浅谈智能天线的原理及应用

1、 中国高新技术企业浅谈智能天线的原理及应用文程海云【摘要】近十年来，无线通信得到了飞速的发展，智能天线已经成为成为移动通信中的最关键技术。智能天线内容十分广泛，包含了天线阵列设计和信号处理技术。其能大大降低系统干扰，提高系统容量，本文将对其原理，关键技术和应用做简单的介绍分析。【关键词】智能天线波束成形在无线通信系统中，天线复杂接收空间的射频能量，并分配这些信号，用之于信号发射。随着通信业务的迅猛增长，通信系统容量，频频资源，系统干扰都面临了巨大的挑战。如何消除同信道干扰（）、多址干扰（）与多径衰落的影响成为人们在提高无线移动通信系统性能时考虑的主要因素。射频能量的发送与接收方式以上对各方面都

2、有巨大的影响。当前的许多无线系统在提供无线业务时面临着一些问题，比较明显的是，无论标准的、还是系统都会因不同方向的无用通信能量而浪费大多数的容量和信号质量。这些缺陷带来的后果是浪费了系统的资源，增加了运营商及用户的成本。而且，用户在通话过程中很难得到满意的质量。在这种情况下，人们提出了了智能天线，它是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。与其它日渐深入和成熟的干扰削除技术相比，智能天线技术在移动通信中的应用研究更显得方兴未艾并显示出巨大潜力。一、智能天线的原理智能天线原名自适应天线阵列（，）。最初

3、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（）和自适应阵列智能天线（）。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（），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间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

4、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间串扰、系统（如）由于频率复用引入的同信道干扰、系统中的等都使链路性能、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、减少信号间干扰与电磁环境污染等。自适应阵天线

5、一般采用天线阵元结构，在中阵元间距波长，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。而在中，如美国公司在系统中的自适应阵列天线的阵元间距为个波长。间距宽而波束更窄，而系统中采用模式，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类型，可以实现全向天线，完成用户信号接收和发送。自适应阵天线系统采用数字信号处理技术识别用户信号到达方向，并在此方向形成天线主波束。自适应阵天线根据用户信号的不同空间传播方向提供不同的空间信道，等同于信号有线传输的线缆

6、，有效克服了干扰对系统的影响。虽然天线阵列是射频前端的很重要的设备，但自适应阵列天线技术最重要的部分还在于基带处理部分。基带部分将自适应天线阵接收到的信号进行加权和合并，从而使信号与干扰加噪声比最大。基带处理部分采用复杂的自适应算法。目前已经有多种有关时域和空域的算法提出，如通过时域获得天线最优加权算法有：最小均方算法（）、取样协方差矩阵的直接求逆（）、递归最小均方误差（）算法、恒模（）算法等；通过在空域对频谱进行分析以获得信号到达方位角（）估计的算法有：多信号分类法算法、旋转不变技术信号参数估计法算法等。与传统的蜂窝网络相比，采用自适应天线阵列的无线网络具有很多优点。对于同样的功率，由于装备

7、有自适应阵列的基站的覆盖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）提高了基站接收机的灵敏度；）提高了基站发射机的等效发射功率；）增加了系统的容量；）降低了系统干扰；）降低了无线基站的相对成本；）增加频谱效率；）改进了小区覆盖。二、智能天线的发展应用目前，国际上已经将智能天线技术作为一个三代以后移动通信技术发展的主要方向之一，一个具有良好应用前景且尚未得到充分开发的新技术，是第三代移动通信系统中不可缺的关键技术之一。与传统的、或方式相比，智能天线引入了第四维多址方式：空分多址（）方式。在日本、中国、泰国以及亚洲和非洲的其他一些地区，已有超过万的基站装备了使用爱瑞公司技术的天线阵列，为总计超过万人提供电话服务。自适应阵列在美国和欧洲的商业应用进展得相对比较缓慢，这要部分归咎于电信业不景气所导致的对蜂窝网络新投资的削减。但是还是有一家美国制造商（佛罗里达州蒙特利尔的公司），正在生产使用爱瑞公司技术的蜂窝基站。同时英国的电信公司马可尼也正在开发一种包含自适应阵列的先进基站。三、结束语本文介绍智能天线的发展，原理及应用。智能天线已经具备了软件无线电技术的基本构件，它在移动通信中将扮演越