。关于第二代移动通讯体系GSM，在我国的一些大城市现已呈现了容量供给困难的现象，小区蜂窝的半径现已很小，而现在作为运用研讨要点的3G以及它的事务办法无疑将对网络容量有更高的要求。高速的数据事务将作为3G网络服务的一个首要特点，这使得网络数据流量特别是下行方向大将有显着的进步。因而，为了在3G体系中完结与第二代体系显着的不同服务，充分体现3G体系在事务才能上的优势，网络容量将是网络的运营者有必要要点考虑的问题。就现在的状况而言，智能天线技能将是进步网络容量最有用的办法之一，特别关于3G中以自搅扰为首要搅扰办法的通讯体系。
天线方向图的增益特性可以依据信号状况实时进行自适应改变的天线称为智能天线。与一般天线以射频部分为主不同，智能天线包含射频部分以及信号处理和操控部分。一起，因为终端在尺度和本钱上的约束，所以现在关于智能天线的研讨首要会集在基站侧，咱们下面评论的智能天线也指的是在基站上的运用。
现在，基站遍及运用的是全向天线或许扇区天线，这些天线具有固定的天线方向图办法，而智能天线将具有依据信号状况实时改变的方向图特性（见图1）。
如图1所示，在运用扇区天线的体系中，关于在同一扇区中的终端，基站运用相同的方向图特性进行通讯，这时体系依托频率、时刻和码字的不同来防止彼此间的搅扰。而在运用智能天线的体系中，体系将可以以更小的刻度差异用户方位的不同，而且构成有针对性的方向图，由此最大化有用信号、最小化搅扰信号，在频率、时刻和码字的基础上，进步了体系从空间上差异用户的才能。这适当于在频率和时刻的基础上扩展了一个新的维度，可以很大程度地进步体系的容量以及与之相关的其它方面的才能（例如掩盖、获取用户方位信息等）。
3 智能天线的作业原理与展开状况
天线的方向图表明的是空间视点与天线增益的联系，关于全向天线来说，它的方向图是一个圆；关于阵列天线，可以经过调整阵列中各个元素的加权参数来构成更具方向性的天线方向图，构成主瓣方向具有较大增益，而其它副瓣方向增益较小的办法。智能天线正是一种可以依据通讯的状况，实时地调整阵列天线各元素的参数，构成自适应的方向图的设备。这种方向图通常以最大极限地扩大有用信号、按捺搅扰信号为意图，例如将大增益的主瓣对准有用信号，而在其它方向的搅扰信号上运用小增益的副瓣。图2为一个智能天线结构的示例图。
智能天线包含射频天线阵列部分和信号处理部分，其间信号处理部分依据得到的关于通讯状况的信息，实时地操控天线阵列的接纳和发送特性。这些信息可能是接纳到的无线信号的状况；在运用闭环反应的办法时，也可能是通讯对端关于发送信号接纳状况的反应信息。
因为移动通讯中无线信号的杂乱性，所以这种依据通讯状况实时调整天线特性的作业办法对算法的精确程度、运算量以及可以实时完结运算的硬件设备都有很高的要求。这决议了智能天线的展开是一个分阶段的、逐渐完善的进程，现在通常将这种进程分为以下三个阶段（见图3）：
●第一阶段：开关波束转化。在天线端预先界说一些波瓣较窄的波束，依据信号的来波方向实时确认发送和接纳所运用的波束，抵达将最大天线增益方向对准有用信号，下降发送和接纳进程中的搅扰的意图。这种办法坐落扇区天线和智能天线之间，完结运算较为简略，可是功能也比较有限。
●第二阶段：自适应（最强）信号方向。依据接纳信号的最强抵达方向，自适应地调整天线阵列的参数，构成对准该方向的接纳和发送天线方向图。这是动态自适应波束成形的开端阶段，功能优于开关波束转化，一起算法也较为杂乱，可是还未抵达最优的状况。
●第三阶段：自适应最佳通讯办法。依据得到的通讯状况的信息，实时地调整天线阵列的参数，自适应地构成最大化有用信号、最小化搅扰信号的天线特性，坚持最佳的射频通讯办法。这是抱负的智能天线的作业办法，可以很大程度地进步体系无线频谱的运用率。可是其算法杂乱，实时运算量大，一起还需求进一步探寻各种实践状况下的最佳算法。
现在，关于智能天线的运用首要会集在第二阶段邻近，而且因为移动通讯的迅速展开，使得智能天线技能在包含3G的运用中遭到广泛的注重，处理智能天线在实践运用中的各种问题，以及寻求愈加“智能”的自适应算法和完结计划是现在作业的要点和首要内容。下面咱们评论智能天线技能在3G各个通讯规范中的运用远景，以及相关的实验参阅效果。
4 智能天线在3G中的运用远景
3G遍及选用依据CDMA的多址接入技能，依托码字之间的正交性来区别不同的用户，因而接纳端各个信号之间的不完全同步、扰码不完全正交、TDD体系中的时隙偏差等问题都可能在体系内用户之间构成必定程度的搅扰。一起，在理论剖析的基础上，很多的仿真和现场实验效果也证明晰：在3G通讯体系中，网内搅扰将超越体系固有的热噪声，成为约束体系功能的首要因素。在搅扰和容量这一对对立的基础上构成的容量与掩盖、容量与功能、掩盖与功能等交换性问题现已得到一致，成为3G网络规划和运营的首要特点。
在事务特性上，3G以高速的数据事务、视频电话和才能得到增强的增值事务作为其对2G体系构成服务优势的首要手法，这必定使得3G具有大得多的网络流量。可是与2G体系相同，它的容量相同遭到空中频谱资源的约束。咱们注意到，理论上在相同条件下，CDMA并不比FDMA或许是TDMA具有更大的频谱运用率。因而，为了可以真实体现3G体系在事务才能上的优势，有必要运用新技能使频谱运用率得到质的进步，智能天线技能正是现在被认为是可以完结这一方针的最有用的办法之一。它经过添加体系SDMA（空分多址）的才能，可以有用地缓解3G体系中容量与网内搅扰之间的对立，很大程度地进步体系对空中无线频谱资源的运用才能。
我国提出的TD-SCDMA规范，因为其空中接口选用TDD的双工办法，通讯的上下行信道运用相同的频率，因而以很短的时隙距离彼此交织的上下行信道之间具有较强的相关性，这样比较简单依据上行信道的接纳状况对下行信道的发送特性进行精确的调整，因而TD-SCDMA成为3G规范中最方便于运用智能天线的一个技能，而且现已进行了规范化，将智能天线作为其首要的关键技能之一。别的，关于3G中运用FDD办法的WCDMA和cdma2000，因为上下行信道运用不同的频率，而且具有较大的频差（在我国的3G频率区分中，首要作业频段上下行的频差为190MHz），因而上下行信道之间的相关性较弱，加上城区中杂乱的无线传达环境，所以想要运用上行信道的接纳信息得到下行链路抱负的发送计划是比较困难的，对算法的杂乱度也有更高的要求。可是因为对体系功能改进方面的重要作用，所以关于FDD体系中智能天线的运用也在不断研讨和测验中。
在英国进行的TSUNAMI Ⅱ项目，在DCS1800体系的基础上，经过运用8副各自在8个元素构成的天线阵列对智能天线在宏蜂窝和微蜂窝网络中的功能状况进行了现场实验，对各种自适应算法进行了比较，而且发布了如下的一些实验效果：
（1）在宏蜂窝的网络结构中，当信号抵达方向相差10度以上的时分，经过运用智能天线，体系获得了抵达30dB的载干比增益，掩盖规模添加了54%；
（2）在宏蜂窝的网络结构中，经过运用8元素的智能天线，体系容量添加了300%；
（3）微蜂窝的网络结构下智能天线的功能增益不如宏蜂窝的状况，但大部分自适应算法也可以获得适当的功能增益。需求对微蜂窝的状况进行更深化的研讨。
在此之后的SUNBEAM项目把在DCS1800体系上的实验效果进行了扩展，对智能天线在3G WCDMA中的运用进行了研讨；与此一起，在美国、日本和韩国等当地也报告了关于智能天线功能的相关实验和研讨效果。
5 结束语
移动通讯用户量的迅速展开，以及从窄带语音通讯向宽带高速数据通讯展开的趋势，怎么在必定的频谱资源上进步网络容量成为网络建造，特别是未来3G网络建造中需求要点考虑的问题。单纯地依托添加基站（运用微蜂窝添加频率的复费用），不管从本钱和功能体现方面都现已不再是最好的挑选计划。在这种状况下，智能天线技能的引进，将经过添加体系在空间上的分辩才能，从更高的层次上进步体系关于无线频谱的运用率。与其它所有的先进技能相同，智能天线技能的展开也是一个伴跟着算法研讨和硬件晋级的按部就班的进程。因为对其重要作用的知道，近年来在世界规模内展开了很多的研讨和实验作业，获得了丰盛的效果，现在基本上现已开端了实践的运用阶段，实践运用中的各种问题也在逐渐得到处理。当时，我国正在对下一代移动通讯体系的实践运用才能进行大规模的研讨和实验，智能天线技能无疑也将成为评论的热门之一，期望本文可以为相关方面的作业和研讨人员供给必定的参阅。
