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什么是智能天线

2016-08-01  ldjsld

什么是智能天线

智能天线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。

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需要。

目前移动通信基站的天线大部分是全向性的天线,在寻呼移动通信用户时是在覆盖的整个小区寻找,天线的功率和信号强度大部分消耗在传输之中。新型的天线采取分区寻呼的方式,就是把天线的波束分成多个不同角度的分区。智能天线就是在分区传输路径(sectorized transmission path)的概念上发展出来的。智能天线应用了先进的技术,把无线电的信号导向具体的方向,使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。使用的先进技术主要是波束转换技术(switched beam technology)和自适应空间数字处理技术(adaptive spatial digital processing technology)。

——应用波束转换技术的智能天线是在分区的基础上向用户方向发送多个波束,根据测量各个波束的信号强度跟踪移动用户,能在移动用户移动时逐个转换波束。因此也称为波束转换天线(switched beam antennas)。把波束分成许多窄波束能使信号增强,并且能较好地抑制干扰,可以使干扰降低很多,提高服务质量。

——波束转换的智能天线系统主要用于模拟移动通信。用于数字移动通信网的是应用自适应数字处理技术的智能天线。

——自适应数字处理技术的智能天线是利用数字信号处理的算法去测量不同波束的信号强度,因而能动态地改变波束使天线的传输功率集中。应用空间处理技术(spatial processing technology)可以增强信号能力,使多个用户共同使用一个信道。


智能天线利用数字信号处理技术,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. 使用智能天线将在以下方面提高未来移动通信系统的性能[3 ] : (1) 扩大系统的覆盖区域; (2) 提高系统容量和频谱利用效率; (3) 提高数据传输速率; (4) 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.

智能天线技术
  智能天线分为两大类:多波束天线和自适应天线阵. 智能天线不同于常规的扇区天线和天线分集方法,通过在基站使用全向收发智能天线,为每个用户提供一个窄的定向波束,使信号在有限的方向区域发送和接收,充分利用了信号发射功率,降低了信号全向发射带来的电磁污染与相互干扰. 智能天线采用数字方法实现波束成形, 即数字波束形成DBF(DigitalBeam Forming) . 图1 为M 元智能天线的原理图:

向形成天线主波束. 自适应天线阵根据用户信号的不同空间传播方向能够提供不同的空间信道,有效地克服了干扰对系统的影响.将自适应天线阵接收到的信号进行加权和合并,使信号与干扰加噪声比最大. 自适应天线阵的所有分支都应具有相近的方向图,而多波束天线的每个天线方向图都不相同. 自适应天线阵有M 重的天线增益而不受扇形失真的影响,并且其M 重的分集增益相关性也足够低. 这些阵列在理论上用M 个天线可完全消除N 个干扰源的影响( M > N) ,而获得M - N重的增益,对N > M 个干扰也能进行明显的抑制. 代价是每个天线需要一个接收机,并需要以衰落速率(在2GHz 下以60公里/ 小时移动时大于179Hz) 跟踪天线的加权.

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