智能天線技�(shù)是一種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�(shù)在同一信道上接收和�(fā)射多個移動用戶信號而不�(fā)生相互干�,使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效的技�(shù)�智能天線的優(yōu)越性在于自身可以分析到達無線陣列的信號,靈�、優(yōu)化地使用波束,減少干擾和被干擾的機會,提高頻率的利用�,改善系�(tǒng)性能�
最初的智能天線技�(shù)主要用于雷達、聲�、軍事抗干擾通信,用來完成空間濾波和定位�。近年來,隨著移動通信的發(fā)展及對移動通信電波傳播、組�(wǎng)技�(shù)、天線理論等方面的研究逐漸深入,現(xiàn)代數(shù)字信號處理技�(shù)�(fā)展迅�,數(shù)字信號處理芯片處理能力不斷提高,利用�(shù)字技�(shù)在基帶形成天線波束成為可�,提高了天線系統(tǒng)的可靠性與靈活程度。智能天線技�(shù)因此用于具有�(fù)雜電波傳播環(huán)境的移動通信。此�,隨著移動通信用戶�(shù)的迅速增長和人們對通話�(zhì)量要求的不斷提高,要求移動通信�(wǎng)在大容量下仍具有較高的話音質(zhì)�。經(jīng)研究�(fā)�(xiàn),智能天線可將無線電的信號導(dǎo)向具體的方向,產(chǎn)生空間定向波束,使天線主波束對準(zhǔn)用戶信號到達方向DOA(direction of arrinal),旁瓣或零陷對準(zhǔn)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�,利用各個移動用戶間信號空間特征的差�,通過陣列天線技�(shù)在同一信道上接收和�(fā)射多個移動用戶信號而不�(fā)生相互干�,使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效。在不增加系�(tǒng)�(fù)雜度的情況下,使用智能天線可滿足服務(wù)�(zhì)量和�(wǎng)�(luò)擴容的需�。實際上它使通信資源不再局限于時間�(TD-A)、頻率域(FDA)或碼�(CDA)而拓展到了空間域,屬于空分多址(SDA)體制�
智能天線技�(shù)有兩個主要分支。波束轉(zhuǎn)換技�(shù)(switched beam technology)和自適應(yīng)空間�(shù)字處理技�(shù)(adaptive spatial digital pro-cessing technology),或簡稱波束�(zhuǎn)換天線和自適�(yīng)天線�。天線以多個高增益的動�(tài)窄波束分別跟蹤多個期望信�,來自窄波束以外的信號被抑制,但智能天線的波束跟蹤并不意味著一定要將高增益的窄波束指向期望用戶的物理方�,事實上,在隨機多徑信道�,移動用戶的物理方向是難以確定的,特別是在發(fā)射臺至接收機的直射路徑上存在阻擋物時,用戶的物理方向并不一定是理想的波束方向。智能天線波束跟蹤的真正含義是在路徑方向形成高增益窄波束并跟蹤路徑的變化,充分利用信號的有效�(fā)送功率以減少電磁干擾�
1.波束�(zhuǎn)換天�
波束�(zhuǎn)換天線包括有限數(shù)目的、固定的、預(yù)定義的方向圖,通過陣列天線技�(shù)在同一信道中利用多個波束同時給多個用戶發(fā)送不同的信號,它從幾個預(yù)定義�、固定波束中選擇其一,檢測信號強�,當(dāng)移動臺越過扇區(qū)�,從一個波束切換到另一個波�。在特定的方向上提高靈敏�,從而提高通信容量和質(zhì)��
為保證波束轉(zhuǎn)換天線共享同一信道的各移動用戶只接收到�(fā)給自己的信號而不�(fā)生串�,要求基站天線陣�(chǎn)生多個波束來分別照射不同的用戶,在每個波束中�(fā)送的信息不同而且要互不干��
每個波束的方向是固定的,并且其寬度隨著天線陣元�(shù)而變�。對于移動用�,基站選擇不同的對應(yīng)波束,使接收的信號強�,但用戶信號未必在固定波束中�,當(dāng)使用者在波束邊緣、干擾信號在波束中央�,接收效果最差。因�,與自適�(yīng)天線陣比�,波束轉(zhuǎn)換天線不能實�(xiàn)的信號接收。由于扇形失�,波束轉(zhuǎn)換天線增益在方位角上不均勻分�。波束轉(zhuǎn)換天線有�(jié)�(gòu)簡單和不需要判斷用戶信號方�(DOA)的優(yōu)勀主要用于模擬通信系統(tǒng)�
2.自適�(yīng)天線�
融入自適�(yīng)�(shù)字處理技�(shù)的智能天線是利用�(shù)字信號處理的算法去測量不同波束的信號強度,因而能動態(tài)地改變波束使天線的傳輸功率集�。應(yīng)用空間處理技�(shù)(spatial pro-cessing technology)可以增強信號能力,使多個用戶共同使用一個信��
T0是相鄰的抽頭之間的延�,Wn.m是n天線第m個抽頭因�。每個天線后接一個延時抽頭加�(quán)�(wǎng),可自適�(yīng)地調(diào)整加�(quán)系數(shù)。這樣一來就同時具有時域和空域處理能��
自適�(yīng)天線陣是一個由天線陣和實時自適�(yīng)信號接收處理器所組成的一個閉�(huán)反饋控制系統(tǒng),它用反饋控制方法自動調(diào)�(zhǔn)天線陣的方向�,使它在干擾方向形成零陷,將干擾信號抵消,而且可使有用信號得到加強,從而達到抗干擾的目的�
由自適應(yīng)天線陣接收到的信號被加權(quán)及合�,取得的信噪比系�(shù)。采用個陣元自適應(yīng)天線,在理論�,自適應(yīng)天線陣的價值是能產(chǎn)�(-1)倍天線放大,可帶�10lg的SNR改善,消除扇形失真的影響,并且它�(-1)倍分集增益相�(guān)性是足夠低的。對相同的通信�(zhì)量要求,移動臺的�(fā)射功率可減小10lg。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�,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。對基站�(fā)射而言,總功率被分配到個陣�,又由于采用DBF(Digital Beam-Forming)可以使所需總功率下�,因此,每個陣元通道的發(fā)射功率大大降�,進而可使用低功率器件�
采用自適�(yīng)抽頭時延線天線陣對信號接�、均衡和測試很有幫助。對每個接收天線加上若干抽頭時延線,然后送入智能處理�,則可以對多徑信號進行接收,減少多徑干擾的影響,從而使基站接收信號的信噪比得到很大程度的提�,降低了系統(tǒng)的誤碼率�
通常采用4�16天線陣元�(jié)�(gòu),相鄰陣元間距一般取為接收信號中心頻率波長的1/2。陣元間距過�,降低接收信號相�(guān)�;陣元間距過�,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形、環(huán)形和平面形,自適�(yīng)天線是智能天線的主要形式。自適應(yīng)天線完成用戶信號接收和發(fā)送可認為是全向天�。它采用�(shù)字信號處理技�(shù)識別用戶信號的DOA,或者是主波束方�。根�(jù)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(yīng)天線主要用于�(shù)字通信系統(tǒng)�
天線的方向圖表示的是空間角度與天線增益的�(guān)�,對于全向天線來�,它的方向圖是一個圓;對于陣列天�,可以通過�(diào)整陣列中各個元素的加權(quán)參數(shù)來形成更具方向性的天線方向�,形成主瓣方向具有較大增益,而其它副瓣方向增益較小的形式。智能天線正是一種能夠根�(jù)通信的情�,實時地�(diào)整陣列天線各元素的參�(shù),形成自適應(yīng)的方向圖的設(shè)備。這種方向圖通常以限度地放大有用信號、抑制干擾信號為目的,例如將大增益的主瓣對準(zhǔn)有用信號,而在其它方向的干擾信號上使用小增益的副瓣�
智能天線包括射頻天線陣列部分和信號處理部�,其中信號處理部分根�(jù)得到的關(guān)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�。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�(guān)于發(fā)送信號接收情況的反饋信息。把具有相同極化特�、各向同性及增益相同的天線陣�,按一定的方式排列,構(gòu)成天線陣列。構(gòu)成陣列的陣元可按任意方式排列,通常是按直線等距、圓周等距或平面等距排列,其間距通常取工作波長的一�,并且取向相同� 智能天線系統(tǒng)由天線陣列部�、陣列形狀、模�(shù)�(zhuǎn)換等幾部分組�, 如圖所�。實際智能天線結(jié)�(gòu)比圖�(fù)�, 因為圖中表示的是單個用戶情�, 假如在一個小區(qū)中有K個用�, 則圖1中僅天線陣列和模�(shù)�(zhuǎn)換部分可以共�, 其余自適�(yīng)�(shù)字信號處理器與相�(yīng)的波束形成網(wǎng)�(luò)需要每個用戶一�, 共K套。以形成K個自適應(yīng)波束跟蹤K個用�。被跟蹤的用戶為期望用戶, 剩下的K- 1 個用戶均為干擾用�。智能天線可以按通信的需要在有用信號的方向提高增�, 在干擾源的方向降低增�.因此, 智能天線系統(tǒng)的應(yīng)用可以帶來如下好處:提高系統(tǒng)容量、減小衰減、抗干擾能力較強、實�(xiàn)移動臺定位、增強網(wǎng)�(luò)管理能力��
智能天線系統(tǒng)的核心是智能算法,智能算法決定瞬時響�(yīng)速率和電路實�(xiàn)的復(fù)雜程�,因此重要的是選擇較好算法實�(xiàn)波束的智能控制。通過算法自動�(diào)整加�(quán)值得到所需空間和頻率濾波器的作�。目前已提出很多著名算法,概括地講有非盲算法和盲算法兩大�。非盲算法是指需借助參考信�(�(dǎo)頻序列或?qū)ьl信道)的算�,此�,接收端知道�(fā)送的是什�,進行算法處理時要么先確定信道響應(yīng)再按一定準(zhǔn)�(比如的迫零準(zhǔn)則zero forcing)確定各加�(quán)值,要么直接按一定的�(zhǔn)則確定或逐漸�(diào)整權(quán)�,以使智能天線輸出與已知輸入相關(guān),常用的相關(guān)�(zhǔn)則有SE(最小均方誤�)、LS(最小均�)和LS(最小二�)�。盲算法則無需�(fā)端傳送已知的�(dǎo)頻信號,判決反饋算法(Deci-sion Feedback)是一種較特殊的算�,接收端自己估計�(fā)送的信號并以此為參考信號進行上述處理,但需注意的是�(yīng)確保判決信號與實際傳送的信號間有較小差錯�
維庫電子�,電子知識,一查百��
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