智能天線發(fā)射新天地

在移動通信系統(tǒng)中，無線信號的發(fā)射和接收都是依靠天線來完成的。天線是移動通信基站無線信號的出入口，是基站設(shè)備的重要組成部分。

智能天線是天線技術(shù)的發(fā)展方向。

智能天線的概念來源于軍事上雷達和聲納系統(tǒng)中所采用的陣列天線，最初的研究對象是雷達天線陣，目的是提高雷達的性能和電子對抗的能力。近年來，隨著微計算機和數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，智能天線技術(shù)已經(jīng)成為移動通信中最具有吸引力的技術(shù)之一，尤其是在TD-SCDMA系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用，并且隨著TD-SCDMA技術(shù)的不斷成熟，逐步被大家認識和熟悉。

動態(tài)跟蹤用戶

智能天線的工作原理是使一組天線和對應(yīng)的收發(fā)信機按照一定的方式排列和激勵，利用波的干涉原理產(chǎn)生強方向性的輻射方向圖，通過自適應(yīng)算法，控制天線波束的方向和形狀，將高增益的窄波束對準服務(wù)用戶方向，零陷對準干擾方向，實現(xiàn)波束賦形，達到定向發(fā)射和接收的目的。

由于智能天線可以自適應(yīng)的動態(tài)跟蹤用戶，并且能夠提供比普通天線更高的增益，因此，智能天線的引入為系統(tǒng)帶來了諸多優(yōu)勢。

智能天線能夠?qū)碜愿鱾€方向的波束進行空間濾波。它通過將高增益的窄波束對準服務(wù)用戶方向，零陷對準干擾方向，大大提高陣列的輸出信干比，降低了系統(tǒng)內(nèi)的干擾，同時提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。此外，智能天線還可以有效對抗多徑，改善通信質(zhì)量，提高系統(tǒng)可靠性。

在CDMA系統(tǒng)中使用智能天線，將所有擴頻碼所提供的資源充分利用。同時智能天線的引入使系統(tǒng)資源在原來的頻率、時隙、碼道上又增加了空間角度，智能天線通過空分技術(shù)復(fù)用信道，增加了系統(tǒng)容量。

由于智能天線賦形增益的提高，使得基站和手機發(fā)射功率不變的情況下，可以容忍更大的路徑損耗，獲得更遠的覆蓋距離，從而提供小區(qū)擴展能力。距離的擴展可以減小無線系統(tǒng)初期建網(wǎng)費用。

頻譜利用率的問題是發(fā)展移動通信根本性的問題。智能天線通過空分多址，將基站天線的收發(fā)限定在一定的方向角范圍內(nèi)，其實質(zhì)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。此外，使用智能天線減少了移動通信系統(tǒng)的同頻干擾，降低了頻率復(fù)用系數(shù)，進而提高了頻譜利用效率。

采用智能天線的基站可以獲得接收信號的空間特征矩陣，由此獲得信號的功率估值和到達方向。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，因此移動臺定位的實現(xiàn)可以使許多與位置有關(guān)的新業(yè)務(wù)得以方便的推出，而發(fā)展新業(yè)務(wù)是目前移動運營商提升ARPU(每用戶平均收入)、加強自身競爭力的必然手段。

此外，在使用普通天線的無線基站中，發(fā)射信號采用的是高功率放大器，而使用了智能天線，波束賦型的增益可以減小對功放的要求，大大降低了基站的發(fā)射功率，同時也減少了電磁環(huán)境污染。

歷經(jīng)環(huán)境考驗

從理論上講智能天線的應(yīng)用可以很大程度改善系統(tǒng)性能，然而在很多方面還存在著不足，面臨著挑戰(zhàn)。

從技術(shù)角度講，智能天線技術(shù)源于最早應(yīng)用于雷達、軍事對抗等領(lǐng)域的自適應(yīng)天線技術(shù)，主要針對點式信號或者干擾源。其顯著的特征是，信號一般都是具有較強的方向性和主徑，或者說信號源一般都有顯著的方向角，因此采用自適應(yīng)天線技術(shù)可以較好地檢測出信號源，同時形成天線波束零陷對準干擾源，從而消除干擾。

然而移動通信系統(tǒng)所處的無線傳播環(huán)境遠遠復(fù)雜于前面所說的信號傳播環(huán)境，一方面，在3G系統(tǒng)中，由于信號一般為寬帶信號，因此信號經(jīng)過信道以后存在頻率選擇性衰落，產(chǎn)生多徑，這樣對智能天線的接收產(chǎn)生了較大的影響；另一方面，移動通信系統(tǒng)是典型的多用戶系統(tǒng)，而智能天線陣列一般只能同時在干擾方向上形成M-1(M為智能天線陣元數(shù)目)個零陷，而在WCDMA、CDMA2000等FDD系統(tǒng)中，即便在一個小區(qū)用戶的數(shù)目往往以數(shù)十，甚至數(shù)百計，所以，這也是目前只能在TD-SCDMA系統(tǒng)中較為可行的實現(xiàn)智能天線的原因之一。此外，由于移動通信傳播環(huán)境的多徑和時變特性，使得準確快速的DOA估計變得更加困難，而DOA估計的不準確將嚴重影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。在理想智能天線的情況下，可以實現(xiàn)系統(tǒng)干擾的最小化，容量最大化；然而由于智能天線的不理想，DOA估計存在一定偏差，此偏差甚至可達幾十度，此時可能出現(xiàn)智能天線主瓣對準干擾信號的情況，系統(tǒng)干擾迅速上升，使得系統(tǒng)的容量急劇下降，同時系統(tǒng)覆蓋、質(zhì)量等也將受到嚴重影響，整體性能惡化。因此，從技術(shù)角度來講，智能天線技術(shù)并沒有完全適合移動通信系統(tǒng)的要求。

智能天線發(fā)展趨勢體現(xiàn)在各個方面，物理層的可重復(fù)配置性；不同層之間的優(yōu)化；多用戶分集；實際的性能評估等。

投入“匹配”產(chǎn)出？

從市場角度講，一項新技術(shù)的應(yīng)用，不僅僅要看其所可能帶來的改善，更要考慮應(yīng)用這種新技術(shù)的投入產(chǎn)出比。對于FDD系統(tǒng)，由于智能天線是一種全新的多天線系統(tǒng)，如果要在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上使用智能天線，必然需要置換天線陣列，并增加相應(yīng)的基帶信號處理單元，而這也正是基站系統(tǒng)中較為昂貴的器件，因此，應(yīng)用智能天線技術(shù)需要較大的投人，即使在TD-SCDMA中，其昂貴的價格也是網(wǎng)絡(luò)運營需要考慮的因素之一。

另一方面，應(yīng)用智能天線技術(shù)以后，由于智能天線所引人的波束成形技術(shù)，會改變原有的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和小區(qū)劃分，需要對網(wǎng)絡(luò)進行必要的調(diào)整，而這種調(diào)整將是全局性的，對于系統(tǒng)性能的影響具有很多不確定性，并不一定能夠達到預(yù)想效果。在TD-SCDMA中，由于智能天線的引入，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化方面與已往的FDD模式產(chǎn)生了很大區(qū)別，需要更為深入的研究。

智能天線作為3G乃至4G待選技術(shù)，在帶來技術(shù)優(yōu)勢的同時，在應(yīng)用過程中面臨的問題也很不容忽視。因此，如何充分有效的利用智能天線的優(yōu)點而避免其缺點，如何使智能天線技術(shù)更適合于移動通信系統(tǒng)，這些方面需要進行更為深入的探討。

鏈接：智能天線在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的應(yīng)用

鏈路預(yù)算和容量估算

智能天線的賦形增益在上行可以等效為增加基站接收靈敏度，在下行可等效為提高基站的EIRP(各向同性全向有效輻射功率)，不管在上行還是下行都可以有效擴大覆蓋半徑。

干擾分析[!--empirenews.page--]

智能天線的引入使得系統(tǒng)上、下行鏈路的天線增益大大提高，降低了發(fā)射功率電平，提高了信號質(zhì)量，有效地克服了信道傳輸衰落的影響。

同時，由于智能天線可以使得天線主瓣直接指向用戶，零陷對準干擾，從而減小了與本小區(qū)內(nèi)其它用戶之間，以及與相鄰小區(qū)用戶之間的干擾，而且也減少了移動通信信道的多徑效應(yīng)。所以智能天線可以降低干擾，提高用戶的信噪比。

動態(tài)信道分配

由于采用了智能天線對用戶進行波束成形后，只有主瓣和較大旁瓣內(nèi)的用戶才會對用戶信號產(chǎn)生較大的干擾，也就是智能天線能夠把用戶從空間上區(qū)分開來。

功率控制

智能天線的引入對功率控制流程產(chǎn)生了影響。

分組調(diào)度

分組調(diào)度方式中增加了新的一維--空分，因此新的分組調(diào)度方式將包括時分、碼分和空分三種方式。

切換控制

由于采用了智能天線、聯(lián)合檢測以及上行同步技術(shù)，使有條件采用接力切換技術(shù)，降低了資源消耗。