1、目 錄第一章 智能天線技術的概述 . . 11.1引言 . 1 1.2 智能天線技術的起源及提出 . 1 1.3 智能天線技術的概念 . 2 1.4 智能天線的分類及組成 . 2第二章 智能天線技術的工作原理 . 32.1 智能天線基本結構. 3 2.2 智能天線技術的基本原理 . . 3 2.3 智能天線技術的發(fā)展階段及實現(xiàn) . 4第三章 智能天線關鍵技術 . 53.1 智能發(fā)射技術 . . 5 3.2 智能接收技術 . . 6 3.3動態(tài)信道分配 . . 6第四章 智能天線技術的應用及發(fā)展前景. 74.1 智能天線的用途 . 7 4.2 智能天線在3G 中的應用前景 . 8 4.3 第三代

2、移動通信系統(tǒng)之TD-SCDMA . . 錯誤！未定義書簽。結束語 . 9 致 謝 . . 10 附錄 . 13論文題目： 智能天線技術原理及應用年 級： 09級 通信4班 院 系： 電子信息工程學院學生姓名： 王薇 指導老師： 崔雁松2012年5月目 錄第一章 智能天線技術的概述 . . 11.1 引言 . . 1 1.2 智能天線技術的起源及提出 . 1 1.3 智能天線技術的概念 . 2 1.4 智能天線的分類及組成 . 2第二章 智能天線技術的工作原理 . 32.1 智能天線基本結構. 3 2.2 智能天線技術的基本原理 . . 3 2.3 智能天線技術的發(fā)展階段及實現(xiàn) . 4第三章 智

3、能天線關鍵技術 . 53.1 智能發(fā)射技術 . . 5 3.2 智能接收技術 . . 6 3.3 動態(tài)信道分配 . . 6 3.4 聯(lián)合檢測技術 . . 6第四章 智能天線技術的應用及發(fā)展前景. 74.1 智能天線的用途 . 7 4.2 智能天線在3G 中的應用前景 . 8結束語 . 10 致 謝 . . 11 附 錄 . . 13內容摘要隨著全球通信業(yè)務的迅速發(fā)展，作為未來個人通信主要手段的無線移動通信技術引起人們極大關注。智能天線是近年發(fā)展起來的，用于提高無線通信系統(tǒng)的容量和抗干擾能力的新技術。智能天線的研究內容比較復雜, 主要體現(xiàn)在智能天線的接收準則及自適應算法，寬帶信號波束的高速波束成

4、形處理，用于移動臺的智能天線技術，智能天線利用數(shù)字信號處理技術，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。與其它日漸深入和成熟的干擾削除技術相比，智能天線技術在移動通信中的應用研究更顯得方興未艾并顯示出巨大潛力。本文闡述了智能天線的基本概念、工作原理、關鍵技術包括智能化接收技術，智能化發(fā)射技術，動態(tài)信道分配技術，聯(lián)合監(jiān)測技術以及智能天線技術的應用和發(fā)展前景，對系統(tǒng)性能的改善及國外研究狀況等進行了分析研究，為智能天線的研究應用提供了理論基礎。關鍵詞: 智能天線 自適應算法 動態(tài)信道AbstractW

5、ith the rapid development of communication technology and social life level unceasing enhancement, Smart antenna is developed in recent years, used to improve the capacity of wireless communication systems and anti-jamming capability of new technologies. Smart Antenna more complex content, mainly in

6、 smart antenna to receive the criteria and adaptive algorithm, the signal beam of high-speed broadband beam forming processing, smart antennas for mobile station technology, smart antenna technology in the implementation of hardware, smart antenna The test platform and software radio technology rese

7、arch. In radio communications, smart antennas have attractive prospects. This paper describes the basic concepts of smart antenna, characteristics, key technologies, and improve system performance and status of foreign studies were analyzed, presented problems in the research process and looking for

8、ward to the future development prospects, given the intelligence antenna applications, the realization of the program, the application of smart antennas to provide a theoretical basis.Keywords: smart antennas adaptive algorithm dynamic channel allocation第一章 智能天線技術的概述1.1引言隨著移動通信的迅速發(fā)展，越來越多的業(yè)務將通過無線電波的方

9、式來進行，有限的頻譜資源面對著越來越高的容量需求的壓力。對于第二代移動通信系統(tǒng)GSM ，在我國的一些大城市已經(jīng)出現(xiàn)了容量供應困難的現(xiàn)象，小區(qū)蜂窩的半徑已經(jīng)很小，而目前作為應用研究重點的3G 以及它的業(yè)務模式無疑將對網(wǎng)絡容量有更高的要求。高速的數(shù)據(jù)業(yè)務將作為3G 網(wǎng)絡服務的一個主要特點，這使得網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量尤其是下行方向上將有明顯的提高。因此，為了在3G 系統(tǒng)中實現(xiàn)與第二代系統(tǒng)明顯的差別服務，充分體現(xiàn)3G 系統(tǒng)在業(yè)務能力上的優(yōu)勢，網(wǎng)絡容量將是網(wǎng)絡的運營者必須重點考慮的問題。就目前的情況而言，智能天線技術將是提高網(wǎng)絡容量最有效的方法之一，尤其對于3G 中以自干擾為主要干擾形式的通信系統(tǒng)。 天線方向圖

10、的增益特性能夠根據(jù)信號情況實時進行自適應變化的天線稱為智能天線。與普通天線以射頻部分為主不同，智能天線包括射頻部分以及信號處理和控制部分。同時，由于終端在尺寸和成本上的限制，所以目前對于智能天線的研究主要集中在基站。目前，普遍使用的是全向天線或者扇區(qū)天線，這些天線具有固定的天線方向圖形式，而智能天線將具有根據(jù)信號情況實時變化的方向圖特性（見圖）。 圖1如圖1所示，在使用扇區(qū)天線的系統(tǒng)中，對于在同一扇區(qū)中的終端，基站使用相同的方向圖特性進行通信，這時系統(tǒng)依靠頻率、時間和碼字的不同來避免相互間的干擾。而在使用智能天線的系統(tǒng)中，系統(tǒng)將能夠以更小的刻度區(qū)別用戶位置的不同，并且形成有針對性的方向圖，由此

11、最大化有用信號、最小化干擾信號，在頻率、時間和碼字的基礎上，提高了系統(tǒng)從空間上區(qū)別用戶的能力。這相當于在頻率和時間的基礎上擴展了一個新的維度，能夠很大程度地提高系統(tǒng)的容量以及與之相關的目錄。1.2 智能天線技術的起源及提出智能天線最初廣泛應用于雷達、聲納及軍事通信領域，由于價格等因素一直未能普及到其它通信領域。近年來，現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術發(fā)展迅速，數(shù)字信號處理芯片處理能力不斷提高，芯片價格已經(jīng)可以為現(xiàn)代通信系統(tǒng)所接受。同時，利用數(shù)字技術在基帶形成天線波束成為可能，以此代替模擬電路形成天線波束的方法，提高了天線系統(tǒng)的可靠性與靈活程度，智能天線技術因此開始在移動通信中得到應用。另一方面移動通信用戶

12、數(shù)增加迅速，人們對移動通話質量的要求也不斷提高，這要求蜂窩小區(qū)在大容量下仍有高的話音質量。使用智能天線可以在不顯著增加系統(tǒng)復雜度的情況下滿足服務質量和擴充容量的需要。不同于常規(guī)的扇區(qū)天線和天線分集方法，通過在基站使用全向收發(fā)智能天線，可以為每個用戶提供一個窄的定向波束，使信號在有限的方向區(qū)域發(fā)送和接收，充分利用了信號發(fā)射功率，降低了信號全向發(fā)射帶來的電磁污染與相互干擾。不同于傳統(tǒng)的時分多址（TDMA ）、頻分多址（FDMA ）或碼分多址（CDMA ）方式，智能天線引入了第四維多址方式空分多址（SDMA ）方式。在相同時隙、相同頻率或相同地址碼的情況下，用戶仍可以根據(jù)信號不同的空間傳播路徑而區(qū)分

13、。智能天線是在自適應濾波和陣列信號處理技術的基礎上發(fā)展起來的，是通信系統(tǒng)中能通過調整接收或發(fā)射特性來增強天線性能的一種天線。它利用信號傳輸?shù)目臻g特性，從空間位置及入射角度上區(qū)分所需信號與干擾信號，從而控制天線陣的方向圖，達到增強所需信號、抑制干擾信號的目的；同時它還能根據(jù)所需信號和干擾信號位置及入射角度的變化，自動調整天線陣的方向圖，實現(xiàn)智能跟蹤環(huán)境變化和用戶移動的目的，達到最佳收發(fā)信號，實現(xiàn)動態(tài)“空間濾波”的效果。采用智能天線的目的主要有以下3點：a ）通過提供最佳增益來增強接收信號。b ）通過控制天線零點來抑制干擾。c ）利用空間信息增大信道容量。1.3 智能天線技術的概念智能天線是一種安

14、裝在基站現(xiàn)場的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時獲取基站和移動臺之間各個鏈路的方向特性。智能天線是將無線電的信號導向具體的方向，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向DOA(Direction of Arrival ，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。同時，智能天線技術利用各個移動用戶間信號空間特征的差異，通過陣列天線技術在同一信道上接收和發(fā)射多個移動用戶信號而不發(fā)生相互干擾，使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效。在不增加系統(tǒng)復雜度的情況下，使用智能天線可滿足服務質量和網(wǎng)絡擴容的需要。

15、1.4 智能天線的分類及組成智能天線主要包含兩類：開關波束系統(tǒng)和自適應陣列系統(tǒng)。兩者中，只有自適應陣列系統(tǒng)能夠在為有用信號提供最佳增益的同時，識別、跟蹤和最小化干擾信號。（1）多波束天線多波束天線利用多個并行波束覆蓋整個用戶區(qū)，每個波束的指向是固定的，波束寬度也隨天線元數(shù)目而確定。當用戶在小區(qū)中移動時，基站在不同的相應波束中進行選擇，使接收信號最強。因為用戶信號并不一定在波束中心，當用戶位于波束邊緣及干擾信號位于波束中央時，接收效果最差，所以多波束天線不能實現(xiàn)信號最佳接收，一般只用作接收天線。但是與自適應天線陣列相比，多波束天線具有結構簡單、無須判定用戶信號到達方向的優(yōu)點。（2）自適應陣列天線

16、自適應天線陣列一般采用416天線陣元結構，陣元間距為半個波長。天線陣元分布方式有直線型、圓環(huán)型和平面型。自適應天線陣列是智能天線的主要類型，可以完成用戶信號接收和發(fā)送。自適應天線陣列系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理技術識別用戶信號到達方向，并在此方向形成天線主波束。智能天線包括射頻天線陣列部分和信號處理部分，其中信號處理部分根據(jù)得到的關于通信情況的信息，實時地控制天線陣列的接收和發(fā)送特性。這些信息可能是接收到的無線信號的情況；在使用閉環(huán)反饋的形式時，也可能是通信對端關于發(fā)送信號接收情況的反饋信息。由于移動通信中無線信號的復雜性，所以這種根據(jù)通信情況實時調整天線特性的工作方式對算法的準確程度、運算量以及能夠

17、實時完成運算的硬件設備都有很高的要求。這決定了智能天線的發(fā)展是一個分階段的、逐步完善的過程。第二章 智能天線技術的工作原理2.1 智能天線基本結構自適應天線陣由多個天線單元組成，每一個天線后接一個加權器（即乘以某一個系數(shù)，這個系數(shù)通常是復數(shù)，既調節(jié)幅度又調節(jié)相位，而在相控陣雷達中只有相位可調），最后用相加器進行合并，這種結構的智能天線只能完成空域處理；同時具有空域、時域處理能力的智能天線在結構上相對復雜些，每個天線后接的是一個延時抽頭加權網(wǎng)（結構上與時域FIR 均衡器相同）。自適應或智能的主要含義是指這些加權系數(shù)可以恰當改變和自適應調整。上面介紹的是智能天線用作接收天線時的結構，當用它進行發(fā)射

18、時結構稍有變化，加權器或加權網(wǎng)絡置于天線之前，也沒有相加合并器。2.2 智能天線技術的基本原理如圖2，智能天線由天線陣列，A/D和D/A轉換，自適應算法控制器和波束形成網(wǎng)絡組成。其中，波束形成網(wǎng)絡是由每個單元空間感應信號加權相加，其權系數(shù)是復數(shù)，即每路信號的幅度和相位均可以改變。自適應控制網(wǎng)絡是智能天線的核心，該單元的功能是根據(jù)一定的算法和優(yōu)化準則來調節(jié)各個陣元的加權幅度和相位，動態(tài)的產生空間動態(tài)定向波束。智能天線技術主要基于自適應天線陣列原理, 天線陣收到信號后, 通過由處理器和權值調整算法組成的反饋控制系統(tǒng), 根據(jù)一定的算法分析該信號, 判斷信號及干擾到達的方位角度, 將計算分析所得的信號

19、作為天線陣元的激勵信號, 調整天線陣列單元的輻射方向圖、頻率響應及其它參數(shù)。利用天線陣列的波束合成和指向, 產生多個獨立的波束, 自適應地調整其方向圖, 跟蹤信號變化, 對干擾方向調零, 減弱甚至抵消干擾, 從而提高接收信號的載干比, 改善無線網(wǎng)基站覆蓋質量, 增加系統(tǒng)容量。在方向圖的選擇和形成上智能天線的基本原理是在滿足窄帶傳輸假設（即某一入射信號在各天線單元的響應輸出只有相位差異而沒有幅度變化）下，各陣元上入射信號的波程差導致了陣元上接收信號的相位差，若入射信號為平面波，則上述相位差將由載波波長、入射角度、天線位置分布唯一確定。具有相同信號強度、不同入射角度的信號，由于它們在天線陣元間的相

20、位差不同，通過一個矢量加權合并后，各自的陣列輸出信號功率也會有所不同，由此可做出這個權矢量對應的方向圖。以入射角為橫坐標、輸出功率(dB為縱坐標所作的圖稱為方向圖。智能天線的方向圖不同于全向天線的方向圖（理想時為一直線），而是接近于方向性（directional ）天線的方向圖，即有主瓣（main lobe）旁瓣（side lobe）等。圖2 結構原理圖2.3 智能天線技術的發(fā)展階段及實現(xiàn)目前通常將這種程分為以下三個階段（見圖3） 信號入射角 信號入射角 天線陣列 模數(shù)轉換 波束形成網(wǎng)絡 本地參考信號 一：開關波束轉換 二：自適應信號方向 三：自適應最佳通信方式第一階段：開關波束轉換。在天線端

21、預先定義一些波瓣較窄的波束，根據(jù)信號的來波方向實時確定發(fā)送和接收所使用的波束，達到將最大天線增益方向對準有效信號，降低發(fā)送和接收過程中的干擾的目的。這種方法位于扇區(qū)天線和智能天線之間，實現(xiàn)運算較為簡單，但是性能也比較有限。第二階段：自適應（最強）信號方向。根據(jù)接收信號的最強到達方向，自適應地調整天線陣列的參數(shù)，形成對準該方向的接收和發(fā)送天線方向圖。這是動態(tài)自適應波束成形的最初階段，性能優(yōu)于開關波束轉換，同時算法也較為復雜，但是還未達到最優(yōu)的狀態(tài)。第三階段：自適應最佳通信方式。根據(jù)得到的通信情況的信息，實時地調整天線陣列的參數(shù)，自適應地形成最大化有用信號、最小化干擾信號的天線特性，保持最佳的射頻

22、通信方式。這是理想的智能天線的工作方式，能夠很大程度地提高系統(tǒng)無線頻譜的利用率。但是其算法復雜，實時運算量大，同時還需要進一步探尋各種實際情況下的最佳算法。智能天線陣系統(tǒng)主要包括天線陣列、自適應處理器和波束形成網(wǎng)絡。天線陣列是收發(fā)射頻信號的輻射單元。自適應處理器把有一定規(guī)律的激勵信號轉換成與各波束相對應的幅度和相位, 提供給各輻射單元, 用來確定波束形成網(wǎng)絡各部分方向圖的增益。波束形成網(wǎng)絡利用天線陣元產生的方向圖, 實現(xiàn)智能天線的各種應用。自適應處理器產生的各支路幅度和相位調整系數(shù), 是波束形成網(wǎng)絡工作的重要依據(jù)。自適應處理器包括信號處理器和自適應算法器。信號處理器根據(jù)所需進行的信號處理, 自

23、適應算法器根據(jù)均方誤差、信噪比、輸出噪聲功率等性能量度, 用適當?shù)乃惴ㄕ{整方向圖, 形成網(wǎng)絡的加權系數(shù), 使智能天線陣系統(tǒng)性能達到最優(yōu)化。最初的智能天線采用復雜的模擬電路, 如今采用數(shù)字波束形成(DBF方式, 用軟件完成算法更新, 也可采用數(shù)模相結合的處理方法, 既保證處理精度, 又保證處理速度及靈活性。此外, 為了使智能天線具有良好性能, 應根據(jù)具體的電波傳播環(huán)境, 選擇相應的智能算法。采用軟件無線電技術使系統(tǒng)具有良好的改善能力, 提高系統(tǒng)性能。為了盡量減少對現(xiàn)有系統(tǒng)的改動, 也可使用多波束智能天線。多波束天線利用多個指向固定的波束覆蓋全方向, 雖然不能實現(xiàn)信號最佳接收, 但結構簡單, 便于

24、實現(xiàn), 且無需判定所接收信號的方向。第三章 智能天線關鍵技術智能天線在移動通信中的應用分為移動臺和基站，本部分僅討論智能天線應用于基站的實現(xiàn)技術，其中智能化發(fā)射技術、接收技術和動態(tài)信道分配是3項關鍵的技術。3.1 智能發(fā)射技術在蜂窩系統(tǒng)中，為滿足多媒體業(yè)務通信質量的要求，發(fā)射信號功率一定要動態(tài)控制，在保證整個蜂窩系統(tǒng)各小區(qū)的信號總功率平衡的情況下（各小區(qū)干擾基本穩(wěn)定），滿足各種業(yè)務的不同傳輸速率和不同的誤碼率要求。智能化發(fā)射技術利用用戶的空間差異，保證每個用戶只接收基站發(fā)給它的下行信號，不受同一信道中基站發(fā)給其他用戶信號的干擾。實現(xiàn)智能化發(fā)射有基于反饋和基于上行鏈路參數(shù)估計兩種方法。前一種方法

25、是基站通過移動臺返回基站的訓練信號，估計下行信道的響應情況，其缺點是浪費帶寬。基于上行鏈路參量估計的方法是利用一些特征參量相對于上下行鏈路的不變性，通過各用戶對上行信號的估計，確定下行鏈路的波束形成方案。TD-SCDMA 采用后一種方法。在時分雙工（TDD ）系統(tǒng)中，上、下行鏈路使用同一載波頻率，在信道特征變化相對較慢的情況下，可以近似認為上、下行鏈路的信道特征相同，可使用對上行信道的估計設置下行鏈路參數(shù)。在頻分雙工（FDD ）系統(tǒng)中，由于上、下行鏈路載頻不同，上、下行鏈路的信道特性差異很大，要分別估計上、下行鏈路特征，所以在FDD 系統(tǒng)中使用智能天線比在TDD 系統(tǒng)中使用要復雜得多，這也是T

26、DD 系統(tǒng)較FDD 系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。3.2 智能接收技術應用智能天線CDMA 系統(tǒng)中，由于不同用戶占用同一信道，不同用戶帶來的多址干擾（MAI ）和多徑信道帶來的碼間干擾（ISI ）會使到達基站的用戶信號產生畸變，所以必須采用信道估計和均衡技術，將各用戶信號進行分離和恢復（即多用戶檢測MUD ）。整個上行信道等效為一個多重單輸入多輸出系統(tǒng)。另一方面，為了給智能發(fā)射提供依據(jù)，在上行中還需要估計反映用戶空間位置信息的參量，如入射角（DOA ）、空域特征（SS ，Spatial Signature）等，它們的精度估計將直接影響到下行選擇性發(fā)送的性能。目前，完成智能化接收的方法主要有基于高分辨率陣列信

27、號處理方法和基于信號時域結構方法兩類。前一類方法又分子空間方法和基于參數(shù)估計準則的方法兩大類。后一類方法主要利用信號的時域信息和先驗特征進行空域處理。3.3動態(tài)信道分配通信中，信道分配是保障通信質量、有效利用信道的關鍵技術之一。在空分信道引入系統(tǒng)后，空、頻、時和碼分信道的動態(tài)分配技術已成為新的技術難點。后三種信道分配技術是確定性的，可由系統(tǒng)根據(jù)用戶情況動態(tài)分配，但空分信道分配不同。在基站處，接收功率相差不大和用戶方向角度差大于天線主波瓣的用戶，可分享同一時、頻域信道。這樣，空分信道分配就成為動態(tài)的條件組合問題，且隨著用戶空間位置的移動，為跟蹤用戶，空分信道必須相應變化，隨時進行動態(tài)分配。空分信

28、道分配必須與時、頻信道分配和切換相結合，這就需要形成一種高效算法，以適應用戶的移動性。對于CDMA 系統(tǒng)，由于其容量是軟容量，信道分配相對簡單。智能天線本身具有功率控制功能，其性能要優(yōu)于現(xiàn)有的功率控制技術。同時基站間的越區(qū)切換也將更為靈活。3.4 聯(lián)合檢測技術聯(lián)合檢測技術是同時占用某個信道的所有用戶或某些用戶，消除或減弱其他用戶對任一用戶的影響，并同時檢測出所有用戶或某些用戶的信息的一種方法。它的基本思想是通過挖掘有關干擾用戶信息（信號到達時間、使用的擴頻序列、信號幅度等）來消除多址干擾，進而提高信號檢測的穩(wěn)定性。不再像傳統(tǒng)的檢測器那樣忽略系統(tǒng)中其他用戶的存在。最大限度地利用每個用戶的有用信息

29、，從而最大限度地消除MAI ，且無需嚴格地功率控制措施。由于MAI 中包含許多先驗的信息，如確知的用戶信道碼、各用戶的信道估計等等，因此MAI 不應該被當作噪聲處理，它可以被利用以提高信號分離方法的正確性。這樣充分利用MAI 中的先驗信息, 將所有用戶信號的分離看作一個統(tǒng)一過程的信號分離方法稱為多用戶檢測，基本思想是把所有用戶信號當作有用信號來對待，而不是看作干擾信號。其基本方法是對信道特性（包括多址傳播特性等）進行估值，并通過測量各個用戶擴頻碼之間的非正交性，用矩陣求逆方法或迭代法消除多用戶之間的干擾，將所有用戶的數(shù)據(jù)正確地恢復出來。根據(jù)對MAI 處理方法的不同，多用戶檢測技術可以分為干擾抵

30、消和聯(lián)合檢測兩種。其中聯(lián)合檢測技術充分利用MAI ，將所有的用戶信號都分離開來的一種信號分離技術。第四章 智能天線技術的應用及發(fā)展前景移動通信信道傳輸環(huán)境較惡劣，多徑衰落、時延擴展造成的符號間串擾ISI （Inter-Symbol Interference）、FDMA 、TDMA 系統(tǒng)（如GSM ）由于頻率復用引入的同信道干擾（CCI ，Co-Channel Interference ）、CDMA 系統(tǒng)中的多址干擾（MAI Multiple Access Interference）等都使鏈路性能、系統(tǒng)容量下降，我們熟知的均衡、碼匹配濾波、RAKE 接收、信道編譯碼技術等都是為了對抗或者減小它們

31、的影響。這些技術實際利用的都是時、頻域信息，而實際上有用信號、其時延樣本（delay version ）和干擾信號在時、頻域存在差異的同時，在空域（入射角DOA ，Direction Of Arrival）也存在差異，分集天線（antenna diversity）、特別是扇形天線（sector antenna）可看作是對這部分資源的初步利用，而要更充分地利用它只有采用智能天線技術。4.1 智能天線的用途(1抗衰落在陸地移動通信中, 電波傳播路徑由反射、折射及散射的多徑波組成, 隨著移動臺移動及環(huán)境變化, 信號瞬時值及延遲失真的變化非常迅速, 且不規(guī)則, 造成信號衰落。采用全向天線接收所有方向的

32、信號, 或采用定向天線接收某個固定方向的信號, 都會因衰落使信號失真較大。如果采用智能天線控制接收方向, 天線自適應地構成波束的方向性, 使得延遲波方向的增益最小, 減小信號衰落的影響。智能天線還可用于分集, 減少衰落。電波通過不同路徑到達接收天線, 其方向角各不相同, 利用多副指向不同的自適應接收天線, 將這些分量隔離開, 然后再合成處理, 即可實現(xiàn)角度分集。(2抗干擾用高增益、窄波束智能天線陣代替現(xiàn)有FDMA 和TDMA 基站的天線。與傳統(tǒng)天線相比, 用12個30°波束天線陣列組成360°全覆蓋天線的同頻干擾要小得多。將智能天線用于CDMA 基站, 可減少移動臺對基站的

33、干擾, 改善系統(tǒng)性能。抗干擾應用的實質是空間域濾波。智能天線波束具有方向性, 可區(qū)別不同入射角的無線電波, 可調整控制天線陣單元的激勵“權值”, 其調整方式與具有時域濾波特性的自適應均衡器類似, 可以自適應電波傳播環(huán)境的變化, 優(yōu)化天線陣列方向圖, 將其“零點”自動對準干擾方向, 大大提高陣列的輸出信噪比, 提高系統(tǒng)可靠性。(3增加系統(tǒng)容量為了滿足移動通信業(yè)務的巨大需求, 應盡量擴大現(xiàn)有基站容量和覆蓋范圍。要盡量減少新建網(wǎng)絡所需的基站數(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, 用多波束板狀天線代替普通天線。由于天線波束變窄, 提高了天線增益及C /I指標, 減少了移

34、動通信系統(tǒng)的同頻干擾, 降低了頻率復用系數(shù), 提高了頻譜利用效率。使用智能天線后, 毋需增加新的基站就可改善系統(tǒng)覆蓋質量, 擴大系統(tǒng)容量, 增強現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡基礎設施的性能。未來的智能天線應能允許任一無線信道與任一波束配對, 這樣就可按需分配信道, 保證呼叫阻塞嚴重的地區(qū)獲得較多信道資源, 等效于增加了此類地區(qū)的無線網(wǎng)容量。采用智能天線是解決稠密市區(qū)容量難題既經(jīng)濟又高效的方案, 可在不影響通話質量情況下, 將基站配置成全向連接, 大幅度提高基站容量。(4實現(xiàn)移動臺定位目前蜂窩移動通信系統(tǒng)只能確定移動臺所處的小區(qū), 如果增加定位業(yè)務, 則可隨時確定持機者所處位置, 不但給用戶和網(wǎng)絡管理者提供很

35、大方便, 還可開發(fā)出更多的新業(yè)務。在陸地移動通信中, 如果基站采用智能天線陣, 一旦收到信號, 即對每個天線元所連接收機產生的響應作相應處理, 獲得該信號的空間特征矢量及矩陣, 由此獲得信號的功率估值和到達方向, 即用戶終端的方位。通過此方法, 用兩個基站就可將用戶終端定位到一個較小區(qū)域。4.2 智能天線在3G 中的應用前景3G普遍采用基于CDMA 的多址接入技術，依靠碼字之間的正交性來區(qū)分不同的用戶，因此接收端各個信號之間的不完全同步、擾碼不完全正交、TDD 系統(tǒng)中的時隙偏差等問題都可能在系統(tǒng)內用戶之間形成一定程度的干擾。同時，在理論分析的基礎上，大量的仿真和現(xiàn)場試驗結果也證明了：在3G 通

36、信系統(tǒng)中，網(wǎng)內干擾將超過系統(tǒng)固有的熱噪聲，成為制約系統(tǒng)性能的主要因素。在干擾和容量這一對矛盾的基礎上形成的容量與覆蓋、容量與性能、覆蓋與性能等互換性問題已經(jīng)得到共識，成為3G 網(wǎng)絡規(guī)劃和運營的主要特點。在業(yè)務特性上，3G 以高速的數(shù)據(jù)業(yè)務、視頻電話和能力得到增強的增值業(yè)務作為其對2G 系統(tǒng)形成服務優(yōu)勢的主要手段，這必然使得3G 具有大得多的網(wǎng)絡流量。但是與2G 系統(tǒng)一樣，它的容量同樣受到空中頻譜資源的限制。我們注意到，理論上在相同條件下，CDMA 并不比FDMA 或者是TDMA 具有更大的頻譜利用率。因此，為了能夠真正體現(xiàn)3G 系統(tǒng)在業(yè)務能力上的優(yōu)勢，必須使用新技術使頻譜利用率得到質的提高，智

37、能天線技術正是目前被認為是能夠實現(xiàn)這一目標的最有效的方法之一。它通過增加系統(tǒng)SDMA （空分多址）的能力，能夠有效地緩解3G 系統(tǒng)中容量與網(wǎng)內干擾之間的矛盾，很大程度地提高系統(tǒng)對空中無線頻譜資源的利用能力。 我國提出的TD-SCDMA 標準，由于其空中接口采用TDD 的雙工方式，通信的上下行信道使用相同的頻率，因此以很短的時隙間隔、相互交錯的上下行信道之間具有較強的相關性，這樣比較容易根據(jù)上行信道的接收情況對下行信道的發(fā)送特性進行準確的調整，因此TD-SCDMA 成為3G 標準中最方便于使用智能天線的一個技術，并且已經(jīng)進行了標準化，將智能天線作為其主要的關鍵技術之一。TD-SCDMA(時分同步

38、的碼分多址 智能天線的高效率是基于上行鏈路和下行鏈路的無線路徑的對稱性(無線環(huán)境和傳輸條件相同 而獲得的。此外，智能天線可減少小區(qū)間干擾，也可減少小區(qū)內干擾。智能天線的這些特性可顯著提高移動通信系統(tǒng)的頻譜效率。TD-SCDMA系統(tǒng)的智能天線是由8個天線單元的同心陣列組成的，直徑為25cm 。同全方向天線相比，它可獲得較高的增益。其原理是使一組天線和對應的收發(fā)信機按照一定的方式排列和激勵，利用波的干涉原理可以產生強方向性的輻射方向圖，使用DSP(數(shù)字信號處理器 使主瓣自適應地指向移動臺方向，就可達到提高信號的載干比，降低發(fā)射功率等目的。智能天線的上述性能允許更為密集的頻率復用，使頻譜效率得以顯著

39、地提高。由于每個用戶在小區(qū)內的位置都是不同的。這一方面要求天線具有多向性，另一方面則要求在每一獨立的方向上，系統(tǒng)都可以跟蹤個別的用戶。通過DSP 控制用戶的方向測量使上述要求可以實現(xiàn)。每用戶的跟蹤通過到達角進行測量。在TD-SCDMA 系統(tǒng)中，由于無線子幀的長度是5ms ，則至少每秒可測量200次，每用戶的上下行傳輸發(fā)生在相同的方向，通過智能天線的方向性和跟蹤性，可獲得其最佳的性能。TDD(時分雙工 模式的TD-SCDMA 的進一步的優(yōu)勢是用戶信號的發(fā)送和接收都發(fā)生在完全相同的頻率上。因此在上行和下行2個方向中的傳輸條件是相同的或者說是對稱的，使得智能天線能將小區(qū)間干擾降至最低，從而獲得最佳的

40、系統(tǒng)性能。我國早已將研究智能天線技術列入了國家863-317通信技術主題研究中的個人通信技術分項, 許多專家及大學正在進行相關的研究。中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(xiàn)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)是可行和成熟的。歐洲在進行了基于DECT 基站的智能天線技術研究后, 繼續(xù)進行諸如最優(yōu)波束形成算法、系統(tǒng)性能評估等研究。日本某研究所提出了基于智能天線的軟件天線概念, 即用戶所處環(huán)境不同, 影響系統(tǒng)性能的主要因素亦不同, 可通過軟件采用相應的算法。美國的Meta wave公司

41、對用于FDMA 、CDMA 、TDMA 系統(tǒng)的智能天線進行了大量研究開發(fā);Array Com公司也研制了用于無線本地環(huán)路的智能天線系統(tǒng); 美國德州大學建立了智能天線試驗環(huán)境; 加拿大McMaster 大學也對算法進行了研究。當前對智能天線的研究包括智能天線的接收準則及自適應算法; 寬帶信號波束的高速波束成形處理; 用于移動臺的智能天線技術; 智能天線實現(xiàn)中的硬件技術; 智能天線的測試平臺及軟件無線電技術研究等方面。通過智能天線進行空分多址, 將基站天線的收發(fā)限定在一定的方向角范圍內, 其實質是分配移動通信系統(tǒng)工作的空間區(qū)域, 使空間資源之間的交疊最小, 干擾最小, 合理利用無線資源。傳統(tǒng)的全向

42、或者定向天線效果并不理想, 主要是由于空間資源分割是基于設計人員的經(jīng)驗知識, 盡管可以在系統(tǒng)建成后, 采取某些優(yōu)化措施改進系統(tǒng)性能, 但由于種種原因, 這種優(yōu)化的余地不大, 而且工程量很大。與之相比, 智能天線的優(yōu)越性在于自身可以分析到達天線陣列的信號, 靈活、優(yōu)化地使用波束, 減少干擾和被干擾的機會。這就是自適應天線陣列的智能化, 它體現(xiàn)了自適應、自優(yōu)化和自選擇的概念, 對當前移動通信系統(tǒng)的完善起到重大的推動作用。在移動通信中引入智能天線技術的目的是為了充分利用空域資源，提高系統(tǒng)的性能和容量。移動通信中信道傳輸條件較惡劣，信號在到達接收端前會經(jīng)歷衰減、衰落和時延擴展，另外還有來自其他用戶的干

43、擾，它們是限制系統(tǒng)通信質量和容量的重要因素。為了對抗這些 影響，在第2代系統(tǒng)中廣泛采用了諸如調制、信道編碼、均衡(TDMA系統(tǒng) 、RAKE 接收(CDMA系統(tǒng) 等時頻域信號處理技術，以及分集天線、扇形天線等簡單空間處理技術，在發(fā)揮各自功效的同時，它們有共同的不足，即無法對空域資源進行有效利用。理論研究和實測結果均表明，有用信號、其延時樣本和干擾信號往往具有不同的DOA(波達角 和空間信號結構，利用這一空域信息可以使我們獲得附加的信號處理自由度，從而能更有效地對抗衰落和抑制干擾。為了滿足人們不斷增長的對移動通信質量和容量的要求，越來越多的研究者和工程技術人員將目光投向了智能天線技術。在移動通信中

44、引入智能天線技術后，可以起到空域濾波作用：在用戶信號方向形成高的 接收增益，而在干擾方向形成“零陷”或較低的接收增益，提高信號噪聲干擾比，進而提高系統(tǒng)性能和容量。目前，智能天線技術是移動通信領域中研究的熱點問題之一，智能天線技術本身也在發(fā) 展進步，并不斷地和其他信號與信息處理技術互相聯(lián)合，其包含的內容是十分廣泛的。在本論文的寫作過程中，我的指導教師崔雁松老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時我還要感謝在我學習期間給我極大關心和支持的各位老師以及關心我的同學和朋友。其實，當我寫完這篇畢業(yè)論文的時候，就有

45、一種如釋重負的感覺，在經(jīng)歷了找工作的焦灼、寫論文的煎熬之后，感覺好像一切都塵埃落定，自己的學生時代和校園生活也將暫時劃上句號。 感謝所有給予我?guī)椭完P懷的老師們, 三年的大學生活，無形中塑造了我健康的生活方式，也練就了我樂觀的心態(tài)和一顆感恩的心。宿舍同學的互幫互助和深厚友誼更是賜予了我大學生活不可磨滅的記憶，在這三年中，我收獲知識并且快樂成長，再一次感謝我大學生活中的每一個人，我會義無反顧的在大家的關愛下堅持自己的信念和理想繼續(xù)前行。參考文獻 1 崔雁松 李志青, 通信原理, 北京大學出版社,2009. 2 曹志剛 錢亞生, 現(xiàn)代通信原理, 清華大學出版社,2000. 3 南利平, 通信原理簡

46、明教程, 清華大學出版社,2003. 4 草達仲, 數(shù)字移動通信, 天津大學出版社,1999. 5 謝華 廉飛宇, 通信網(wǎng)基礎, 電子工業(yè)出版社,2003. 6 王秉鈞, 現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理, 天津大學出版社,1999. 7 崔雁松, 移動通信技術, 西安電子科技大學出版社,2005. 8 張斌, 最新智能天線設計與應用新技術指導手冊 ,科學技術出版社,2007. 9 馮正和，張志軍，智能天線, 清華大學，1998.10 何畏，智能天線中的關鍵技術研究，國防科學技術大學研究生院，2002.附 錄Analysis of TD-SCDMA smart antenna technology to improve How to significantly reduce the size of smart antennas to resolve the "face" the problem and improve the integration of wireless systems in order to solve the "Tumor" issue, coupled with fiber-optic technology gap has been resolved the "braids" and make it more