智能天线技术的原理与应用分析

智能天线技术的原理与应用分析

钟小敏

广东省电信规划设计院有限公司广东湛江

摘要：目前，先进的科学技术发展加速了通信行业的进步。通信技术和质量的提高，使许多不同类型的新生事物不断涌现。当前智能天线在通信行业的使用变得越来越广泛，并且取得了良好的成绩。本文分析了智能天线的原理，并对智能天线的在通信中的应用进行探讨。

关键词：智能天线技术无线通信原理应用

智能天线技术采用空分复用技术，根据信号传播方向上的不一致性把具有相同时隙、相同频率的信号在空域区域进行区分，能够大幅度提高频谱资源的利用效率、减少地形、建筑等对电波传播的影响。随着无线通信系统容量需求的增加，智能天线技术将会更广泛的应用到无线通信中。

1、智能天线的原理

智能天线原名自适应天线阵列(AAA，AdaptiveAntennaAHay)。最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、抗干扰通信、定位、军事方面等。用来完成空间滤波和定位。后来被引入移动通信系统中。智能天线通常包括波束转换智能天

线fSwikhedBearIlAntenna)和自适应阵列智能天线(AdapIiveAmIyAntenna)。智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA(DirectionofArrinal)，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。同时，智能天线技术利用各个移动用户问信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。总之，自适应阵列智能天线利用基带数字信号

处理技术，通过先进的算法处理，对基站的接收和发射波束进行自适应的赋形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖和提高无线数据传输速率的目的。目前，自适应阵列智能天线已经成为智能天线发展的主流。

移动通信信道传输环境较恶劣。实际环境中的干扰和多径衰落现象异常复杂，多径衰落、时延扩展造成的符号问串扰ISI、FDMATDMA系统(如GSM)由于频率复用引入的同信道干扰、CDMA系统中的MAI等都使链路性能、系统容量下降。使用自适应阵列天线技术能带来很多好处，如扩大系统覆盖区域、提高系统容量、提高数据传输速率、提高频谱利用效率、降低基站发射功率、节省系统成本、减少信号问干扰与电磁环境污染等。自适应阵天线一般采用4～16天线阵元结构。在FDD中阵元间距1／2波长，若阵元间距过大，则接收信号彼此相关程度降低；太小则会在方向图形成不必要的栅瓣，故一般取半波长。而在TDD中，如美国A玎ayComm公司在PHS系统中的自适应阵列天线的阵元间距为5个波长。间距宽而波束更窄，而PHS系统中采用TDD模式，因而更容易进行定位处理。即使旁瓣多．但由于用户和信道都比较少，因而不会带来不利的影响。阵元分布方式有直线型、圆环型和平面型。自适应天线是智能天线的主要范围比普通基站大得多，因而覆盖同样的区域，所需基站的数量也相应减少。尽管自适应阵列可能比传统的天线更昂贵，但基站数目的减少能急剧降低设备和运营无线网络的成本。其主要功能有：（1）提高了基站接收机的灵敏度；（2）提高了基站发射机的等效发射功率；（3）增加了系统的容量；（4）降低了系统干扰；（5）降低了无线基站的相对成本；（6）增加频谱效率；（7）改进了小区覆盖。

2、智能天线技术在通信中的应用

2.1用于FDMA系统

据研究，与通常的三扇区基站相比，C/I值平均提高约8dB，大大改善了基站覆盖效果；频率复用系数由7改善为4，增加了系统容量。在网络优化时，采用智能天线技术可降低无线掉话率和切换失败率。

2.2用于TDMA系统

无线能量在时间和空间上都受到限制，智能波束切换规则可提高C/I指标。据研究，用4个30°天线代替传统的120°天线，C/I可提高6dB，提高了服务质量。在满足GSM系统C/I比最小的前提下，提高频率复用系数，增加了系统容量。

2.3用于CDMA系统

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/更软切换控制；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。

2.4用于无线本地环路系统

在无线本地环路系统中，基站对收到的上行信号进行处理，获得该信号的空间特征矢量，进行上行波束赋形，达到最佳接收效果。由于本系统采用TDD方式，可将上行波束赋形数据直接用于下行发射信号，实现对下行波束的赋形。天线波束赋形等效于提高天线增益，改善了接收灵敏度和基站发射功率，扩大了通信距离，并在一定程度上减少了多径传播的影响。

2.5用于DECT、PHS等系统

DECT、PHS都是基于TDD方式的慢速移动通信系统。欧洲在DECT基站中进行智能天线实验时，采用和评估了多种自适应算法，并验证了智能天线的功能。日本在PHS系统中的测试表明，采用智能天线可减少基站数量。近期受移动“本地通”业务的启发，我国一些地方提出利用PHS等技术建设“移动市话”，期望与蜂窝移动网争夺本地移动用户群。由于PHS等系统的通信距离有限，需要建立很多基站，若采用智能天线技术，则可降低成本。

3、结语

智能天线技术在无线通信中所具有的优势是其他技术所无法取代的，其广泛应用能够大幅度提高无线通信质量、改善系统的抗干扰性、扩大系统容量，并实现同一地址的专用网频率共享。在今后的智能天线技术研究上，要不断克服其应用中存在的问题及瓶颈，以不断拓展智能天线技术在无线通信中的应用范围。

参考文献

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