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TD-SCDMA的智能天线技术

/?? 2013年09月12日 ?? 收藏0

3 智能天线的分类

智能天线分为两大类:多波束天线与自适应天线阵列。多波束天线利用多个并行波束覆盖整个用户区,每个波束的指向是固定的,波束宽度也随天线元数 目而确定。多波束天线不能实现信号最佳接收,一般只用作接收天线。自适应天线阵列一般采用4 ~16 天线阵元结构,阵元间距为半个波长。天线阵元分布方式有直线型、圆环型和平面型。自适应天线阵列是智能天线的主要类型,可以完成用户信号接收和发送。

按实现形式智能天线可分为3类。

(1)自适应调零智能天线

它是以自适应天线技术为基础,采用自适应算法形成方向图,根据天线的输入、输出特性,按一定的算法自动地调节天线阵元的幅度和相位加权,在干扰 方向上形成零陷,从而大幅度降低干扰电平,提高系统的信噪比。从空间响应看,其自适应天线阵列是一个空间滤波器,天线的物理位置不作改变,由信号检测与处 理系统判断出干扰与信号的来向,自适应地改变天线的方向图,并将零陷方向对准干扰,主瓣对准要接收的信号。但自适应智能天线对处于主瓣区域内干扰的抑制能 力是很有限的。

(2)等旁瓣针状波束智能天线

它也是以自适应天线技术为基础,它的天线方向图是等旁瓣方向图,方向图的加权值是预先计算好的。

系统工作时,首先通过测向确定信号的到达方向(DOA),选取合适的加权,然后将等旁瓣方向图的主瓣指向目标方向。这类智能天线对处于非主瓣区 域的干扰,可以通过低的等旁瓣电平来确保抑制,但对处于主瓣区域内的干扰,采用此类智能天线将无法抑制,不及自适应智能天线。但等旁瓣智能天线无需迭代,而且响应速度快。

(3)数字波束形成智能天线

它运用数字波束形成(DBF)技术,将其波束形成自适应天线阵与数字信号处理技术相结合。工作时利用高分辨率的测向算法获得通信基准信号,当基 准信号到达波束形成自适应天线阵时,便给信号处理器提供一个方向信息,将各阵元的接收信号转换到基带,由A/D 转换器转换成数字信号,然后根据方向信息对数字信号进行加权处理,在此方向上形成所需的波束。

4 智能天线的技术优势

TD-SCDMA智能天线通过利用多径可以改善链路的质量,通过减小相互干扰来增加系统的容量,并且允许不同的天线发射不同的数据。智能天线的优点归纳如下:

(1)增加系统容量。CDMA 系统是一个自干扰系统,其容量的限制主要来自本系统的干扰,系统干扰的降低,信干比的提高便意味着系统容量的提高。采用多波束板状天线的智能天线技术,提 高了天线增益及载干比(C/I )指标,减少了同频干扰,降低了频率复用系数,提高了频谱利用效率,无需增加新基站即可改善系统覆盖质量、扩大系统容量。在TD-SCDMA 系统中,采用智能天线技术可在不影响通话质量情况下,解决稠密市区容量难题。

(2)降低信号衰落。信号的衰落是高频无线通信的主要问题。在陆地移动通信中,随着移动台的移动及环境变化,信号瞬时值及延迟失真的变化非常匀 速且不规则,从而造成信号的衰落。采用智能天线自适应地构成波束的方向性,使得延迟波方向的增益最小,有效地降低了信号衰落的影响。智能天线还可用于分 集,减少衰落。电波通过不同路径到达接收天线,其方向角各不相同。利用多副指向不同的自适应接收天线,将这些分量隔离开,然后再合成处理,即可实现角度分集,降低信号衰落。

(3)抑制干扰信号。将智能天线用于CDMA基站,可减少移动台对基站的干扰,改善系统性能。抗干扰技术的实质是空间域滤波,以TDD 模式运行的TD-SCDMA中的智能天线波束具有方向性,可以区别不同入射角的无线电波,可调整控制天线阵单元的激励"权值",自适应电波传播环境的变 化。优化无线阵列方向图,将其"零点"自动对准干扰方向,从而大大提高阵列的输出信噪比,提高系统可靠性。

(4)实现移动台定位。采用智能天线的基站可以获得接收信号的空间特征矩阵,由此获得信号的功率估值和到达方向。通过此方法,用两个基站就可将 用户终端定位到一个较小区域,从而实现移动台的精确定位;此外,在使用普通天线的无线基站中,发射信号采用的是高功率放大器,使用了智能天线,波束赋型的 增益可以减小对功放的要求,大大降低了基站的发射功率,同时也减少了电磁环境污染。

总之,通过智能天线可以减少干扰和被干扰的机会、扩充系统容量、加大覆盖范围、提高频谱利用率、降低无线基站的成本,显着提高移动通信系统的性 能,并为拓展新业务提供技术支持。随着数字信号处理技术的不断发展和集成度的不断提高,智能天线技术将更广泛地应用于移动通信领域。

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第1页:智能天线的提出和原理

第2页:智能天线的的分类和技术优势



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